在進(jìn)行大陸科學(xué)鉆探作業(yè)過程中,為提取巖心,需要對數(shù)百至上千根鉆桿、巖心管及套管等進(jìn)行頻繁的起下鉆、排放作業(yè);起下鉆和鉆具處理所用時間占全部作業(yè)時間的1/3以上,并且在所有的鉆井事故中,由鉆具運(yùn)送而引起的達(dá)到了79%以上。目前,鉆桿上下鉆臺主要以人力作業(yè)為主、需要4~5人配合完成,操作時間3~7分鐘不等,如果運(yùn)移套管,則需要的時間更長。這種鉆具運(yùn)移方式,工人工作量大,操作可靠性差,鉆具損壞程度嚴(yán)重、安全事故發(fā)生頻率較高。如果使用鉆具輸送裝置運(yùn)送鉆具,整個過程只需要1~2人操作,運(yùn)移時間50秒~3分鐘。不僅可以使鉆具上下鉆臺的效率提高,而且還可以使工人的工作量減少,整個鉆機(jī)集成系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期變短,提高鉆探裝備配套設(shè)施的機(jī)械化和自動化水平,因此鉆具自動輸送裝置的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。本文基于國土資源部“深部探測技術(shù)與實驗研究專項—深部大陸科學(xué)鉆探裝備研制”項目進(jìn)行,以鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)作為研究對象。重點(diǎn)研究鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)的負(fù)載敏感特性、液壓管路特性及優(yōu)化設(shè)計。首先,闡述鉆具輸送裝置結(jié)構(gòu)組成和工作原理,并對主要結(jié)構(gòu)的功能進(jìn)行詳細(xì)說明,建立液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)簡圖。其次,設(shè)計液壓系統(tǒng)原理圖,分析其工作原理,計算相關(guān)參數(shù),并確定主要液壓元件的型號。然后,建立關(guān)鍵液壓元件負(fù)載敏感泵和負(fù)載敏感多路閥的數(shù)學(xué)模型,在AMESim中建立其HCD仿真模型;分析負(fù)載敏感泵的流量控制特性和高壓切斷特性,分析負(fù)載敏感多路閥的壓力補(bǔ)償功能。接著,在AMESim中用PLM庫建立關(guān)鍵結(jié)構(gòu)運(yùn)移系統(tǒng)和起升系統(tǒng)的機(jī)械模型,對二者進(jìn)行液壓仿真分析,研究其流量和壓力變化規(guī)律。隨后,對液壓管路進(jìn)行合理的布局,分析液壓管路對液壓系統(tǒng)功耗、氣穴和液壓沖擊的影響,建立管路彎曲振動方程;以最小管路能量損失和最小管路體積作為優(yōu)化目標(biāo)對管路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,得到最優(yōu)管道內(nèi)徑和流速。最后,經(jīng)實驗驗證,證明鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計合理,具有良好的工作性能,滿足工作需求。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：P634;TH137
【文章目錄】：
附件
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究背景及意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外鉆具輸送裝置研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)鉆具輸送裝置研究現(xiàn)狀
        1.3.3 國內(nèi)外鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究的主要內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第2章 鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計
    2.1 鉆具輸送裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理
        2.1.1 鉆具輸送裝置結(jié)構(gòu)組成
        2.1.2 鉆具輸送裝置工作原理
        2.1.3 鉆具輸送裝置主要結(jié)構(gòu)功能分解
    2.2 液壓系統(tǒng)分析
        2.2.1 液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的確定
        2.2.2 液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作原理
    2.3 液壓系統(tǒng)計算
        2.3.1 液壓系統(tǒng)工作壓力的確定
        2.3.2 液壓缸參數(shù)計算
        2.3.3 液壓系統(tǒng)流量計算
        2.3.4 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算
    2.4 主要液壓元件選型
        2.4.1 液壓馬達(dá)選型
        2.4.2 液壓泵選型
        2.4.3 多路閥選型
        2.4.4 雙向平衡閥選型
    2.5 本章小結(jié)
第3章 鉆具輸送裝置液壓系統(tǒng)建模與仿真分析
    3.1 負(fù)載敏感泵建模與仿真分析
        3.1.1 負(fù)載敏感泵的工作原理
        3.1.2 負(fù)載敏感泵數(shù)學(xué)建模
        3.1.3 負(fù)載敏感泵仿真分析
    3.2 負(fù)載敏感多路閥建模與仿真分析
        3.2.1 負(fù)載敏感多路閥的工作原理
        3.2.2 負(fù)載敏感多路閥數(shù)學(xué)建模
        3.2.3 負(fù)載敏感多路閥仿真分析
    3.3 運(yùn)移系統(tǒng)建模與液壓仿真分析
        3.3.1 運(yùn)移系統(tǒng)機(jī)械模型的建立
        3.3.2 運(yùn)移系統(tǒng)液壓仿真分析
    3.4 起升系統(tǒng)建模與液壓仿真分析
        3.4.1 起升系統(tǒng)機(jī)械模型的建立
        3.4.2 起升系統(tǒng)液壓仿真分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 鉆具輸送裝置液壓管路分析與優(yōu)化設(shè)計
    4.1 液壓管路的選取與布局
        4.1.1 液壓管路的選取
        4.1.2 液壓管路的布局
    4.2 液壓管路特性分析
        4.2.1 液壓管路對系統(tǒng)功耗的影響
        4.2.2 液壓管路對氣穴的影響
        4.2.3 液壓管路對液壓沖擊的影響
        4.2.4 液壓管路的彎曲振動
    4.3 管路優(yōu)化設(shè)計
        4.3.1 確定設(shè)計變量
        4.3.2 目標(biāo)函數(shù)的建立
        4.3.3 約束條件的建立
        4.3.4 優(yōu)化方法及求解
    4.4 本章小結(jié)
第5章 實驗研究
    5.1 樣機(jī)井場安裝
    5.2 實驗過程
    5.3 結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
致謝

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本文編號：2865198