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基于载荷谱的石油钻机转盘传动齿轮疲劳寿命研究

发布时间:2018-10-14 13:49
【摘要】:石油钻机转盘传动齿轮的疲劳寿命是评价石油钻机整体性能的重要指标之一。钻机转盘工作环境极其复杂,常处于各种未知冲击与重载等环境下工作,预测并计算其寿命相当重要。疲劳寿命的计算一般懫用综合疲劳试验台进行测试或物理样机破坏试验,不但耗时长、费用高,而且在设计阶段无法预测出其疲劳寿命。分析国产转盘系统的动力特性,计算转盘齿轮的疲劳性能对于优化转盘驱动系统的设计,改善国产钻井机的综合性能,提升国产钻井机的竞争力意义重大。本文以目前国内最大转盘ZP495为对象,利用联合仿真技术对典型的理论工况下钻机转盘齿弯曲轮疲劳寿命进行了仿真分析,具体做了以下几项工作:运用PRO/E建模技术搭建了转盘驱动系统的三维模型,在动力学软件ADAMS中对模型进行了动力学仿真计算,得到了转盘锥齿轮的啮合力并分析了其变化特性,得到的曲线数据与分析结果为转盘驱动系统的控制及锥齿轮的寿命仿真提供了数据支撑。对仿真载荷进行了疲劳统计分析处理,运用雨流计数原理对载荷数据进行了载荷分级、累积频次合成、各级循环计数等计算,得到了仿真载荷的载荷分布矩阵表、累积损伤率曲线以及雨流直方图。用简单的方法描述了仿真载荷数据的特性,实现了对载荷的规范清晰化处理。建立了转盘锥齿轮的简化有限元模型,分析了锥齿轮弯曲应力的分布情况,确定了其弯曲疲劳的危险部位。基于锥齿轮有限元分析的结果,以名义应力法为基础,结合仿真的载荷以及材料曲线,在疲劳仿真软件Designlife中计算了转盘锥齿轮的疲劳寿命,得到了在理论工况下的转盘齿轮弯曲疲劳寿命,实现了对转盘锥齿轮的疲劳寿命预测。本文的研究成果为转盘锥齿轮的设计优化、寿命预测以及后期维护有借鉴与参考价值。
[Abstract]:The fatigue life of rotary drive gear of oil drilling rig is one of the important indexes to evaluate the whole performance of oil drilling rig. The working environment of rotary disc of drilling rig is extremely complex and often works under various unknown shocks and heavy loads. It is very important to predict and calculate its life. The calculation of fatigue life is usually carried out by comprehensive fatigue test bench or physical prototype test. It is not only time-consuming and costly, but also unable to predict its fatigue life in the design stage. It is of great significance to analyze the dynamic characteristics of the domestic rotary disk system and calculate the fatigue performance of the rotating disk gear for optimizing the design of the rotary disc drive system, improving the comprehensive performance of the domestic drilling rig and enhancing the competitiveness of the domestic drilling rig. In this paper, the fatigue life of the bending wheel of rotary gear of drilling rig under typical theoretical working condition is simulated and analyzed by using the ZP495 of the largest turntable in our country, and the joint simulation technology is used to analyze the fatigue life of the bending wheel. The following works are done: using PRO/E modeling technology to build the 3D model of the rotary disk drive system, the dynamic simulation calculation of the model is carried out in the dynamic software ADAMS, the meshing force of the rotating disc bevel gear is obtained and its variation characteristics are analyzed. The obtained curve data and analysis results provide data support for the control of rotary disk drive system and the simulation of bevel gear life. The fatigue statistical analysis of simulated load is carried out, and the load distribution matrix of simulated load is obtained by calculating load classification, cumulative frequency synthesis, cycle counting and so on, using the principle of rain flow counting. Cumulative damage rate curve and rain flow histogram. The characteristics of the simulation load data are described by a simple method, and the specification of the load is clarified. The simplified finite element model of spiral bevel gear is established, the distribution of bending stress of bevel gear is analyzed, and the dangerous position of bending fatigue is determined. Based on the results of finite element analysis of bevel gears, the fatigue life of spiral bevel gears is calculated in the fatigue simulation software Designlife, based on the nominal stress method, combined with the simulated load and material curve. The bending fatigue life of rotating disc gear under theoretical working condition is obtained, and the fatigue life prediction of rotating disc bevel gear is realized. The research results of this paper have reference value for the design optimization, life prediction and later maintenance of rotary bevel gear.
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE922

【参考文献】

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本文编号:2270660

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