鐵鉆工是鉆井自動(dòng)化平臺(tái)中非常重要的設(shè)備之一。本文通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外液壓大鉗和鐵鉆工上卸扣技術(shù)的現(xiàn)狀,對(duì)上卸扣過(guò)程的整體方案、操作工序、相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行分析說(shuō)明,考慮到在上扣及卸扣過(guò)程中,鉗頭內(nèi)置夾緊卡瓦由于局部徑向力集中,導(dǎo)致對(duì)鉆桿外壁的損傷、凹陷及破裂現(xiàn)象,低于鉆桿API擠壓標(biāo)準(zhǔn),造成鉆桿使用率過(guò)低或是引發(fā)斷裂等事故,結(jié)合企業(yè)提出的上卸扣技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)一臺(tái)針對(duì)鉆桿接頭擰緊的伸縮臂式鐵鉆工,使鐵鉆工所夾持接頭或接箍位置的結(jié)構(gòu)布局得到合理優(yōu)化,提高鉆桿的使用壽命,降低整體石油鉆井的勞動(dòng)成本,滿足企業(yè)提供的API鉆桿標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)技術(shù)要求。本文研究的主要內(nèi)容如下:針對(duì)鉆井平臺(tái)總體技術(shù)要求,對(duì)鉆桿接頭上卸扣的裝置完成相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu),并且設(shè)計(jì)了自帶位移傳感器的伸縮臂、下鉗夾緊裝置及附帶內(nèi)置夾緊卡瓦的上鉗鉗頭,能夠夾持不同管徑的鉆桿所對(duì)應(yīng)的接頭,并對(duì)鉗頭相關(guān)零件進(jìn)行夾緊力及扭轉(zhuǎn)力的計(jì)算和分析,降低對(duì)鉆桿的磨損及擠壓損傷,提高其使用壽命,設(shè)計(jì)一套上下鉗四聯(lián)缺口齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及緊扣崩扣扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),使傳動(dòng)效率提高近30%,并最終使用Solid Works軟件創(chuàng)建出該伸縮臂式鐵鉆工的整體三維實(shí)體模型�；阢@桿接頭上卸扣功能要求的鐵鉆工液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以降本及提高自動(dòng)化水平為目的,優(yōu)化其原有液壓系統(tǒng),設(shè)計(jì)了包括夾緊液壓回路、蓄能液壓回路及扭轉(zhuǎn)液壓回路的新液壓系統(tǒng),通過(guò)規(guī)范其鐵鉆工各個(gè)操作部件的工作要求,確定鐵鉆工的系統(tǒng)壓力,計(jì)算并選擇合適的液壓元件,以此滿足對(duì)鉆桿接頭的旋扣緊扣崩扣等一系列操作工序,節(jié)約單周期鉆桿上卸扣總時(shí)間,并可結(jié)合PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,提高工作效率。運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)該鐵鉆工的關(guān)鍵部件回轉(zhuǎn)支承底座、內(nèi)置夾緊卡瓦、鉗體保持架和伸縮臂前臂進(jìn)行靜力學(xué)分析,得到所對(duì)應(yīng)應(yīng)力云圖和位移云圖,校核其結(jié)構(gòu)尺寸,同時(shí)滿足鐵鉆工處于最大載荷,即緊扣和崩扣瞬間狀態(tài)下的強(qiáng)度要求,從而驗(yàn)證這些受力較大的關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)及尺寸合理性是否滿足鐵鉆工的上卸扣工序。建立四聯(lián)封閉齒輪系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,基于Hertz接觸理論在計(jì)算齒輪嚙合接觸力方面的應(yīng)用,對(duì)主鉗齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性研究,驗(yàn)證齒輪傳動(dòng)的性能及平穩(wěn)程度;運(yùn)用Solid Works的運(yùn)動(dòng)學(xué)MOTION模塊分析對(duì)伸縮臂式鐵鉆工進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;將Solid Works中簡(jiǎn)化的三維模型導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS中,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得到伸縮臂式鐵鉆工運(yùn)移過(guò)程中的位移、速度、受力曲線,為伸縮臂式鐵鉆工樣機(jī)測(cè)試及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE928
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題來(lái)源
    1.2 論文選題背景及意義
    1.3 鐵鉆工上扣卸扣方式及發(fā)展
        1.3.1 鐵鉆工上卸扣機(jī)構(gòu)工作方式
        1.3.2 鉆井鉆桿上卸扣技術(shù)的發(fā)展
