泥浆泵动力端的动力学分析及疲劳寿命预测

发布时间：2020-06-08 17:38

【摘要】：泥浆泵是机械工程钻探领域机械设备的重要组成部分,广泛应用于石油钻井。泥浆泵主要起到循环泥浆,冷却钻头,把岩屑传送回地面等作用。随着深井、超深井的出现,钻探深度的增加,对泥浆泵的功率、压力等性能的要求越来越高,泥浆泵不断地向着大功率、大排量的方向发展。同时,泥浆泵野外工作条件的复杂和恶劣,使得人们越来越关注泥浆泵的使用性能和使用寿命。连杆和曲轴作为泥浆泵动力端的核心组成部分,其结构参数,结构强度以及疲劳寿命很大程度上决定了泥浆泵整体的大小与轻重、承载能力和使用寿命。泥浆泵在循环载荷的反复的持续的作用下,零部件容易发生疲劳失效,而这种失效形式具有隐蔽性,直到损伤累积到一定程度发生质变,引起突发性的断裂与破坏,造成严重的后果与经济损失。为了预防事故的发生,对泥浆泵动力端的主要零部件进行动力学分析和疲劳寿命预测就显得格外重要。运用理论力学知识分析泥浆泵动力端曲柄连杆机构的运动规律和受力情况,并绘制成图直观地显示各个构件在一个周期内所受的作用力的变化情况和运动规律。运用有限元软件ANSYS创建泥浆泵动力端的有限元模型,对泥浆泵动力端主要结构做静力学分析,找到容易产生应力集中的部位,计算出最大应力。为了更好地还原泥浆泵动力端的真实工作状况,应该把曲柄连杆作为柔性体来看待,运用ADAMS动力学软件创建泥浆泵动力端的刚柔耦合模型,分别对连杆与曲轴进行动力学模拟仿真,分析连杆和曲轴的动应力状态。连杆曲柄承受着循环交变应力的反复作用容易产生疲劳损伤,损伤累积到一定程度会导致零件的损坏,利用MSC.fatigue软件来分析和预测连杆与曲柄的疲劳寿命,找到发生破坏前疲劳寿命最短的部位,计算出最小总应力循环次数。虽然连杆和曲轴受到的最大应力值均远远小于其各自的材料屈服强度极限,但是在循环载荷的长时间作用下仍然会发生疲劳失效,最终引起零部件突发性的断裂,带来严重的后果与经济损失。对曲轴连杆进行动力学分析及疲劳寿命预测,为连杆与曲轴的设计或改进奠定了基础。
【图文】：

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图 1-1 技术线路流程1.3.2 主要问题1）泥浆泵在运转状态下，，泵体压力不稳定，是一个波动的变量。活塞的密封情况，泵阀的滞后等等因素均会对泥浆泵的泵体压力产生不同程度的影响，完全地反映实际情形难度很大甚至无法实现，只能做一些合理的简化。每个摩擦部位的摩檫，比如活塞与缸体之间的滑动摩檫，摩擦力无法精确地计算，接触面的温度，活塞与缸体之间的配合关系等等都会影响摩擦力的大小，完全准确地反映实际情形难度很大甚至无法实现，只能使用经验公式去做合理的近似处理。2）曲柄连杆作为泥浆泵动力端的核心部件，具有比较复杂的结构，创建其有限元模型时如果完全还原和再现实物十分困难无法实现，只能做一些合理的必要的简化，省略一些无关紧要的因素，比如尺寸比较小的过渡圆角和油孔等。3）确定构件的位移边界条件是进行有限元分析不可或缺的一个环节，加在模型上的位移约束必须足够。对于约束较少的零件，须引入补充约束条件。引入补充约束条件的原则是引入后整个结构或结构的重要组成部分的变形和受力状况维

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图 2-1 型号为 3NB-1600F 的泥浆泵动力端的实物图力端运动分析上可以近似看作为一个曲柄连杆机构[23-24]，它的图 2-2 泥浆泵动力端运动简图 OB=r，连杆长度 AB=l，曲柄角速度为 ω,方向以
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH38

【参考文献】