JC50L-3绞车传动系统的动力学分析及控制研究

发布时间：2017-09-06 03:16

  本文关键词：JC50L-3绞车传动系统的动力学分析及控制研究

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【摘要】：随着石油钻采环境的日益复杂,对开采石油钻机的性能要求也越来越高。绞车作为石油钻机起升系统的核心部件,其性能直接决定钻机的钻采能力。在我国,传统绞车仍在大量使用,占到相当大的比例,而其存在设计方法落后、自动化程度低、稳定性和安全性较差等问题。本课题对JZ50钻机配套用JC50L-3绞车的传动系统进行动力学分析,并对其气动控制系统进行设计和研究,提高绞车工作的可靠性和自动化程度,以解决传统绞车存在的问题,具有钻井性能高、结构简单、启动平稳和经济性好等特点。本文完成的研究内容如下。对绞车的总体方案进行设计。根据石油钻机用绞车的设计要求,确定JC50L-3绞车的驱动系统、传动系统、润滑系统、制动系统和控制系统的设计方案,对关键零部件进行设计计算,并确定关键零部件的型号。基于Abaqus软件的显式动力学算法对绞车传动系统的主要零部件进行有限元分析。仿真得出绞车滚筒轴和滚筒体的应力云图和位移云图,根据API要求对它们的强度和刚度进行分析和校核。采用SIMP法对滚简体的结构进行拓扑优化,使滚筒体在满足结构强度要求的前提下,重量实现轻量化。在确定链轮参数、分析链条受力和瞬时速度的变化规律基础上,采用ADAMS软件建立传动系统动力学模型,仿真得出链条的速度、所受载荷和频域,以及链轮的角加速度和各传动轴的角速度变化曲线,分析绞车链传动的稳定性。基于有限元理论和动力学仿真数据,得出链节和链轮的应力云图和位移云图,对它们的强度和刚度进行分析和校核；得出传动系统的模态振型,验证结构设计的合理性。对绞车的换挡气控回路和防碰天车气控回路进行设计。基于AMESim软件,建立气控回路的仿真模型,对换挡和防碰动作进行模拟分析,得出气压系统各端口压力随时间变化曲线图,验证气控回路设计的正确性。完成绞车传动系统和气控回路的调试,验证绞车传动系统设计和气控回路设计的正确性以及是否能达到设计目的。调试的结果表明,JC50L-3绞车启动后运行平稳,系统噪声低,换挡和防碰动作的灵敏度较高,完全满足使用要求。
【关键词】：钻机绞车 有限元分析 动力学分析 气压系统
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE922
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 课题的研究目的和意义12-13
• 1.4 本文主要研究内容13
• 1.5 本章小结13-15
• 第二章 JC50L-3绞车总体设计方案15-20
• 2.1 驱动系统15
• 2.1.1 动力驱动方式确定15
• 2.1.2 柴油机型号确定15
• 2.2 传动系统15-16
• 2.2.1 传动方式确定15-16
• 2.2.2 传动系统工作原理16
• 2.3 控制系统16-17
• 2.4 润滑系统17
• 2.5 制动系统17-19
• 2.5.1 制动方式确定17
• 2.5.2 刹车盘型号确定17-18
• 2.5.2.1 最大钩载17
• 2.5.2.2 最大快绳拉力17-18
• 2.5.2.3 最大制动力矩18
• 2.5.2.4 单钳制动力矩18
• 2.5.2.5 刹车钳数目18
• 2.5.2.6 液压系统压力18
• 2.5.3 防碰天车装置18-19
• 2.6 本章小结19-20
• 第三章 JC50L-3绞车传动部件的有限元分析20-33
• 3.1 Abaqus软件简介20
• 3.2 滚筒轴有限元分析20-25
• 3.2.1 模型建立20-21
• 3.2.2 边界条件约束21
• 3.2.3 载荷工况分析21-23
• 3.2.4 仿真结果分析23-25
• 3.3 滚筒体有限元分析25-32
• 3.3.1 模型建立25-26
• 3.3.2 边界条件约束26
• 3.3.3 载荷工况分析26-27
• 3.3.4 仿真结果分析27-29
• 3.3.5 拓扑优化29-32
• 3.3.5.1 拓扑优化过程29
• 3.3.5.2 网格划分29
• 3.3.5.3 边界条件和优化目标29
• 3.3.5.4 优化结果分析29-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 JC50L-3绞车链传动动力学分析33-49
• 4.1 ADAMS软件简介33
• 4.2 滚子链参数确定33-37
• 4.2.1 链轮参数确定33-34
• 4.2.2 链条受力分析34-36
• 4.2.3 链条瞬时速度分析36-37
• 4.3 链传动动力学分析37-42
• 4.3.1 传动模型建立37-38
• 4.3.2 仿真模型参数设置38
• 4.3.3 仿真结果分析38-42
• 4.3.3.1 传动轴的角速度分析38-39
• 4.3.3.2 链条的速度分析39-40
• 4.3.3.3 链轮的角加速度分析40
• 4.3.3.4 冲击载荷分析40-41
• 4.3.3.5 频域分析41-42
• 4.4 滚子链的有限元分析42-45
• 4.4.1 内链节的有限元分析43-44
• 4.4.2 外链节的有限元分析44
• 4.4.3 链轮的有限元分析44-45
• 4.5 传动系统的模态分析45-48
• 4.5.1 模态分析前处理45-46
• 4.5.2 仿真结果分析46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 JC50L-3绞车气控系统设计49-58
• 5.1 气控系统方案设计49-52
• 5.1.1 气控系统主要参数确定49
• 5.1.2 换档气控回路设计49-51
• 5.1.3 防碰天车气控回路设计51
• 5.1.4 气控系统主要元件选取51-52
• 5.1.4.1 电动压缩机确定51-52
• 5.1.4.2 气控元件确定52
• 5.2 基于AMESim气控系统建模与仿真52-57
• 5.2.1 AMESim软件简介52
• 5.2.2 系统建模52-54
• 5.2.3 仿真结果分析54-57
• 5.2.3.1 换档气控回路分析54-56
• 5.2.3.2 防碰天车气控回路分析56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 JC50L-3绞车气控系统调试58-62
• 6.1 换挡气控回路调试58-60
• 6.2 防碰天车气控回路调试60-61
• 6.3 本章小结61-62
• 第七章 研究工作总结与展望62-64
• 7.1 全文总结62-63
• 7.2 工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文及专利68-69
• 作者在攻读硕士学位期间参加的研究项目69-70

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本文编号：801839