鐵鉆工的結構設計與動力學分析.pdf

1、鐵鉆工是用來實現(xiàn)鉆桿、套管等鉆具連接的工具，具有安全性能高，操作性好等優(yōu)點，在石油開采過程中應用廣泛。現(xiàn)石油鉆井平臺的鉆具擰卸過程多采用液壓動力鉗，但是國內鐵鉆工工作過程中常出現(xiàn)工作性能不穩(wěn)定和旋扣鉗打滑等問題。
　　本文針對以上問題和功能需求開展了鐵鉆工整體方案的研究，包括結構設計、液壓系統(tǒng)設計、運動學理論計算和動力學分析，并進行了關鍵承載零部件的應力應變分析和常用零件的疲勞壽命計算，主要工作包括以下幾部分：
　　首先，在

2、分析了鐵鉆工各組成部件、工作原理以及工作性能參數(shù)后，對鐵鉆工進行了模塊化設計。以準則優(yōu)化法作為優(yōu)化理論，對箱體基座、伸縮臂、夾緊鉗和沖扣鉗進行了結構優(yōu)化設計；借助機構運動學理論，計算出了旋扣鉗工作時的極限位置；采用最佳切徑比原則對旋扣滾子進行了優(yōu)化。將優(yōu)化設計后的各模塊進行組裝，得到了鐵鉆工的最終結構形式。
　　其次，運用滾動摩擦學原理對旋扣鉗模型進行理論分析，以設計要求為規(guī)范對旋扣馬達進行選型和參數(shù)驗證；在計算出夾緊鉗和沖扣鉗所

3、需夾緊力的基礎上，計算出所需液壓缸壓力，參照液壓缸選用規(guī)則表，實現(xiàn)了液壓缸的合理選擇；對液壓元件進行了功能分析，并設計了液壓系統(tǒng)原理圖。
　　建立了鐵鉆工的運動學模型，對鐵鉆工進行運動學分析并獲得鐵鉆工的運動學曲線；通過數(shù)據(jù)接口將旋扣鉗模型導入分析模塊，以動力學和運動學相關理論為依據(jù)建立了各構件的約束關系，實現(xiàn)了旋扣鉗模型的仿真分析，并與理論結果進行了對比，驗證了設計的正確性。
　　最后，將三維模型導入Workbench中，