本文關鍵詞：JC50L-3絞車傳動系統(tǒng)的動力學分析及控制研究

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【摘要】：隨著石油鉆采環(huán)境的日益復雜,對開采石油鉆機的性能要求也越來越高。絞車作為石油鉆機起升系統(tǒng)的核心部件,其性能直接決定鉆機的鉆采能力。在我國,傳統(tǒng)絞車仍在大量使用,占到相當大的比例,而其存在設計方法落后、自動化程度低、穩(wěn)定性和安全性較差等問題。本課題對JZ50鉆機配套用JC50L-3絞車的傳動系統(tǒng)進行動力學分析,并對其氣動控制系統(tǒng)進行設計和研究,提高絞車工作的可靠性和自動化程度,以解決傳統(tǒng)絞車存在的問題,具有鉆井性能高、結構簡單、啟動平穩(wěn)和經濟性好等特點。本文完成的研究內容如下。對絞車的總體方案進行設計。根據石油鉆機用絞車的設計要求,確定JC50L-3絞車的驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計方案,對關鍵零部件進行設計計算,并確定關鍵零部件的型號。基于Abaqus軟件的顯式動力學算法對絞車傳動系統(tǒng)的主要零部件進行有限元分析。仿真得出絞車滾筒軸和滾筒體的應力云圖和位移云圖,根據API要求對它們的強度和剛度進行分析和校核。采用SIMP法對滾簡體的結構進行拓撲優(yōu)化,使?jié)L筒體在滿足結構強度要求的前提下,重量實現(xiàn)輕量化。在確定鏈輪參數、分析鏈條受力和瞬時速度的變化規(guī)律基礎上,采用ADAMS軟件建立傳動系統(tǒng)動力學模型,仿真得出鏈條的速度、所受載荷和頻域,以及鏈輪的角加速度和各傳動軸的角速度變化曲線,分析絞車鏈傳動的穩(wěn)定性。基于有限元理論和動力學仿真數據,得出鏈節(jié)和鏈輪的應力云圖和位移云圖,對它們的強度和剛度進行分析和校核；得出傳動系統(tǒng)的模態(tài)振型,驗證結構設計的合理性。對絞車的換擋氣控回路和防碰天車氣控回路進行設計�；贏MESim軟件,建立氣控回路的仿真模型,對換擋和防碰動作進行模擬分析,得出氣壓系統(tǒng)各端口壓力隨時間變化曲線圖,驗證氣控回路設計的正確性。完成絞車傳動系統(tǒng)和氣控回路的調試,驗證絞車傳動系統(tǒng)設計和氣控回路設計的正確性以及是否能達到設計目的。調試的結果表明,JC50L-3絞車啟動后運行平穩(wěn),系統(tǒng)噪聲低,換擋和防碰動作的靈敏度較高,完全滿足使用要求。
【關鍵詞】：鉆機絞車 有限元分析 動力學分析 氣壓系統(tǒng)
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE922
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題的研究目的和意義12-13
• 1.4 本文主要研究內容13
• 1.5 本章小結13-15
• 第二章 JC50L-3絞車總體設計方案15-20
• 2.1 驅動系統(tǒng)15
• 2.1.1 動力驅動方式確定15
• 2.1.2 柴油機型號確定15
• 2.2 傳動系統(tǒng)15-16
• 2.2.1 傳動方式確定15-16
• 2.2.2 傳動系統(tǒng)工作原理16
• 2.3 控制系統(tǒng)16-17
• 2.4 潤滑系統(tǒng)17
• 2.5 制動系統(tǒng)17-19
• 2.5.1 制動方式確定17
• 2.5.2 剎車盤型號確定17-18
• 2.5.2.1 最大鉤載17
• 2.5.2.2 最大快繩拉力17-18
• 2.5.2.3 最大制動力矩18
• 2.5.2.4 單鉗制動力矩18
• 2.5.2.5 剎車鉗數目18
• 2.5.2.6 液壓系統(tǒng)壓力18
• 2.5.3 防碰天車裝置18-19
• 2.6 本章小結19-20
• 第三章 JC50L-3絞車傳動部件的有限元分析20-33
• 3.1 Abaqus軟件簡介20
• 3.2 滾筒軸有限元分析20-25
• 3.2.1 模型建立20-21
• 3.2.2 邊界條件約束21
• 3.2.3 載荷工況分析21-23
• 3.2.4 仿真結果分析23-25
• 3.3 滾筒體有限元分析25-32
• 3.3.1 模型建立25-26
• 3.3.2 邊界條件約束26
• 3.3.3 載荷工況分析26-27
• 3.3.4 仿真結果分析27-29
• 3.3.5 拓撲優(yōu)化29-32
• 3.3.5.1 拓撲優(yōu)化過程29
• 3.3.5.2 網格劃分29
• 3.3.5.3 邊界條件和優(yōu)化目標29
• 3.3.5.4 優(yōu)化結果分析29-32
• 3.4 本章小結32-33
• 第四章 JC50L-3絞車鏈傳動動力學分析33-49
• 4.1 ADAMS軟件簡介33
• 4.2 滾子鏈參數確定33-37
• 4.2.1 鏈輪參數確定33-34
• 4.2.2 鏈條受力分析34-36
• 4.2.3 鏈條瞬時速度分析36-37
• 4.3 鏈傳動動力學分析37-42
• 4.3.1 傳動模型建立37-38
• 4.3.2 仿真模型參數設置38
• 4.3.3 仿真結果分析38-42
• 4.3.3.1 傳動軸的角速度分析38-39
• 4.3.3.2 鏈條的速度分析39-40
• 4.3.3.3 鏈輪的角加速度分析40
• 4.3.3.4 沖擊載荷分析40-41
• 4.3.3.5 頻域分析41-42
• 4.4 滾子鏈的有限元分析42-45
• 4.4.1 內鏈節(jié)的有限元分析43-44
• 4.4.2 外鏈節(jié)的有限元分析44
• 4.4.3 鏈輪的有限元分析44-45
• 4.5 傳動系統(tǒng)的模態(tài)分析45-48
• 4.5.1 模態(tài)分析前處理45-46
• 4.5.2 仿真結果分析46-48
• 4.6 本章小結48-49
• 第五章 JC50L-3絞車氣控系統(tǒng)設計49-58
• 5.1 氣控系統(tǒng)方案設計49-52
• 5.1.1 氣控系統(tǒng)主要參數確定49
• 5.1.2 換檔氣控回路設計49-51
• 5.1.3 防碰天車氣控回路設計51
• 5.1.4 氣控系統(tǒng)主要元件選取51-52
• 5.1.4.1 電動壓縮機確定51-52
• 5.1.4.2 氣控元件確定52
• 5.2 基于AMESim氣控系統(tǒng)建模與仿真52-57
• 5.2.1 AMESim軟件簡介52
• 5.2.2 系統(tǒng)建模52-54
• 5.2.3 仿真結果分析54-57
• 5.2.3.1 換檔氣控回路分析54-56
• 5.2.3.2 防碰天車氣控回路分析56-57
• 5.3 本章小結57-58
• 第六章 JC50L-3絞車氣控系統(tǒng)調試58-62
• 6.1 換擋氣控回路調試58-60
• 6.2 防碰天車氣控回路調試60-61
• 6.3 本章小結61-62
• 第七章 研究工作總結與展望62-64
• 7.1 全文總結62-63
• 7.2 工作展望63-64
• 參考文獻64-67
• 致謝67-68
• 作者在攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的學術論文及專利68-69
• 作者在攻讀碩士學位期間參加的研究項目69-70

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本文編號：801839