CRUST.I.04铁钻工伸展机构及定位系统设计

发布时间：2017-04-16 15:21

  本文关键词：CRUST.I.04铁钻工伸展机构及定位系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“地壳一号”万米钻机集成了石油钻井装备的超深井钻井能力和地质岩心钻探先进的钻进技术,其钻探能力为10000m、最大钩载为700吨,总功率为4610kw。因配备有自主研发的大扭矩全液压顶驱、悬挂式自动钻杆排放装置、高精度自动送钻系统、全液压自动猫道和全液压智能化铁钻工等自动化装备,该钻机的自动化和智能化水平很高。其中CRUST.I.04铁钻工是由吉林大学建设工程学院联合四川宏华集团为“地壳一号”万米钻机配套研发的自动化井口拧卸装置,该型铁钻工主要由伸展机构、回转机构、升降机构、旋扣机构以及夹持拧卸机构组成。CRUST.I.04铁钻工的伸展机构主要由伸展油缸、上平移滑车、下平移滑车、伸展拉杆以及支撑杆组成。相比于国内外的同系列的铁钻工产品,CRUST.I.04铁钻工具有旋扣扭矩大,夹持管柱范围广等优点。本文在对CRUST.I.04铁钻工的伸展机构进行了全面而深入的研究之后,提出了CRUST.I.04铁钻工的伸展机构的改进设计方案,并对组成该机构的零部件结构进行了重新设计。改进后的上平移滑车将耐磨块改为滚动轴承和滚轮组件,这种结构减少了因与导轨接触而产生的摩擦阻力,同时伸展油缸改为竖直布置,油缸的活塞杆与下平移滑车连接。为了满足松科二井现场的环境条件,CRUST.I.04铁钻工还需要一套精度较高的伸展定位控制系统,基于此,本文对该伸展定位系统进行了设计,拟定了伸展定位液压系统的原理图并进行了系统控制方案的设计,所设计的液压系统由压力控制回路、换向和调速回路等基本回路组成,压力控制回路中采用电液比例溢流阀来控制系统工作压力,换向和调速回路中采用三位四通电液比例换向阀来实现换向和调速。所设计的控制系统为电液比例闭环控制系统,该电液比例闭环控制系统主要由输入信号、反馈信号、功率放大器、电液比例三位四通换向阀、负载敏感变量泵、单活塞杆双作用液压缸、检测元件以及负载等组成。针对改进设计后的伸展机构,本文利用ADAMS软件对该机构进行了动力学仿真分析,并通过刚柔耦合建模分析,得出了在不同的控制信号下钳体运动的速度随时间的变化规律,仿真结果证明了该伸展机构的设计是合理的。针对所设计的伸展定位控制系统,利用AMESim软件对该系统进行了仿真分析,通过调整系统中前置放大器2的放大倍数,得出了在不同的放大倍数下,控制系统的稳态误差,仿真结果证明了该伸展定位控制系统设计的合理性。
【关键词】：铁钻工 伸展机构 定位系统 ADAMS AMESim
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题提出的背景和意义12-13
• 1.3 铁钻工的国内外研究现状13-20
• 1.3.1 铁钻工的国外研究现状13-17
• 1.3.2 铁钻工的国内研究现状17-20
• 1.4 研究内容与研究方法20
• 1.4.1 研究内容20
• 1.4.2 研究方法20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 CRUST.I.04铁钻工伸展机构的研究与改进设计21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 原CRUST.I.04铁钻工机构的研究21-22
• 2.3 伸展机构设计方案的选择22-26
• 2.3.1 基本工况分析及铁钻工技术指标22-24
• 2.3.2 设计方案的提出24-26
• 2.3.3 伸展机构自由度计算26
• 2.4 伸展机构零部件结构设计26-29
• 2.4.1 伸展拉杆结构设计26-27
• 2.4.2 上、下平移滑车结构设计27-28
• 2.4.3 伸展驱动油缸结构设计28-29
• 2.5 整机模型的立29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 CRUST.I.04铁钻工伸展定位液压系统的设计32-41
• 3.1 伸展定位液压系统的设计要求32
• 3.2 拟定液压系统原理图32-34
• 3.2.1 确定系统类型32-33
• 3.2.2 选择液压基本回路33-34
• 3.2.3 由基本回路组成液压系统34
• 3.3 液压系统的计算以及液压元件参数的计算34-38
• 3.3.1 负载计算34-35
• 3.3.2 确定液压系统主要参数35-36
• 3.3.3 液压缸的参数计算36-37
• 3.3.4 液压泵的参数计算37-38
• 3.3.5 驱动电机的功率计算38
• 3.4 伸展定位控制系统设计38-40
• 3.4.1 确定液压控制系统的设计要求38-39
• 3.4.2 电液比例控制系统介绍39
• 3.4.3 开环控制系统39
• 3.4.4 闭环控制系统39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 基于ADAMS铁钻工伸展机构的动力学仿真分析41-51
• 4.1 ADAMS软件简介41-44
• 4.1.1 概述41
• 4.1.2 ADAMS动力学分析理论基础41-44
• 4.2“地壳一号”铁钻工伸展机构多体动力学分析44-47
• 4.2.1 文件的导入44-45
• 4.2.2 添加约束和驱动45
• 4.2.3 仿真分析45-47
• 4.3 刚柔耦合建模分析47-50
• 4.3.1 拉杆柔性体建模过程48
• 4.3.2 仿真结果分析48-50
• 4.4 驱动油缸的受力分析50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 基于AMEsim铁钻工伸展定位系统的仿真分析51-59
• 5.1 AMESim仿真软件简介51
• 5.1.1 AMESim概述51
• 5.1.2 AMESim特点51
• 5.2 伸展机构液压系统AMESim建模51-53
• 5.2.1 草图模式（Sketch mode）51-52
• 5.2.2 子模型模式（Submodel mode）52
• 5.2.3 参数模式（Parameter mode）52-53
• 5.2.4 运行模式（Run mode）53
• 5.3 伸展机构液压系统AMESim仿真结果分析53-54
• 5.4 稳态精度分析54-55
• 5.5 频率响应分析55-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 作者简介64-65
• 致谢65

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