針對疲勞試驗中由于夾頭部分應力過大導致抽油桿提前斷裂,疲勞試驗無法正常進行的問題,設(shè)計一種抽油桿疲勞試驗的夾持裝置,其帶有鴨嘴頭,可有效的減少抽油桿夾頭處的應力集中。首先應用理論計算,求出使用新型夾持裝置的試件在最大軸向拉力下所受總應力,對其進行強度校核。其次應用分析軟件ANSYS對夾持裝置與抽油桿進行了接觸非線性有限元計算,對新舊夾持裝置計算結(jié)果進行對比分析。最后對新夾持裝置的鴨嘴頭部分進行優(yōu)化,最終找到內(nèi)接觸面的最優(yōu)圓弧面半徑,使得夾持效果達到最優(yōu)。結(jié)果表明,所設(shè)計夾持裝置可以滿足疲勞試驗的夾持要求;在新夾持裝置夾持下,抽油桿夾頭處最大應力減小了23. 6%,可以有效提高疲勞試驗的成功率。 

【文章來源】：機械研究與應用. 2020,33(05)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

新型夾持裝置結(jié)構(gòu)圖

當液壓缸推動夾持裝置夾緊試件時，夾持塊與試件之間產(chǎn)生的摩擦力需克服試件所承受的軸向拉力，才能保證疲勞實驗過程中試件不會滑脫。為方便起見，將夾持裝置簡化為如圖2所示，因為上下夾持裝置對稱設(shè)置，在此只分析上夾持裝置與試件之間的力學關(guān)系。試件所受的摩擦力分別為f1′、f2′，在此，令F′=f1′+f2′，同時受到豎直向下的軸向拉力F，為保證軸向載荷下夾持塊能安全夾住試件，必須保證F′≥F。

同時對新舊夾持裝置施加同樣大小的夾持力和軸向拉力，其結(jié)果如圖3所示，左邊為原始夾持裝置和抽油桿裝配體的受力情況，右邊所示為現(xiàn)改進夾持裝置和抽油桿裝配體的受力情況。表1為夾持塊材料設(shè)置參數(shù)。從圖3可以看出原夾持裝置夾頭處所受的應力明顯較大，而現(xiàn)夾持裝置夾頭處所受應力明顯較小。相比之下，疲勞試驗中，用新型夾持裝置夾持試件，試件夾頭處最大應力減小了23.6%，有效提高疲勞試驗的成功率。運用ANSYS分析軟件，同時給新舊夾持裝置施加相同大小的夾持力，并逐次增加試件所受軸向拉力，則可以得出試件分別在新夾持裝置和舊夾持裝置的夾持下，試件夾頭處的應力變化和對比情況。如表2所列，隨著軸向拉力的增加，試件夾頭處的最大應力逐漸增加，相比之下，新的夾持裝置下，試件夾頭處的應力更小，安全系數(shù)更高，試驗數(shù)據(jù)對比見表2。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]抽油機井抽油桿失效問題的損傷力學研究[D]. 周瑞芬.東北石油大學 2011

碩士論文
[1]高頻疲勞試驗機圓棒材料試樣夾具的研究[D]. 陳榮華.沈陽大學 2015



本文編號：3210073