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空气锤研制及应用技术中国石油勘探开发研究院机械所一、概况空气锤钻进方法是指用联接在钻头上的空气锤对钻具施加压力并同时回转，予钻头以高频冲击能量，进行孔底冲击回转钻井。
这种方法比一般回转钻进效率高，孔内事故少，工程成本低。
因此，空气锤钻进方法，在钻进中硬以上岩层的工程中正在扩大使用范围。
三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进和完善，已经在一些发达国家广泛应用。
在上个世纪五十年代末已经开始用于深井钻进。
在此期间，美国在3000—3500m的深井中，成功地进行了空气锤的钻进。
在前苏联，1975年已有约30万米以上的工作量是用空气锤钻进完成的。
国产空气锤的使用，已有二十多年的历史。
1978年，在VIII~X级的凝灰岩和辉绿岩中钻成了三口水井，其深度分别为50.3、45.5和64m，这是我国用空气锤钻进最早的一次实践。
从这时起，国内在水文、地质、地面工程等领域开始广泛应用这一技术，并表现出该项技术具有强大的市场竞争力。
在石油钻进领域，我国在上世纪九十年代初，进行了一次探索性试验。
用英格索兰公司的空气锤，在井深1000米的井下钻进。
由于各方面技术条件限制，没有取得预期的效果。
由于石油钻探生产条件和技术条件与水文、地质勘探、地面工程不同。
因此，给空气锤在石油钻探领域的应用提出了新的要求。
本课题的目的就是根据石油钻探特点，研制出适合石油钻探的新型空气锤。
二、空气锤工作原理与性能参数1.空气锤的分类空气锤的结构形式很多。
按排气方式的不同，可分为中心排气式和旁侧排气式。
按配气装置的不同，可分为阀式和无阀式。
中心排气的阀式空气锤简称为阀式空气锤。
早期的空气锤均为阀式。
它具有结构简单，维修方便等优点，但功能特性不如无阀式空气锤。
特别是不能适应石油钻井要求的大排气量、高压力的条件。
中心排气的无阀式空气锤简称为无阀式空气锤。
它是一种结构简单而性能更为先进的空气锤。
其主要结构特点是利用空气锤本身结构的特点配气。
由于石油油井深，钻进时需要较大的气量携带岩屑。
摘要摘要锻造是人类所知的最古老的金属加工工艺之一，早在公元前2000年，锻造即被用于生产武器、工具盒珠宝。
这一工艺是手工使用简单的锤子完成的。
随着科技的进步，机械压力机的出现，大大减少了劳动力。
机械压力机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。
机械压力机一般由工作机构、传动系统、操纵部分、能源系统和支撑部件组成。
除上述基本部分外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统，过载保护装置以及气垫等。
机械压力机传动系统尤为重要，包括齿轮传动和皮带传动等机构，将电机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。
关键词：机械压力机，曲柄，锻造，开式模锻造，英文摘要AbstractForging is one of the oldest metalworking processes known to man. As early as 2000 B.C., forging was used to produce weapons, implements, and jewelry. The process was performed by hand using simple hammers.With the progress of science and technology, mechanical press, greatly reduces the labor force. Mechanical press is through the crank slider mechanism to the rotary motion of the motor into reciprocating motion of the slider, the blank forming processing forging machinery. Mechanical press usually consists of a working mechanism, driving system, control, and energy systems and supporting component. In addition to the base portion, and a variety of auxiliary system and accessory device, such as a lubrication system, overload protection device and air cushion.The driving system of mechanical press is particularly important, including gear and a belt drive mechanism, the motor energy transmitted to the body of work, in the transmission process, gradually reduce the speed, torque increases gradually.Key words: Mechanical press, crank, forging, open-die forging目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章引言 (1)1.1课题的目的意义 (1)1.2锻压设备发展史及近几年来国内外发展状况 (1)1.3设计方案的可行性分析和预期目标 (3)1.4设计方案的技术参数 (4)第二章锻压机传动系统的设计 (4)2.1电动机功率的设计计算 (4)2.2飞轮转动惯量设计 (5)2.3带传动的设计 (6)2.3.1带轮的计算 (6)2.3.2带轮的材料选用 (8)2.3.3带轮结构设计 (8)2.3.4连接件的选用 (9)2.4齿轮传动设计计算 (10)2.4.1齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (10)2.4.2齿轮传动设计 (11)2.4.3几何尺寸计算 (13)2.5离合器及制动器的选用 (13)2.5.1离合器的选用 (14)-III-2.5.2制动器的选用 (16)2.6输出轴的设计 (18)2.6.1曲轴的主要尺寸的确定 (19)2.6.2曲轴的强度校核 (20)2.6.3曲轴刚度计算 (22)2.6.4曲轴处轴承的选用 (24)2.7输入轴的设计 (26)2.7.1输入轴的初步设计 (26)2.7.2输入轴的结构设计 (27)2.7.3输入轴的强度校核 (28)2.7.4输入轴的刚度校核 (31)2.7.5轴上轴承的选用 (31)2.7.6轴上连接件的选择 (32)第三章控制系统选择 (35)第四章其他附件选用 (37)4.1顶料装置 (37)4.2模具装夹 (38)4.3过载保护装置 (38)4.4滑块与导轨 (39)结论 (40)参考文献 (42)致谢 (43)-IV-第一章引言1.1 课题的目的意义锻压设备一般采用机械传动。
打铁用的空气锤工作原理
空气锤是一种利用压缩空气产生冲击力来进行铆接、锻打等工作的机械设备。
其中，工作原理主要包括以下几个方面：
1. 压缩空气供应：空气锤通过外部空气压缩机将大量干净的压缩空气供应到锤体内。
空气压缩机产生高压空气，通过管道输送到空气锤的压缩空气室。
2. 储存压缩空气：压缩空气通过管道输送到空气锤的压缩空气室。
室内由于受到压缩空气的作用而压力增加，使得空气锤处于储能状态。
3. 排放压缩空气：当需要工作时，通过控制装置控制气锤的气压开关，打开压缩空气的出口，使得压缩空气从锤体内部迅速排放。
4. 引起冲击运动：由于压缩空气迅速排放，形成瞬间的高速气流，使得气锤内壁上的活塞产生冲击效应。
这个冲击效应产生的冲击力量通过连杆、钢珠等传到工作部位，起到锻击或冲击的作用。
总的来说，空气锤主要是通过压缩空气的储能和迅速排放，产生的冲击力传递到工作部位，以实现锻打或冲击的效果。
空气锤的传动机构设计国内对于锻造方法可以采用自由锻，模锻，和特殊的锻造形式冷锻。
采用最多的是自由锻。
而对于锻造设备其中使用最普遍的是锻锤。
空气锤又是其中的代表。
空气锤是由强迫产生的动能对断坯做工使之塑性变形的机器设备。
本设计主要是空气锤的传动机构设计，包括带传动，齿轮传动，曲柄连杆机构传动，气传动。
第一章课题简介本锤适用于锻工车间对各种形状的零件的自由锻造，如延伸、锻粗、冲孔、热剪、锻接、弯曲等工序，或在开式垫模中进行简单的模锻工序，但不宜在闭式锻模内进行模锻，因为闭式模锻打击力较强，易使锤杆、导程、机身等主要零件损坏。
本锤系双缸双作用单柱式自由锻锤，由锤身、砧座、传动、配气、操纵、润滑、电器等部分组成。
(见图2)电机经一组三角带轮及齿轮减速，自由轴曲柄连接杆机构驱动压缩活塞往复行程，其形成的压缩空气经操作机构的旋阀获得锤杆的各种动作。
传动轴采用圆锥滚子轴承支承，负压油泵保证两缸的润滑。
有皮带的防护装置确保安全。
锤身以四个紧箍把机身和锤座组装为一体。
空心锤杆与顶盖组装后铆紧，上砧块用楔铁紧固于锤体的燕尾槽内，并有挡锁防止斜铁外窜。
工作缸的导程内设有两块平行导板，防止锤杆传动。
当锤杆上升，超过上气道口时，球形安全阀密封，缓冲空气受到压缩，阻止锤杆继续上升，避免顶缸。
回程时从压缩缸来的压缩气冲开钢球，而加速锤杆返回。
（见图3）第二章设计方案（1）V带传动和链传动的比较（2）气压传动和液压传动的比较（3）齿轮的选择斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮传动重合度大，承载能力高，传动平稳，冲击和噪音小。
所以宜制作斜齿圆柱齿轮。
（4）传动方案η1--三角带的传动效率0.94～0.97η2—轴承传动效率（滚动）0.98～0.995 η3—齿轮传动效率0.96～0.99计算：min /96526.44342min/43426.298016997.099.072327296.075·689397.099.0526.4158632·158696.026.27311·73198075955095501100121011201000r i n n r i n n KW p p KW p p mN i T T mN i T T m N n P T =======⨯⨯===⨯===⨯⨯⨯===⨯⨯===⨯=⨯=ηηηηηη轴号 功率P （KW ）转矩T(m N ·)转速n(rpm) 传动比电动机轴I 0KW P 750=7319550000=⨯=n P T 9800=n26.20=iⅠ轴KW P P Ⅰ7210==η 101 i T T η==15861i n n ==434 i 1=4.526Ⅱ轴KW P P 693212==ηη 68933212==ηη i T T112i n n ==96第三章 带传动设计已知电机功率P 0=75KW,转速n 0=980r/min.传动比为小皮带轮: d 大皮带轮=860mm/380mm=2.26（1）选择带的型号.根据带的工作情况查表5-7（以下同《机械设计基础》）,取工作情况系数K A =1.3则P C =K A ×P=1.3×75=97.5 KW 根据P C 和 n 0,由V 带选型图5-17选取D 型带.(2) 选取带轮基准直径.由图5-17和表5-9选取d 1=355mm d 2=i × d 1=2.26×380=860mm(3)验算带速V=10006011⨯n d π=10006098038014.3⨯⨯⨯=19.4m/s(4)计算中心距和带的基准长度.由已知条件初定中心距a 0=450mm初定带长Ld 0≈2a 0+2π(d1+d2)+024)12a d d -（≈4502⨯＋450438086086038022⨯-++）（）（π=2975mm查带的基准长度表5-10。
