地质钻探钻杆自动移摆装置设计与实验研究

发布时间：2017-06-08 14:03

  本文关键词：地质钻探钻杆自动移摆装置设计与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钻杆自动移摆装置是实现地质岩心钻探自动化的关键性装置,能够实现钻杆的抓取、移摆、旋转和升降等动作,自动实现钻杆自钻杆架到井口的往复移摆,对提高起下钻的效率,降低工人的劳动强度,提高钻进的安全性起着至关重要的作用。国外已经有多款成熟的产品问世,我国则处于起步阶段,在钻进中多数由工人手动完成起下钻过程中钻杆的移摆工作,自动化程度较低。本课题来源于科技部国家高技术研究发展计划深部矿产资源勘探技术——“自动化智能化岩心钻探技术与设备研制”,旨在研发出具有我国自主知识产权的地质岩心钻探自动化、智能化关键技术与设备。本论文针对课题所需研发设备的钻杆自动移摆装置进行研究,设计出一套全电动的钻杆自动移摆装置,最大提升重量为300kg,能够在50s之内完成一次起下钻动作。首先,根据钻杆自动移摆装置的功能需求,确定了装置的总体结构,对垂直升降、水平移摆和竖直转动等组成机构进行了详细的结构设计和计算选型,完成了装置工程图和三维模型的绘制。其次,为了验证装置能在50s内完成钻杆自钻杆架到井口自动移摆的功能,对装置进行了运动学与动力学分析。运用D-H坐标法对装置进行运动学的正、逆求解,得到末端夹持器的空间位姿和各关节运动参数的相互求解关系;运用仿真软件ADAMS对装置进行运动学与动力学仿真,研究末端夹持器、钻杆、滑动平台和转动臂的位姿、速度和加速度等时间曲线,发现钻杆在空间中的位姿轨迹合理,装置运行平稳;研究不同速度下直线导轨、转动臂下支撑耳和竖直转动转轴法兰的力随时间变化曲线,发现运行速度越快,装置零部件间的作用力波动越大,运行时间为50s时零部件间作用力波动较小,验证了装置的设计可行。再次,对桅杆、滑动板、驱动轴和支撑耳等关键零件进行有限元仿真,分析了零件的应力和位移云图,验证了零件结构的可靠性,完成了结构优化。最后,进行样机实验,分析装置装配和运行中存在的问题,完成了结构优化。
【关键词】：钻杆自动移摆 结构设计 运动仿真 结构优化
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题的来源及研究意义9-10
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 选题的背景及意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-17
• 1.2.1 国外发展现状10-16
• 1.2.2 国内发展现状16-17
• 1.3 主要研究内容17-19
• 第2章 钻杆自动移摆装置结构设计19-34
• 2.1 钻杆自动移摆装置结构设计要求19
• 2.2 钻杆自动移摆装置结构设计19-21
• 2.3 组成机构的结构设计与计算选型21-33
• 2.3.1 垂直升降机构设计与计算选型21-28
• 2.3.2 水平移摆机构设计与计算选型28-30
• 2.3.3 竖直转动机构设计与计算选型30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 钻杆自动移摆装置运动学与动力学分析34-59
• 3.1 钻杆自动移摆装置的运动学的正逆解34-41
• 3.1.1 D-H坐标系34-37
• 3.1.2 钻杆自动移摆装置运动学正解分析37-39
• 3.1.3 钻杆自动移摆装置运动学逆解分析39-40
• 3.1.4 利用初始位姿对正逆解进行验证40-41
• 3.2 基于ADAMS钻杆自动移摆装置运动学与动力学仿真分析41-57
• 3.2.1 ADAMS软件简介41-42
• 3.2.2 创建钻杆自动移摆装置仿真模型42-44
• 3.2.3 运动学仿真结果的输出与分析44-52
• 3.2.4 动力学仿真结果的输出与分析52-57
• 3.3 本章小结57-59
• 第4章 关键零部件的有限元分析59-66
• 4.1 桅杆的有限元分析59-60
• 4.2 滑动板的有限元分析60-62
• 4.3 垂直升降驱动轴的有限元分析62-64
• 4.4 转动臂下支撑耳的有限元分析64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 样机实验66-72
• 5.1 钻杆自动移摆装置的样机66
• 5.2 钻杆自动移摆装置装配与运行中的问题66-69
• 5.2.1 垂直升降机构装配与运行中的问题66-67
• 5.2.2 水平移摆机构装配与运行中的问题67-68
• 5.2.3 竖直转动机构装配与运行中的问题68-69
• 5.3 钻杆自动移摆装置的结构优化69-72
• 5.3.1 垂直升降机构的结构优化69
• 5.3.2 水平移摆机构的结构优化69-71
• 5.3.3 竖直转动机构的结构优化71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72
• 6.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙建华;;《岩心钻探规程》修编工作近期启动[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2009年04期

