本文關(guān)鍵詞：管柱輸送裝置的設(shè)計與理論研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鉆井自動化的發(fā)展速度越來越快。國外自20世紀(jì)90年代便對管柱自動化處理技術(shù)進(jìn)行了研究,管柱快捷的輸送已經(jīng)發(fā)展成一項前沿鉆井技術(shù),也是21世紀(jì)鉆井技術(shù)的主要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的管柱輸送作業(yè)需要多人配合完成,作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大、危險性高、作業(yè)效率極低、易發(fā)生人身傷亡事故。同時現(xiàn)代鉆井朝著深井、超深井、大位移水平井等方向發(fā)展,隨著井深的增加,鉆井現(xiàn)場所需要的管柱越來越多,管柱的輸送將是大批量的,因此鉆井現(xiàn)場需要輸送能力強(qiáng)、速度快的工具向鉆臺輸送管柱。本文在深入的了解了國內(nèi)外各種輸送裝置的基礎(chǔ)上,對輸送裝置自動化處理系統(tǒng)進(jìn)行了深入的探討,結(jié)合相關(guān)課題設(shè)計了一種應(yīng)用于ZJ70,鉆深4500m-7000m,鉆臺最大高度10.5m的全自動管柱輸送裝置,能有效縮短鉆井周期、節(jié)約人力物力的冗余,并設(shè)計有配套使用的管柱存儲系統(tǒng),能有效提高現(xiàn)場作業(yè)的安全,并可減輕鉆、修井工人的勞動強(qiáng)度,以實現(xiàn)健康、安全、環(huán)保的理念。本論文針對管柱輸送裝置進(jìn)行了相應(yīng)的研究,研究的內(nèi)容主要包括五個方面：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、靜力學(xué)與運動學(xué)分析、動力學(xué)分析、性能參數(shù)分析與關(guān)鍵零部件的有限元分析。具體內(nèi)容闡述如下：首先,對管柱自動化處理系統(tǒng)、管柱輸送裝置的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究,對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,了解主要類型管柱輸送裝置結(jié)構(gòu)特點。根據(jù)管柱輸送裝置的實際工況及其要求,確定管柱輸送裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,完成運移系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的的運行方案與相應(yīng)的參數(shù)的確定。管柱輸送裝置的存儲系統(tǒng)主要由管柱存儲內(nèi)盒和存儲外盒組成。設(shè)計時,要求存儲系統(tǒng)存儲5'鉆桿的數(shù)量高于450根,最終設(shè)計的管柱盒有十組存儲柜,每組存儲柜能夠最多容納12根鉆桿,單個存儲盒所能存儲的鉆桿最大為120根。為了節(jié)約空間,同時保證鉆桿能夠在盒內(nèi)滾動,每個存儲柜的高度為150mm,存儲盒總高度為2040m,總寬為1645mm。結(jié)合設(shè)計的管柱存儲內(nèi)盒結(jié)構(gòu)尺寸,設(shè)計的存儲系統(tǒng)外盒由側(cè)面安全全架、后立架、后立柱、前立架、活動立柱、底部立架、存儲液壓缸、滑輪柱等組成。其總長12m,總寬2.1m,最大高度2.28m,整體的最大提升力為1484kN。運移系統(tǒng)主要由管排架、底座總成、轉(zhuǎn)動臂總成、輸送臂總成、坡道總成等組成,能與存儲系統(tǒng)配合使用,能實現(xiàn)從地面輸送關(guān)注到鉆臺,或從鉆臺將管柱下放到地面。其次,根據(jù)功能要求完成裝置中各組成部件的設(shè)計,利用CAD軟件繪制運移系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的二維圖,用SolidWorks完成裝置的三維模型,并對管柱輸送裝置的結(jié)構(gòu)組成與工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹。建立運移系統(tǒng)的簡化機(jī)構(gòu)模型,采用靜力學(xué)結(jié)合幾何方程的方法,完成運移系統(tǒng)靜力學(xué)模型的建立,為運移系統(tǒng)的性能分析提供理論基礎(chǔ)。針對設(shè)計的運移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和工作原理,建立了運移系統(tǒng)起升第一、第二、第三及第四階段結(jié)構(gòu)間的幾何方程和起升的過程的靜力學(xué)方程。通過建立的幾何方程,結(jié)合實際工作的鉆臺高度為10.5m,坡道的傾角相對固定,轉(zhuǎn)動固定座對轉(zhuǎn)動臂的最大轉(zhuǎn)角進(jìn)行了限制等設(shè)計要求,計算了給定條件下的運移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化值,并對最終結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了確定。通過確定的結(jié)構(gòu)參數(shù),結(jié)合靜力學(xué)方程,計算出運移系統(tǒng)的最大拉力為92635kN,小于系統(tǒng)能夠提供的最大拉力值,滿足設(shè)計要求。