高温机械钟的设计途径探析

王磊

摘要：近年来，随着经济的快速发展，我国机械钟制造业得到很大发展，而由于市场竞争的进一步加剧，使得机械钟设计的要求也不断提高，高温机械钟应用途径较为广泛，因此，对于高温机械钟的设计应当更加重视。本文通过对高温机械钟的设计技术指标进行分析，提出了其振动周期的选择及工作环境要求，以期更好的满足高温机械钟设计需求，扩宽市场应用范畴。

关键词：高温机械钟；设计途径；探析

近年来，我国的高温机械中设计取得了巨大的成就，对于更好的满足石油等各方面的应用需求起到了较大的促进作用，但随着市场经济的进一步发展，各领域对于高温机械钟的应用要求不断提高，在设计方面也越发要求精进与创新，以更好的满足应用需求。因此，针对高温机械钟设计的技术指标，设计出更符合个领域需求的产品。

1.高温机械钟的设计技术指标

现阶段，我们根据国家对各领域机械钟应用设计的要求，设计高温机械钟的技术指标主要包括以下几方面：

1.1.使用寿命要大于300小时。出于经济性的考虑下高温测试仪器的使用寿命不能太短，使用寿命太短既不利于正常工作也不利于生产经营的经济性。所以，要保证高温机械钟的使用寿命大于300小时。

1.2.走时精度要控制在5min左右。因为井下工作的特殊性，对高温测试仪器的走时精确度要求较高，要控制在5min左右。

1.3.工作压力保持常压即可。

1.4.输出力矩要大于或等于30N·mm。

1.5.工作温度要在360℃左右。在一些应用机械钟的领域，如油田井下，温度较高，最高时可达到360℃。所以，设计的高温测试仪器必须满足工作温度360℃的要求。

1.6.耐冲击：4g（轴向）。

1.7.外形尺寸：Φ5.5x225rnm。

1.8.走时时间要大于3小时。因为井下工作的特殊性，对高温测试仪器的走时时间要求严格，必须保证走时时间大于3小时，也就是要求输出轴每转12min。

1.9.相对湿度要控制在90%左右。在应用高温机械钟的工作环境中，潮湿环境是不可避免的。所以，为适应潮湿环境，要控制高温机械钟的相对湿度在90%左右，这样才能保证正常工作的进行。

2.高温机械钟振动周期的选择

摆轮振动周期在高温机械钟的设计中是非常重要的参数。在平时设计机械计时仪器时，我们一般选用0.45即可。但因为一些工作环境的特殊性，高温机械钟的抗震性能要好，所以这里将选用0.335的摆轮振动周期。这样做主要是出于两种考虑：第一，可以减小加工误差和碰撞等因素对高温机械钟走时精度的影响，使高温机械钟更精确；第二，高压蒸汽注入时会产生震动，选用0.335的摆轮振动周期可以提高高温机械钟对震动的抗干扰能力。

3.高温机械钟工作环境及要求

目前，我国许多许多领域尤其是石油行业会采用热采工艺，这项工艺可以更好的满足企业生产发展需求，采用这种工艺对提高产品的产量是十分有利的，成本不高但成果显著。但采用石油热采工艺时井下的蒸汽温度最高可以达到360℃。所以，我们设计的高温机械钟的工作环境是360℃，也就是说高温机械钟必须具备在360℃的环境中正常运作的能力。由此可见，温度要求是高温机械钟设计的主要指标。还有，因为高温机械钟在油田作业环境的特殊性，高温机械钟还要具有抗腐蚀性能和易维修等优点。另外，蒸汽对高温机械钟的震动很大，这就要求高温机械钟抗震性能要好。高温机械钟测试油井底部参数时，油井底部的冲击很大，这对高温机械钟的耐冲击性要求也很高。

4.高温机械钟的结构选择

通过对现有高温机械钟的各种结构比较，销钉式擒纵机构更适于我国的高温机械钟的设计。因为销钉式擒纵机构有以下优点：第一，销钉式擒纵机构的结构采用对称形式（零部件材料的膨胀系数要接近），可保证高温机械钟在高温情况下正常工作；第二，销钉式擒纵机构的零部件工艺较简单，在测量检查时更方便，而且对精度的要求较低。所以，高温机械钟的结构采用销钉式擒纵机构更好。另外，通过对高温的机械钟夹板结构形式做比较，发现平板式结构更适于我国高温机械钟的设计。平板式结构的轴的抗冲击性强，因为夹板间距小，齿轮轴的长度短。平板式结构易于清洗且拆卸安装方便。所以，高温的机械钟夹板结构采用平板式结构。

5.高温机械钟的零部件材料选择

5.1.游丝材料的选择

游丝材料的选择在高温机械钟设计中具有至关重要的作用，关系到高温机械钟能否准确纪录时间。经过实践验证，艾林瓦合金43HKTIO是作为游丝材料的首选。其弹性模量的温度稳定性好，磁性转变温度高，可达420℃。通过确保游丝材料与高温机械钟设计相符合，以确保机械钟设计质量的提升。

5.2.发条材料的选择

发条材料的选择，对高温机械钟的设计也是非常重要的。经实践验证，在各3J21弹性和强度较高，耐疲劳性能好，是作为发条材料的首选。此外，对于发条材料的选择还应当注重韧性，确保机械钟的设计韧性，提升机械钟设计质量，从而更好的满足机械钟在各个领域的应用需求。

6.结束语

近年来，为适应市场经济的高速发展，我们加快了对高温机械钟的设计与研发。高温机械钟与其他井下高温测量仪器相比，在工作温度方面有突出特色，可在井下360℃高温的环境中继续工作。想要克服温度难关，我们在设计研发时，对高温机械钟的材料热膨胀和机械性能进行了完备的实验。所以，高温机械钟才有如此特色。我相信，在我们的不断努力下，高温机械钟将会更加完善。

参考文献：

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