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摘 要：结合机械化修井作业装置中液压钳自动进退位装置的设计过程，利用solidworks软件建立其中关键部件液压钳推拉板的三维实体模型，利用Ansys Workbench软件对其进行有限元分析，分析校核了其处于极限工位时的强度，为该液压钳推拉装置的进一步优化设计提供理论依据。
关键词：液压钳安装板；Ansys Workbench软件；静应力分析
0. 引言
机械化修井作业装置是用于修井作业现场的实现了油水井修井作业起下管工作的机械化装置，是集机、电、液于一体的自动化成套设备。其中，油管上卸扣时的液压钳进退位动作需要液压钳推拉装置完成。
其中因液压钳完全由液压钳支撑板支撑，因此液压钳安装板的工作状态直接影响着液压钳的上卸扣工作。液压钳工作时，当液压钳运行至井口，并抱住油管，液压钳安装板最前端与前轨道滚轮距离较大，此时受力情况最恶劣。若此时液压钳安装板及基座强度不够发生弯折或断裂，易造成液压钳滑脱，可能引发油管滑落的事故，影响机械化修井作业装置的可靠性。因此本文基于有限元理论，应用workbench软件对液压钳安装板进行静应力分析，校核其强度是否满足现场使用要求，并为进一步改进、优化提供理论依据。
1. 液压钳安装板实体模型的建立
液压钳安装板前端需支持液压钳，U型凹口圆弧部分需与液压钳对中。后端安装滚轮可使其在轨道中滑行。尾部铰接座与推行液压缸连接。
本文利用solidworks强大的建模功能进行液压钳安装板的实体建模[2]。在不影响计算结果的前提下，为了便于分析，本文对模型进行了适当的简化。如过渡圆角和倒角，直径较小的装配用孔等对安装板的结构的强度刚度影响不大，却增加了有限元分析的计算量，同时降低了计算的精度，因此，对模型的简化过程中忽略了这些几何细节。建立的实体模型如图1所示。
2. 有限元模型的建立
液压钳安装板采用结构钢钢板，弹性模量2.06×105MPa，泊松比为0.3，密度为7.8×103kg/m3。其屈服强度为300MPa，强度极限450MPa。该参数均需在workbench的engineering data中设置。
另外网格的划分直接影响着计算的精度。本文应用workbench的尺寸控制，采用多域扫略网格划分方法，网格大小设定为10mm，共得到54883个单元，26769个节点。划分得到的网格畸变度平均值为0.2，表明模型划分网格质量较高。
液压钳推拉板主要由液压缸驱动，而后通过滚轮在轨道内移动。推拉板工作时液压缸安装座以及滚轮轴座均为支撑点，故在建立推拉板有限元模型时，液压缸安装座以及滚轮轴座均设定为固定铰接点，并以此限制推拉板的横向、纵向及垂直方向位移。并且工作时推拉板上端承载液压钳的重量为4410N。同时推拉板本身具有一定的重量为745.5N。
3. 强度分析
经有限元分析计算，当液压钳推拉板在极限工位时，其应力的最大值为76.73MPa，如图2所示应力集中点位于前滚轮轴安装座处。另外在液压钳中间固定孔附近出现一定程度的应力集中，应力值在68.2～78.7MPa之间。因液压钳安装板的屈服强度为300MPa，为保证修井作业装置的安全可靠，选取安全系数为2.0，则液压钳安装板的许用应力强度为150MPa，故计算得到的最大应力未超过许用应力，液压钳安装板满足设计要求。
4. 结论
（1）通过对机械化修井作业装置中的液压钳承载件进行静应力分析，得到其强度满足使用要求。
（2）利用有限元分析软件Ansys Workbench可在设计初期对关键部件进行模拟试验，有效地分析预测力学特性，为液压钳推拉装置的设计提供理论依据，同时节省设计成本，缩短研发周期。
参考文献
[1] 罗英俊，万仁溥. 采油技术手册[M]. 北京：石油工业出版社，2006.
[2] 赵罘，龚堰珏，张云杰. SolidWorks 2009从入门到精通[M]. 北京：科学出本社，2009.
[3] 浦广益. ANSYS Workbench12基础教程与实例详解[M]. 北京：中国水利水电出版社，2010.