2 ;山东地矿局岩心钻探突破百万米[J];地质装备;2009年03期

3 ;福建地矿局推行岩心钻探标准[J];地质装备;2009年04期

4 彭步山;王乐文;;多种角度岩心钻探施工技术总结[J];黑龙江科技信息;2010年04期

5 ;黄海厂钻机打破国产小口径岩心钻探纪录[J];地质装备;2010年02期

6 贾河;成汉军;;岩心钻探危险因素辨识及其对策[J];吉林地质;2010年04期

7 孙建华;;《地质岩心钻探规程》正式发布实施[J];地质装备;2011年01期

8 马中伟;;浅谈提高地质岩心钻探质量指标的若干问题[J];安徽地质;2012年03期

9 刘鸣;王政敏;;岩心钻探工程电力驱动安全技术应用与实践[J];价值工程;2013年12期

10 ;钻机图解 岩心钻探的特种工作(全组九张)[J];地质知识;1956年07期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 刘卫东;黎波;;若尔盖铀矿岩心钻探技术发展、现状及对策[A];第十四届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术研讨会论文集[C];2007年

2 张联库;刘晓阳;崔秦蜀;;CS-250型除砂机的研制与开发[A];第十四届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术研讨会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张瑞利;福建地矿局推行岩心钻探标准[N];地质勘查导报;2009年

2 记者 秦幸福　孙丙纶;山东地矿局岩心钻探突破百万米[N];地质勘查导报;2009年

3 记者 秦幸福;黄海钻机破国产小口径岩心钻探纪录[N];地质勘查导报;2010年

4 记者 桂运安;我省深部岩心钻探技术国际先进[N];安徽日报;2012年

5 记者 秦幸福　通讯员 孙丙伦;山东局再次刷新全国地质岩心钻探孔深纪录[N];中国矿业报;2009年

6 房贤金 姜娜娜;山东六院国产机具小口径岩心钻探再破全国纪录[N];中国黄金报;2010年

7 秦锦丽;甘肃地矿局1400万元打造找矿“金刚钻”[N];地质勘查导报;2009年

8 记者 秦幸福　通讯员 张敏 孙丙伦;山东局六破国产机具小口径孔深纪录[N];中国矿业报;2010年

9 刘芳霞　王彬;钻探新技术抢滩勘查市场[N];中国国土资源报;2011年

10 记者 秦幸福　通讯员 张敏;山东局刷新国产钻机具钻深纪录[N];中国矿业报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王晓龙;地质钻探钻杆自动移摆装置设计与实验研究[D];中国地质大学(北京);2016年

2 王田青;地质岩心钻探辅助设计系统研究与开发[D];中国地质大学（北京）;2013年

3 彭旭东;地质岩心钻探泥浆专家系统研究与设计[D];成都理工大学;2013年

  本文关键词：地质钻探钻杆自动移摆装置设计与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：432702