“地壳一号”全液压顶驱减速箱热平衡仿真分析

【摘要】我国深部探测计划的实施迫切需要研制出具有国内外先进技术水平的深部大陆科学钻探装备。“地壳一号”万米钻机的成功研制将应用于超深井科学钻探。全液压顶驱是深部钻探装备的核心部件，而减速箱作为顶驱传动系统中重要的部件，对顶驱的正常工作有重要影响。研究全液压顶驱齿轮、轴承的热胶合，计算箱体、主轴等零部件的热应力、热变形以及分析齿轮润滑冷却形式，均需要了解顶驱的温度分布情况。因此在全液压顶驱的设计中，分析各工况下的温度场分布尤为重要，因为其研究结果能够为控制液压顶驱的润滑与冷却以及提高顶驱工作性能提供参考。本论文以传热学为基础，推导了减速箱体涉及的平面壁、复合壁以及圆柱体计算公式。并建立了热阻的计算公式。通过分析减速箱结构以及减速箱润滑冷却系统，进而确定减速箱热平衡系统中的热源形式。根据各类热源产热功率对热分布的影响情况，重点分析产热较大的齿轮啮合摩擦功率损失以及轴承摩擦功率损失。建立了齿轮、轴承运动功率损失计算模型。通过减速箱中热传导模式、传热途径以及运动形态，对减速箱中的热阻进行了分类。建立了减速齿轮箱中对流换热的计算公式。论文对减速箱进行模型的简化，分析减速箱热源传递路径，添加润滑油粘度变化模型，建立了减速箱热平衡系统的热网络。本文计算得到重要位置的稳态温度数据；详细分析不同工况下的关键节点温度变化规律和功率损失规律，得到散热功率的影响因素，为大陆科学钻机顶驱减速箱散热系统的设计提供理论依据。利用Matlab/Simulink中SimPowersystem模块库，建立动态可变热阻模块，构建了液压顶驱减速箱热功率的计算仿真界面，对变参数条件下进行温度、散热功率的求解，从而实现顶驱齿轮箱散热功率计算的参数化设计。综上所述，本论文研究的全液压顶驱减速箱体热平衡，通过分析关键节点的温度分布以及散热分配为液压顶驱设计提供参考，从理论上保证了减速箱润滑散热系统散热的合理性。其中，参数化设计为液压顶驱高效研发提供了保障。
【作者】隗延龙；
【导师】赵大军；
【作者基本信息】吉林大学，地质工程，2014，硕士
【关键词】顶驱减速箱；稳态热平衡；散热功率；热网络；可变对流换热热阻；动态仿真；

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