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海底60米多用途钻机收放机构设计研究

发布时间:2018-01-17 22:24

  本文关键词:海底60米多用途钻机收放机构设计研究 出处:《湖南科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 海底钻机 收放机构 海洋扰动 虚拟样机仿真 有限元分析


【摘要】:海底60米多用途钻机是具备海洋矿产资源勘探、海底工程地质调查以及海底多参量原位CPT探测等功能的新型海洋重型技术装备。收放机构作为海底60米多用途钻机的配套装备,在钻机的下放与回收作业中发挥重要的作用,安全可靠的收放机构能大大提高海底钻机作业的效率。我国到目前为止还没有为海底钻机研制过专门的收放机构,而传统的依靠A形架和海洋绞车将海洋装备直接吊放的收放方式已经不能适应属于重型海底装备的海底60米多用途钻机。因此国家863计划项目“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”项目中明确规定了要研发与海底60米多用途钻机配套的收放机构的任务。本论文研究即依托此项目展开,设计研究海底60米多用途钻机的收放机构,使其实现海底60米多用途钻机在海洋作业时的安全、快速收放。本文主要研究内容如下:(1)综述国内外海底重型装备收放机构的研究现状,分析和总结当前研究存在的问题,并依此构建满足收放技术要求的海底钻机收放机构结构设计的整体方案。以收放机构整体方案为依托确立海底60米多用途钻机收放机构的组成部分,并根据钻机作业环境和要求确定收放机构对钻机进行收放的作业流程。(2)分析钻机母船在海洋扰动下对收放机构产生的影响,并以此分析结果作为母船外部扰动条件,建立收放机构作业过程的数学模型,并进行数值仿真,得到收放机构运动和受力的理论值。然后根据分析得出的理论值对收放机构的收放液压缸、托架铰接处等主要受力零部件进行设计,得到收放机构的初步设计参数。(3)利用三维建模软件Solidworks对所设计的收放机构进行三维建模,并导入ADAMS软件中建立收放机构的虚拟样机模型。对收放机构虚拟样机进行仿真,得到收放液压缸、支撑底座铰接点等关键部件的运动规律和受力变化曲线,并与前面分析的理论值进行比较,验证收放机构模型是否正确,并对收放机构虚拟样机进行分析。在有限元分析软件ANSYS中对收放机构进行静力学分析,得到关键部件在钻机收放过程中的最大应力值,从而验证所设计的收放机构的刚度和强度能否满足实际要求。(4)将收放机构组装完毕后,在实验室进行钻机收放的试验和主要受力点的应力应变测试实验,并将调试完毕的收放机构运至母船甲板上,对其进行钻机的收放试验。根据试验结果确认所设计收放机构能否按照要求完成海底60米钻机的收放,以及各构件在收放过程中测试点处受到的应力大小是否与有限元分析得到的结果相同。为收放机构在海底60米多用途钻机进行海试时的收放提供理论和实践指导。
[Abstract]:Submarine 60m multi-purpose drilling rig is equipped with marine mineral resources exploration. A new type of marine heavy technical equipment with the functions of submarine engineering geology survey and submarine multi-parameter in-situ CPT detection. The retractive mechanism is used as the auxiliary equipment of the submarine 60m multi-purpose drilling rig. It plays an important role in the down-loading and recovery of drilling rig, and the safe and reliable receiving and releasing mechanism can greatly improve the efficiency of the submarine drilling rig. So far, no special mechanism has been developed for the submarine drilling rig in China. However, the traditional way of lifting and releasing marine equipment directly by means of A frame and ocean winch can no longer adapt to the multi-purpose submarine 60m drilling rig which belongs to heavy submarine equipment. Therefore, the national 863 project " The development and application research of submarine 60m multi-purpose drilling rig system has clearly stipulated the task of developing and developing the receiving and releasing mechanism matching with the submarine 60m multi-purpose drilling rig. The research in this paper is based on this project. In order to realize the safety of submarine 60m multi-purpose drilling rig, the retractable mechanism of submarine 60m multi-purpose drilling rig is designed and studied. The main research contents of this paper are as follows: 1) summarize the research status of submarine heavy equipment receiving and releasing mechanism at home and abroad, analyze and summarize the problems existing in the current research. According to this, the overall scheme of the structure design of the submarine drilling rig's receiving and discharging mechanism is constructed, which meets the requirements of the receiving and releasing technology. The integral scheme of the receiving and releasing mechanism is adopted to establish the component of the submarine multi-purpose drilling rig's receiving and releasing mechanism. According to the operating environment and requirements of drilling rig, the operation flow of the receiving and releasing mechanism to the drilling rig is determined. (2) the influence of the mother ship of the rig on the recovery mechanism under the sea disturbance is analyzed. Taking the analysis results as the external disturbance condition of the mother ship, the mathematical model of the operation process of the receiving and releasing mechanism is established, and the numerical simulation is carried out. Then according to the theoretical values obtained from the analysis of the retractive hydraulic cylinder, bracket hinge and other main mechanical parts are designed. The preliminary design parameters of the receiver are obtained. (3) the 3D modeling software Solidworks is used to model the designed receiver. The virtual prototype model of the receiving and releasing mechanism is established by importing the ADAMS software. The virtual prototype of the receiving and releasing mechanism is simulated and the retractable hydraulic cylinder is obtained. The movement law and force change curve of key parts such as supporting base hinge point are compared with the theoretical value of the previous analysis to verify the correctness of the model. In the finite element analysis software ANSYS, the static analysis of the mechanism is carried out, and the maximum stress value of the key components in the recovery and release process of drilling rig is obtained. It is verified that the stiffness and strength of the designed mechanism can meet the actual requirements. (4) after the assembly of the mechanism, the experiment of drilling rig recovery and release and the test of stress and strain at the main force point are carried out in the laboratory. The finished receiving and releasing mechanism is transported to the master ship deck to carry out the drilling rig recovery and discharge test. According to the test results, the designed receiving and releasing mechanism can be completed according to the requirements of the submarine 60m drilling rig. And whether the stress at the test point of each component is the same as the result obtained by finite element analysis. The theoretical and practical index is provided for the recovery and discharge of the recovery and discharge mechanism during the marine test of 60m multi-purpose drill rig on the bottom of the sea. Guide.
【学位授予单位】:湖南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P634.31

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本文编号:1438253

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