油田抢喷机器人末端受力分析及整机动态静力学研究

发布时间：2017-05-09 05:48

  本文关键词：油田抢喷机器人末端受力分析及整机动态静力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：井喷是油田发生的一种现象,油田井喷发生后应立即采取措施进行井喷控制,否则一旦失控将会造成巨大损失。在对井喷问题的解决方法上,一般是打人海战术,完全利用作业人员将抢喷阀安装在有高速油气流喷出的井口,以完成井喷抢险工作。但是因为恶劣的现场条件和危险的操作环境,难以保证作业人员的安全,且会浪费很多的财力和物力。随着国家越来越重视安全生产、企业越来越重视工人的工作环境和安全,开发用于油田抢喷的机器人研究工作越发重要和迫切。本文针对修井过程中的井喷提出油田抢喷机器人整体结构方案,建立井喷数学模型,基于CFD计算流体力学分析软件动网格技术对井喷条件下机器人末端抢喷阀的运动进行模拟仿真,分析机器人末端抢喷阀的受力,由动态静力学分析求解抢喷机器人各关节的受力,并取得一些创新性成果。1.基于油田抢喷机器人的作业要求及性能分析,提出机器人的整体结构方案。建立井喷仿真工况以及井喷数学模型,研究喷出液体竖直高度和水平距离与喷出液体速度、油管直径、喷出液体液滴半径以及外界风力强度之间的关系。2.抢喷过程中由于机器人末端抢喷阀受到流体的冲击,导致安装位置的不准确,故抢喷作业中机器人末端抢喷阀的受力大小是极为重要的问题。基于计算流体力学CFD软件动网格技术对井喷条件下的机器人末端抢喷阀进行运动模拟仿真,分析井喷环境下机器人末端抢喷阀的受力大小,由机器人末端抢喷阀运动到不同位置时的受力拟合机器人末端抢喷阀在x方向和y方向受力随位置变化的函数表达式。3.基于动态静力学分析方法建立油田抢喷机器人的动态静力学数学模型,分析机器人各杆件的受力情况,求解抢喷机器人运动过程中关键零部件受力随位置变化的关系以及关键零部件受力最大时机器人的位置姿态,该分析可作为电机选型的参考依据,也可以为机器人机构的优化设计提供参考。
【关键词】：井喷 机器人 CFD 动网格 动态静力学
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE938;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 油田抢喷作业研究现状和发展趋势9-13
• 1.2.1 油田抢喷作业研究现状9-13
• 1.2.2 油田抢喷机器人研究现状13
• 1.3 计算流体力学相关研究及应用13-15
• 1.4 本课题主要研究内容及研究路线15-18
• 1.4.1 本课题主要研究内容15
• 1.4.2 研究路线15-18
• 第二章 油田抢喷机器人作业要求及整体结构方案18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 井喷发生的原因及危害18-20
• 2.2.1 井喷发生的原因18
• 2.2.2 井喷类型18-19
• 2.2.3 井喷危害19-20
• 2.3 油田抢喷机器人作业要求20-21
• 2.4 油田抢喷机器人整体结构方案21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 井喷仿真工况及数学模型建立24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 井喷仿真工况建立24
• 3.3 井喷数学模型的建立24-30
• 3.3.1 上升阶段25-28
• 3.3.2 下降阶段28-30
• 3.4 小结30-32
• 第四章 基于CFD的井喷环境下机器人末端抢喷阀受力分析32-54
• 4.1 引言32
• 4.2 基于CFD的井喷仿真分析流程32-34
• 4.2.1 CFD简介32-33
• 4.2.2 井喷仿真分析流程33-34
• 4.3 基于CFD动网格技术的井喷仿真环境建立34-43
• 4.3.1 流域模型建立34-35
• 4.3.2 流域模型网格划分35-38
• 4.3.3 动网格模型设置38-40
• 4.3.4 求解模型选取40-42
• 4.3.5 收敛性分析42-43
• 4.4 井喷环境下机器人末端抢喷阀运动仿真图43-45
• 4.4.1 机器人末端抢喷阀水平方向运动仿真图43-45
• 4.4.2 机器人末端抢喷阀竖直方向运动仿真图45
• 4.5 井喷环境下机器人末端抢喷阀运动受力分析45-46
• 4.6 机器人末端抢喷阀受力描述46-53
• 4.6.1 最小二乘法拟合原理46-47
• 4.6.2 基于MATLAB的机器人末端抢喷阀受力描述47-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 油田抢喷机器人动态静力学分析54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 动态静力学模型建立54-56
• 5.3 动态静力学方程56-57
• 5.4 抢喷机器人速度和加速度假设57-58
• 5.5 抢喷机器人各杆件质心惯性力的求解58-60
• 5.6 机器人动态静力学分析60-63
• 5.7 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果70-72
• 致谢72

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3 赵嘉树;对机器人轴承的评价[J];组合机床与自动化加工技术;1986年10期

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2 黄海林;李兵;刘荣强;邓宗全;;空间运动度可重构机器人概念原理与应用[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年

3 黄亚楼;卢桂章;;多机器人协调运动能力的度量[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集（下册）[C];1995年

4 吴成东;陈莉;邹立君;;机器人顺应运动速度与力混合控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年

5 杨明;苏学成;李贻斌;樊炳辉;逢振旭;;一种机器人关节控制系统研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年

6 荆阳;庞思勤;周兰英;;月球探测机器人关节固体润滑关键技术的新进展[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年

7 于莲芝;颜国正;丁国清;梁卫冲;;核工业机器人现场分布式控制[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

8 杨庆华;张立彬;阮健;;气动弯曲关节的特性研究[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集（第四卷）[C];2002年

9 苏剑波;冯纯伯;;双机器人手眼协调系统[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年

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