自动摆排管机夹持机构研究

• 作 者: 欧阳天成
• 出 处: 吉林大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 自动摆排管机 夹持机构 结构设计 运动学分析 仿真优化

自动摆排管机在石油机械及深井钻探行业中是一种自动化水平很高的管子处理系统,主要实现起下钻过程中的夹持、提放、运移钻杆等工作。夹持机构是自动摆排管机的关键部件,由于自动摆排管机悬挂在距离钻台面较高的二层台上,作业环境恶劣,夹持机构一旦出现问题会直接影响到整个钻井系统的安全。因此,自动摆排管机夹持机构的研究对于实际工程应用和钻井现场的安全保障具有非常重要的意义。本文依托国土资源国家深部探测技术与实验研究专项项目“深部探测技术与实验研究专项”开展研究工作,以自动摆排管机夹持机构为主要研究对象,结合设计-建模-仿真-模拟优选-试验等方式展开,具体内容如下:首先,结合选题背景和意义,以夹持机构为主要研究对象,对国内外的发展概况进行分析,论述了本文的主要研究内容;其次,根据夹持机构的工作过程以及设计要求,提出夹持机构的结构设计方案,确定本文研究的方案,并对其液压系统进行了设计,使用Inventor完成夹持机构的建模。再次,通过对夹持机构手爪运动学和液压操纵关系进行分析,建立了完整的夹持机构操纵模型;以钳牙咬入钻杆深度s和当量摩擦系数fv作为目标函数对钳牙参数进行正交优化,得到了一组初步理论优选方案。然后,通过ADAMS建立了夹持机构的仿真模型,仿真分析油缸、钳牙等零部件在手爪开合时的位移、速度、加速度、受力等参数,通过将仿真结果与理论分析结果对比,从而验证了夹持机构手爪运动学模型的正确性以及夹持机构方案的可行性;通过Workbench有限元分析法、控制变量法和正交试验方法,确定不同参数状态对钳牙接触点应力?和咬入深度s的影响,并进一步优化设计方案,验证理论优化方案的有效性,以此达到最优设计的目的。此外,对滚轮销轴进行仿真模拟,补充验证夹持机构的可靠性。最后,对加工完成的夹持机构进行了试验。试验结果验证了研制的夹持机构具有抓取、运移钻杆立根的能力,能够正常可靠地工作;对采集的试验数据进行分析,验证了前面章节的夹持机构运动学分析和仿真结果的正确性。