第三,結(jié)合靜力學(xué)的相關(guān)模型,通過達(dá)朗貝爾原理建立了運移系統(tǒng)起升過程四個階段的動力學(xué)方程,通過C#和Mat lab軟件對運移系統(tǒng)提升的四個階段的動力學(xué)模型進(jìn)行求解,分析了提升過程中,最大提升力和最大坡道支持力的變化規(guī)律,驗證了管柱輸送裝置運移系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性,同時對主要參數(shù)對提升力和支持力的影響進(jìn)行了分析,為運移系統(tǒng)的運動參數(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考依據(jù)。運移系統(tǒng)的動力學(xué)主要考慮了輸送臂和轉(zhuǎn)動臂的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的慣性力以及第三、第四階段的幾何方程的改變,針對各階段的不同的幾何方程、平衡方程建立了各階段的動力學(xué)方程。通過軟件計算的結(jié)果顯示,在常規(guī)工作下系統(tǒng)所需最大拉力為81230N；最大載荷作用下,所需最大拉力為131380N,運移系統(tǒng)的最大提升力均小于液壓絞車的的最大提力14t,滿足使用要求。同時輸送臂伸出的長度1.5m≤L≤5.5m,高度H≤2.6m,均滿足現(xiàn)場得使用要求。動力學(xué)分析最后,通過軟件分析了偏距e、輸送臂尾端長度、轉(zhuǎn)動臂長度、管柱重量、輸送臂鋼絲繩節(jié)點距對提升拉力和坡道支持力的影響,為運移系統(tǒng)的運動參數(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考依據(jù)。最后,對運移系統(tǒng)與儲存系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析,對系統(tǒng)關(guān)鍵部件的進(jìn)行了靜力學(xué)和瞬態(tài)動力學(xué)分析,觀察零件的變形與應(yīng)力情況；對主要液壓缸桿進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,為系統(tǒng)零部件的安全和可靠性的提供了依據(jù)。靜力學(xué)分析中,分析了轉(zhuǎn)動固定座、管排架安全擋板、管排架液壓缸杠、推塊機(jī)構(gòu)、鋼絲繩連接銷釘在各自最極端工況、最大作用力下的應(yīng)力、變形圖,結(jié)果顯示,各零件的強(qiáng)度都滿足各自材料的強(qiáng)度要求。穩(wěn)定性分析中,通過對比存儲液壓缸桿、推塊液壓缸桿、翻板液壓缸桿的1至5階屈曲載荷與各液壓缸桿的最大工作載荷,其結(jié)果表明,其各階屈曲載荷均大于液壓缸桿的最大載荷,各液壓缸桿的穩(wěn)定性滿足要求。
【關(guān)鍵詞】：管柱輸送裝置 存儲系統(tǒng) 運移系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 動力學(xué)分析 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE928
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 管柱輸送裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計20-32
• 2.1 管柱輸送裝置的功能與原理20-22
• 2.2 管柱輸送裝置存儲系統(tǒng)的設(shè)計22-26
• 2.3 管柱輸送裝置運移系統(tǒng)的設(shè)計26-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 運移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析32-42
• 3.1 運移系統(tǒng)起升第一階段受力分析32-34
• 3.2 運移系統(tǒng)過渡點位置確定34-35
• 3.3 運移系統(tǒng)起升第二階段受力分析35-36
• 3.4 運移系統(tǒng)起升第三階段受力分析36-37
• 3.5 運移系統(tǒng)起升第四階段受力分析37-39
• 3.6 運移系統(tǒng)參數(shù)確定39-41
• 3.7 本章小結(jié)41-42
• 第4章 管柱輸送裝置運移系統(tǒng)動力學(xué)分析42-66
• 4.1 基于Matlab軟件計算方法簡介42-44
• 4.2 運移系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立44-45
• 4.3 運移系統(tǒng)提升第一階段動力學(xué)模型45-47
• 4.4 運移系統(tǒng)提升第二階段動力學(xué)模型47-48
• 4.5 運移系統(tǒng)提升第三階段動力學(xué)模型48-50
• 4.6 運移系統(tǒng)提升第四階段動力學(xué)模型50-52
• 4.7 基于Matlab軟件的動力學(xué)模型求解計算52-53
• 4.8 運移系統(tǒng)起升性能分析53-65
• 4.9 本章小結(jié)65-66
• 第5章 管柱輸送裝置關(guān)鍵部件強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析66-83
• 5.1 管柱輸送裝置關(guān)鍵部件簡介66
• 5.2 管柱輸送裝置關(guān)鍵部件強(qiáng)度校核66-77
• 5.3 管柱輸送裝置關(guān)鍵部件穩(wěn)定性分析77-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第6章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 主要結(jié)論83-84
• 6.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 個人簡介90-91

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