铁钻工冲扣钳机构设计与管柱夹持体力学分析

发布时间：2020-04-24 14:19

【摘要】：管柱上卸扣是起下钻作业中的关键环节,铁钻工是当今管柱上卸扣作业自动化程度最高的装备。冲扣钳作为整个铁钻工机构中的一部分,它的作用是完成上扣和卸扣的动作,承载着最大的载荷且需要频繁往复操作。钳牙性能的好坏直接影响到铁钻工的工作效率。本文以管柱咬痕小于1mm、钳牙寿命更长为目的,设计了一种新的无咬痕钳牙来代替直齿形钳牙,主要工作部位为圆柱形夹持体,采用20CrMnTi合金钢制造,夹持体利用弹簧固定在钳牙基座上,基座底部有自锁式双向轨道,在冲扣钳上卸扣时可以形成自锁,防止打滑。无咬痕圆柱形夹持体在冲扣钳上卸扣作业中与石油管柱外壁的接触形式为两平行轴圆柱体的线接触。鉴于此,考虑夹持体与管柱的非线性接触应力问题,基于弹性力学理论及塑性屈服准则,对比分析直齿形钳牙与圆柱形夹持体在上卸扣过程中和管柱外壁的接触应力情况及塑性变形条件,建立钳牙与管柱接触时各因素与变形量及应力关系式,并利用实例计算验证各因素之间影响程度。利用有限元模拟对不同材料不同尺寸的夹持体夹持管柱时的变形量及应力进行分析,确定夹持体对管柱外壁所产生的应力值低于许用应力,证明了此设计是有一定合理性的。这种无咬痕钳牙旨在减小对管柱的损坏程度,同时增长钳牙的使用寿命。
【图文】：

年的研究发展，已经成为了先进设备类钻井设备。其他国家也相继开发出铁钻工产品基本可以分为两类：中一种，主要特点就是要铺设轨道使道上，通过液压装置实现前后位置的设备的使用，铁钻工主要支架为液压卸扣工作时准确到达工作位置。落地种。种体型比较小的代表是 VR-500 型铁奥格公司作为 VR-500 型钻机配套使台上利用轨道固定，钳体的水平方向连接在龙门架上，可以进行上下位置合与垂直井的钻机配套使用。VR-500矩为 108.5kN·m。

铁钻工的另外一种大型的代表[11]是 AR 系列（如图 1-2 所示）和 图 1-3 所示），，这两类铁钻工都是美国国民油井华高公司铁钻工。大型的落地式铁钻工一般夹持管柱的直径范围都比较大，而且，集成效果也更好。此类铁钻工产品的旋扣钳和冲扣钳在更精准的扭矩也更精确，对钻具的损伤也比较小。由于其控制系统的完成对管柱上卸扣工作时更高效，也对作业人员的安全性更高。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE921

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本文编号：2639054