车载压裂泵多体系统动态仿真与隔振优化

发布时间：2021-01-12 02:46

　　近年来,伴随着压裂技术在油气田勘探与开采中的广泛应用,国内压裂设备的开发与研究得到了极大的发展,其中首要的设备即油气田专用的压裂车也正朝着高压力、大功率、大排量及自动化的方向稳步发展。但在实际作业过程中,随着压裂车的功率和质量的增大,其整车振动问题也越来越突出。压裂车主要由车台设备和底盘卡车组成,车台设备在压裂作业时会产生作用于底盘卡车的振动激励,从而引起整车振动,对压裂作业的安全和质量造成一定的影响,这其中尤以压裂泵最为显著。因此,本文选取在正常作业工况下的压裂泵振动响应作为主要研究的内容,分析其作业工况下的振源激励,从而得到压裂泵振动响应的主要特性,并对压裂泵的隔振系统进行参数优化设计,以期减小压裂泵振动带来的影响。本文针对较为常见的2500型压裂车进行了研究,根据压裂车结构组成和工作原理可知,在压裂作业过程中,整车振动主要受车台设备（压裂泵与车台发动机）的影响,振动激励主要来自于压裂泵和车台发动机各自的传动系统,即各缸曲柄连杆机构的激振力。通过MATLAB编程建立了压裂泵和车台发动机传动系统的激振力模型,分析了其激励特征,为后续压裂泵的振动研究打下了理论基础。根据集中参数法的理论... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压裂车组作业现场及压裂车实体图

学模型，研究了模型的统计响应量数学计算与分析方法，对于研究多轴重型特种汽车的振动响应有着重要的指导意义[15]。陈俊杰等利用拉格朗日方程建立了1/4型车辆模型，研究了车辆振动响应的幅频特性[16]。吕士宝通过建立1/4车辆双自由度动力学模型，对车辆刚度、阻尼等参数的随机性响应进行了研究[17]。刘明春通过建立22自由度的车辆动力学空间模型，探索了多自由度非线性系统的动态响应，并借助仿真试验进行了验证[18]。因此，合理地选用汽车动力学模型将有助于更为准确地预测其振动响应，本文选用的是汽车动力学空间模型，如图1-2所示。图1-2汽车动力学空间模型针对集中参数的多自由度机械振动系统，对其进行响应分析时常采用振型叠加法、复模态法、状态空间法、直接积分法、一阶常微分方程组初值问题的数值解法及时域有限元法的六种常用时间历程响应分析法[19]。张乐基于状态空间法，对多种情况下的多体系统动力学微分-代数方程进行了数值求解[20]。李树志建立了车辆-路面耦合系统的动力学模型，分别通过积分变换、模态叠加法和Newmark法对比分析了非线性车路耦合系统的动力响应[21]。刘晓明等通过建立7自由度整车运动动力学模型，利用Wilson-θ方法求解了车辆经过不平顺的路桥过渡段所产生的振动响应[22]。Liu等通过改进的Newmark法和Wilson-θ方法求解多自由度振动系统的非线性动力学微分方程[23]。GopalaRao和Narayanan利用时域有限元法研究了可预见性随机路面激励作用下的四自由度半主动控制的非线性迟滞悬架车辆模型的振动响应[24]。

燕山大学工学硕士学位论文-6-响[43]。欧阳峰针对压裂车作业时的工况复杂、振源较多、容易共振的特点，提出了合理的振动测试方法，并进行了不同档位下其固有频率、振动幅值及振源特性的分析，研究了发生共振问题时的整机结构优化方案[44]。王凯和张仕民研究了动载荷作用下压裂车车架的响应特性，结果表明泵的激励对压裂车振动影响较大[45]。这些前人的研究成果均为压裂车振动建模分析提供了理论上的支持与引导。1.2.3隔振优化研究现状隔振研究一直是针对机械系统振动研究的重要内容，是振动控制的主要方法之一。隔振主要是指通过隔振装置将振源与被保护的对象隔离开，从而减少不良振动传递的影响[46-47]。可以将隔振分为积极隔振和消极隔振两类，前者是指减小振动设备对于周围其他设备或者基础影响的隔振措施，后者是指减小基础的振动对于机械设备影响的隔振措施，其力学模型如图1-3所示。a)积极隔振b)消极隔振图1-3隔振系统力学模型由于车台发动机和压裂泵在正常工作时其内部传动系统会产生一定的激振力，从而对底盘卡车性能方面造成一定的影响。因此，本文主要研究的是积极隔振。多年来，国内外学者针对隔振优化进行了深入地理论分析与试验研究。目前对于隔振系统的研究主要集中在隔振元件的结构与性能研究、隔振系统的参数配置与优化设计等方面。一方面，国外的研究概况。1950年，Anon和Hassison利用碰撞理论建立了6自由度隔振系统的数学模型，并对隔振系统进行了优化设计[48-49]。1979年，Johson


本文编号：2971985