[4] 陈正，李红勋，高朝旺等. 基于Ansys Workbench某运输车车架的有限元分析[J]. 农业装备与车辆工程，2012（12）：44-47.
关键词：液压钳安装板；Ansys Workbench软件；静应力分析
0. 引言
机械化修井作业装置是用于修井作业现场的实现了油水井修井作业起下管工作的机械化装置，是集机、电、液于一体的自动化成套设备。其中，油管上卸扣时的液压钳进退位动作需要液压钳推拉装置完成。
其中因液压钳完全由液压钳支撑板支撑，因此液压钳安装板的工作状态直接影响着液压钳的上卸扣工作。液压钳工作时，当液压钳运行至井口，并抱住油管，液压钳安装板最前端与前轨道滚轮距离较大，此时受力情况最恶劣。若此时液压钳安装板及基座强度不够发生弯折或断裂，易造成液压钳滑脱，可能引发油管滑落的事故，影响机械化修井作业装置的可靠性。因此本文基于有限元理论，应用workbench软件对液压钳安装板进行静应力分析，校核其强度是否满足现场使用要求，并为进一步改进、优化提供理论依据。
1. 液压钳安装板实体模型的建立
液压钳安装板前端需支持液压钳，U型凹口圆弧部分需与液压钳对中。后端安装滚轮可使其在轨道中滑行。尾部铰接座与推行液压缸连接。
本文利用solidworks强大的建模功能进行液压钳安装板的实体建模[2]。在不影响计算结果的前提下，为了便于分析，本文对模型进行了适当的简化。如过渡圆角和倒角，直径较小的装配用孔等对安装板的结构的强度刚度影响不大，却增加了有限元分析的计算量，同时降低了计算的精度，因此，对模型的简化过程中忽略了这些几何细节。建立的实体模型如图1所示。
2. 有限元模型的建立
液压钳安装板采用结构钢钢板，弹性模量2.06×105MPa，泊松比为0.3，密度为7.8×103kg/m3。其屈服强度为300MPa，强度极限450MPa。该参数均需在workbench的engineering data中设置。
另外网格的划分直接影响着计算的精度。本文应用workbench的尺寸控制，采用多域扫略网格划分方法，网格大小设定为10mm，共得到54883个单元，26769个节点。划分得到的网格畸变度平均值为0.2，表明模型划分网格质量较高。
液压钳推拉板主要由液压缸驱动，而后通过滚轮在轨道内移动。推拉板工作时液压缸安装座以及滚轮轴座均为支撑点，故在建立推拉板有限元模型时，液压缸安装座以及滚轮轴座均设定为固定铰接点，并以此限制推拉板的横向、纵向及垂直方向位移。并且工作时推拉板上端承载液压钳的重量为4410N。同时推拉板本身具有一定的重量为745.5N。
3. 强度分析
经有限元分析计算，当液压钳推拉板在极限工位时，其应力的最大值为76.73MPa，如图2所示应力集中点位于前滚轮轴安装座处。另外在液压钳中间固定孔附近出现一定程度的应力集中，应力值在68.2～78.7MPa之间。因液压钳安装板的屈服强度为300MPa，为保证修井作业装置的安全可靠，选取安全系数为2.0，则液压钳安装板的许用应力强度为150MPa，故计算得到的最大应力未超过许用应力，液压钳安装板满足设计要求。
4. 结论
（1）通过对机械化修井作业装置中的液压钳承载件进行静应力分析，得到其强度满足使用要求。
（2）利用有限元分析软件Ansys Workbench可在设计初期对关键部件进行模拟试验，有效地分析预测力学特性，为液压钳推拉装置的设计提供理论依据，同时节省设计成本，缩短研发周期。
参考文献
[1] 罗英俊，万仁溥. 采油技术手册[M]. 北京：石油工业出版社，2006.
[2] 赵罘，龚堰珏，张云杰. SolidWorks 2009从入门到精通[M]. 北京：科学出本社，2009.
[3] 浦广益. ANSYS Workbench12基础教程与实例详解[M]. 北京：中国水利水电出版社，2010.
[4] 陈正，李红勋，高朝旺等. 基于Ansys Workbench某运输车车架的有限元分析[J]. 农业装备与车辆工程，2012（12）：44-47.