    1.4 鐵鉆工的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 鐵鉆工國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究?jī)?nèi)容
2 伸縮臂式鐵鉆工方案及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 伸縮臂式鐵鉆工總體方案
        2.1.1 鐵鉆工基本性能參數(shù)要求
        2.1.2 鐵鉆工的總體設(shè)計(jì)要求
        2.1.3 鐵鉆工的總體功能劃分
        2.1.4 鐵鉆工的主要功能分析
        2.1.5 總體方案設(shè)計(jì)
    2.2 伸縮臂式鐵鉆工回轉(zhuǎn)支承裝置的選擇
    2.3 伸縮臂式鐵鉆工主鉗（旋扣鉗及沖扣鉗）結(jié)構(gòu)方案的選擇及確定
        2.3.1 鐵鉆工主鉗夾緊方案的選擇
        2.3.2 鐵鉆工夾緊方案的確定及內(nèi)置卡瓦設(shè)計(jì)
        2.3.3 主鉗夾緊裝置創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
        2.3.4 主鉗夾緊卡瓦受力分析
        2.3.5 伸縮臂式鐵鉆工主鉗扭轉(zhuǎn)方案的選擇
    2.4 伸縮臂式鐵鉆工主鉗及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.1 主鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.2 主鉗傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.5 鐵鉆工下鉗夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.6 鐵鉆工伸縮臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.6.1 新型伸縮臂的主要結(jié)構(gòu)分析
        2.6.2 鐵鉆工伸縮臂的工作原理
        2.6.3 鐵鉆工伸縮臂的創(chuàng)新點(diǎn)優(yōu)化
    2.7 本章小結(jié)
3 伸縮臂式鐵鉆工液壓及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    3.1 伸縮臂式鐵鉆工控制方案
        3.1.1 自動(dòng)化控制方案的確定
        3.1.2 鐵鉆工自動(dòng)上扣卸扣方案
    3.2 伸縮臂式鐵鉆工液壓回路設(shè)計(jì)
        3.2.1 伸縮臂式鐵鉆工主鉗夾緊回路設(shè)計(jì)
        3.2.2 鐵鉆工旋扣鉗扭轉(zhuǎn)回路設(shè)計(jì)
        3.2.3 鐵鉆工主鉗蓄能液壓回路設(shè)計(jì)
    3.3 鐵鉆工液壓系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算及液壓元件的選取
        3.3.1 鐵鉆工的基本技術(shù)要求
        3.3.2 液壓系統(tǒng)壓力的確定
        3.3.3 液壓回路執(zhí)行元件的選擇
    3.4 基于PLC的機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.5 本章小結(jié)
4 伸縮臂式鐵鉆工關(guān)鍵零件的受力分析
    4.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介
    4.2 關(guān)鍵零件的Workbench受力分析
        4.2.1 鐵鉆工主要受力部件有限元模型的建立
        4.2.2 鐵鉆工主鉗鉗體機(jī)架有限元分析
        4.2.3 鐵鉆工伸縮臂主力臂有限元分析
        4.2.4 鐵鉆工回轉(zhuǎn)支承底座有限元分析
    4.3 本章小節(jié)
5 伸縮臂式鐵鉆工運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
    5.1 鐵鉆工旋扣鉗缺口齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載荷仿真
        5.1.1 傳動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.1.2 四聯(lián)封閉缺口齒輪安裝條件與計(jì)算
        5.1.3 相關(guān)齒輪碰撞參數(shù)推導(dǎo)及計(jì)算
        5.1.4 旋扣鉗四聯(lián)缺口齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的三維建模及校核
    5.2 鐵鉆工伸縮臂運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析
    5.3 鐵鉆工伸縮臂ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及專利情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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