ZQ216-80新型液压动力钳的设计与研究

发布时间：2017-09-24 20:17

  本文关键词：ZQ216-80新型液压动力钳的设计与研究

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【摘要】：液压动力钳是一种石油钻井井口工具,广泛适用于海洋、陆地钻井和修井作业时上卸管柱丝扣作业。目前,传统的液压动力钳虽然能适用大部分的管径范围,但须配置多套尺寸不同的牙板部件以适应不同的管径,更换流程繁琐,动力钳的移动也过于繁重和危险。本文通过对比国内传统液压动力钳和国外主流旋扣设备铁钻工的基本结构与工作方式,指出了传统液压动力钳与铁钻工各自的优缺点;进行了ZQ216-80新型液压动力钳的结构设计和优化,设计的新型夹紧机构,能够适用所有管径的钻杆,并且不需要颚板等夹紧部件;在移动方面结合了铁钻工的伸缩机构,能够安全便捷地移动液压动力钳。本文主要设计与研究内容如下:(1)分析了传统液压动力钳结构上的缺陷和使用过程中的问题,确定了ZQ216-80新型液压动力钳的性能参数;设计出新型的基于螺旋传动结构的上钳夹紧机构,提高了夹紧适用范围;借助机构运动学理论,对上下钳机构、传动系统和伸缩臂进行了结构优化设计,计算出了各机构参数使其符合设计要求,提高了钻杆上卸扣效率。(2)以液压动力钳各个机构具体工作要求为规范,确定了动力钳的系统压力,并设计了整机液压控制系统;借助液压缸载荷构成与计算理论基础,参考液压缸和液压马达选用规则,对各机构液压缸和液压马达等相关液压元件行进了计算和选型。(3)建立了上钳四联封闭齿轮系统和伸缩臂机构的运动学模型,基于Hertz接触理论在计算齿轮啮合接触力方面的应用,对上钳齿轮传动系统进行了动态特性研究;以多体系统动力学为理论依据,分析了伸缩臂在不同工况下所需要的驱动力,为伸缩臂液压缸的计算与选型提供了理论参考。(4)通过ANSYS Workbench软件对ZQ216-80新型液压动力钳的关键部件上钳U型夹紧支架和滑车体进行了静力学分析,得到了其应力应变云图和位移云图,验证了关键受力部件的可靠性。
【关键词】：液压动力钳 铁钻工 结构设计 液压系统 动力学分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 液压动力钳结构与工作原理介绍11-12
• 1.1.2 铁钻工结构与工作原理介绍12-13
• 1.2 动力钳和铁钻工发展研究现状13-17
• 1.2.1 国内动力钳和铁钻工发展研究现状13-15
• 1.2.2 国外动力钳和铁钻工发展研究现状15-17
• 1.3 本课题的目的与主要研究内容17-19
• 1.3.1 课题目的17-18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 第二章 液压动力钳的机构设计19-40
• 2.1 ZQ216-80新型液压动力钳的性能参数及主要结构19-23
• 2.1.1 传统液压动力钳与铁钻工性能对比19-20
• 2.1.2 性能参数20-21
• 2.1.3 结构特点21-23
• 2.1.4 上、卸扣流程23
• 2.2 下钳机构设计23-25
• 2.3 上钳夹紧机构设计25-34
• 2.3.1 螺旋传动计算27-29
• 2.3.2 螺杆强度及稳定性校核29-31
• 2.3.3 螺杆驱动转矩计算31-33
• 2.3.4 上钳牙板防松机构设计33-34
• 2.4 上钳传动机构设计34-36
• 2.4.1 上钳结构设计34
• 2.4.2 上钳传动机构设计34-36
• 2.5 伸缩臂机构设计36-39
• 2.6 本章小节39-40
• 第三章 液压动力钳控制系统的设计40-53
• 3.1 液压动力钳传动控制方案40-42
• 3.1.1 控制方案的确定40-41
• 3.1.2 液压回路的设计41-42
• 3.2 油路系统的计算42-43
• 3.2.1 液压动力钳的技术要求42
• 3.2.2 系统压力的确定42-43
• 3.3 液压执行元件的选择与计算43-52
• 3.3.1 液压缸的载荷构成和计算43-44
• 3.3.2 下钳夹紧液压缸的计算与选型44-48
• 3.3.3 升降液压缸的计算与选型48-50
• 3.3.4 上钳液压马达的计算与选型50-51
• 3.3.5 上钳夹紧液压马达的计算与选型51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 液压动力钳运动学和动力学分析53-70
• 4.1 上钳四联封闭齿轮传动系统动态载荷仿真53-60
• 4.1.1 齿轮参数以及工况分析53-54
• 4.1.2 四联封闭齿轮安装条件计算54-56
• 4.1.3 齿轮碰撞力参数计算56-57
• 4.1.4 四联封闭齿轮传动系统动力学仿真模型的建立57
• 4.1.5 四联封闭齿轮传动系统仿真结果分析57-60
• 4.2 伸缩臂机构运动学分析60-65
• 4.2.1 伸缩臂机构运动学理论分析60-61
• 4.2.2 伸缩臂机构运动学仿真分析61-65
• 4.3 伸缩臂机构动力学分析65-69
• 4.3.1 伸缩臂机构驱动力分析65-68
• 4.3.2 伸缩臂液压缸逆向计算68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 主要部件的受力分析与强度校核70-75
• 5.1 有限元分析软件ANSYS Workbench介绍70
• 5.2 关键零件的受力分析70-74
• 5.2.1 上钳U型夹紧支架有限元分析70-72
• 5.2.2 滑车体有限元分析72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利81
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目81

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本文编号：913252