铁钻工旋扣钳碳纤维滚轮优化与试验

针对现有铁钻工旋扣钳转矩不足、紧扣效率低的问题,对铁钻工旋扣钳滚轮和钻杆的摩擦特性进行研究,分析了铁钻工上、卸扣过程中滚动摩擦力、静摩擦力的影响因素及提高旋扣钳转矩的方法。在此基础上,开展碳纤维滚轮的旋扣摩擦转矩试验研究,得出该材料滚动摩擦、静摩擦转矩相对现有钢制滚轮摩擦转矩可提高50%,旋扣钳滚轮使用该材料对钻杆损伤小、可提高旋扣转矩、提升上卸扣效率的结论。并给出继续优化材料的配方,改善耐磨性,跟踪油田现场应用及优化旋扣钳使用程序的发展建议。     

一种轨道式铁钻工旋扣钳的研制

轨道式铁钻工旋扣钳是一种旋扣工具,其工作原理是能夹持钻杆本体高速旋转,旋转时带动钻杆整体快速旋上或卸开接头螺纹,它和冲扣钳组合在一起构成了井口机械化工具—"轨道式铁钻工"。文中对轨道式铁钻工旋扣钳的结构、工作原理、技术参数、液压控制原理、电气控制系统及运动仿真等作了详尽的阐述。并结合现场的试验情况阐明了旋扣钳的结构参数设计合理,整体性能先进,布局紧凑,整体安装、拆卸及维护都很方便。同时也指出了该设计为油田工作者带来的好处。     

气动旋扣钳主件动刚度研究

动刚度是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力.旋扣钳作为石油钻井平台井口关键设备之一,研究其动刚度,以提高其动力学性能.对气动旋扣钳的主件进行了动刚度研究,通过锤击法来测量气动旋扣钳主件的结构动刚度,得到了气动旋扣钳主件的动刚度曲线.由动刚度曲线得到的前四阶固有频率,与用有限元法模拟计算的前四阶固有频率吻合,误差小于10％.分析动刚度曲线,表明动刚度随频率的变化而变化,激振频率等于固有频率时动刚度最小.研究成果为进一步提高气动旋扣钳的动力学性能提供理论依据.     

铁钻工冲扣钳壳体轻量化设计

论文以石油钻机井口钻柱冲卸扣和旋扣机械化作业设备—铁钻工冲扣钳壳体为研究对象,根据力学分析计算结果,基于Solidworks三维建模软件对冲扣钳壳体的重要组成板件进行参数化的建模,建立了壳体重要零件的结构优化数学模型,在不改变冲扣钳壳体各零件之间的配合的前提下利用ANSYS Workbench有限元软件对冲扣钳壳体尺寸参数进行了轻量化设计,同时对零件尺寸进行了敏感度分析.通过轻量化设计,在满足工作要求及强度和刚度条件下可将自重相对减小11.2％,减少了材料成本,为铁钻工冲扣钳的设计研制提供了理论依据.     

140S1铁钻工上、卸扣效率的提高及优化

以140S1铁钻工为研究对象,从旋扣钳滚轮旋扣、冲扣钳紧扣为切入点,优化设计并加工了不同结构型式、材料、表面硬度、渗碳层厚度及包络半径等的滚轮和钳牙;根据控制变量法原则,通过试验验证滚轮和钳牙对上、卸扣效率的影响程度。     

旋扣机构对中性的理论与仿真分析

介绍了铁钻工旋扣机构的结构组成及工作原理,对旋扣机构夹持钻具的运动过程进行了理论分析。与此同时,应用ADAMS软件建立旋扣机构的仿真模型,对旋扣机构夹持钻具的自动对中过程进行运动学仿真分析。将理论分析和仿真结果进行对比,验证理论分析的正确性和可行性。     

伸缩臂式铁钻工冲扣钳的设计

冲扣钳作为铁钻工的一部分,是用来完成紧扣和冲扣的动作,与旋扣钳配合能快速地完成钻具上卸扣作业。该文在介绍冲扣钳结构原理的基础上,重点对冲扣钳结构进行了设计,确定了冲扣钳夹紧结构、冲扣结构,以及液压控制系统等关键技术。配套该冲扣钳的铁钻工目前已多套应用于现场,试验表明,该装置结构安全可靠,可实现远程控制,提高了现场作业的安全性。     

气动旋扣钳滚轮轴的模态分析

随着气动旋扣钳转速的提高,产生振动问题也越来越严重,为优化旋扣钳的动力学性能,对其滚轮轴进行模态分析。首先对滚轮轴进行简化,得出其振动力学模型,通过理论法计算出滚轮轴的第一阶固有频率,然后使用Ansys软件对滚轮轴进行模态分析,获取了滚轮轴结构的固有频率及振型。结果表明:理论计算和软件计算误差为2.8%,证明有限元软件对滚轮轴模态计算的准确性,其结果可以为旋扣钳动力学性能的优化提供了依据。     

基于键合图理论的斜直井管柱上扣/卸扣系统设计与仿真

针对斜直井齿轮齿条钻机的管柱自动处理问题,采用顶驱和轨道钳联合作业的方式,设计了一套能够实现管柱紧扣、冲扣和旋扣等动作的自动化作业装置及其液压控制系统。采用键合图理论,建立了动力水龙头旋扣系统和轨道钳系统的键合图模型,并推导出每个键合图模型的系统动态方程。基于20-sim仿真平台,对键合图模型进行了动态仿真分析,通过对比分析,验证了各键合图模型的合理性,为斜直井石油钻机上扣/卸扣机构系统的研制提供技术支持和理论指导。     

铁钻工冲扣钳上、下壳体加工方法研究

铁钻工作为现代化钻井中重要的自动化设备之一,可实现钻杆、钻铤等钻具的旋扣连接工作,冲扣钳在铁钻工工作时起着夹紧及冲扣的作用,其上、下壳体属于铁钻工主承载件,在冲扣过程中受到滑块传递给它的转矩,通过对上、下壳体的结构分析、加工变形分析,合理设计工艺基准及切削参数,制定出合理的工艺方案。     

三点直推式铁钻工冲扣钳壳体关键制造技术

铁钻工是一种配套钻井的自动化井口工具,主要用于进行钻杆、钻铤、接头的旋扣和冲扣作业,可替代人力操作,并能有效提高生产效率和安全性。文中探讨的铁钻工冲扣钳结构为三点直推式,适用于大转矩级别的铁钻工,通过对冲扣钳壳体进行过程分析、制定加工工艺流程并完成了生产制造,为三点直推式铁钻工的壳体加工提供了技术支撑。     

铁钻工冲扣钳牙板齿参数分析与优化

针对铁钻工冲扣钳牙板齿在拧卸扣过程中出现的崩齿和磨损现象,基于Ansys Workbench有限元软件,对牙板齿接触钻杆时的极限静态工作状态进行弹塑性分析,根据应力线性化原理分析了牙板齿与钻杆接触部位的应力,并进行了分类识别与评定。再以牙板齿关键参数作为研究对象,结合加工能力进行两次正交试验确定不同的优化方案。利用压力胶片测得了牙板齿与钻杆的接触应力,通过拟合数据得到施加压力与牙板齿所受最大应力线性曲线,验证了优化方案和有限元分析结果的合理性。评定方法和结果为冲扣钳拧卸扣装置的牙板齿参数的确定提供了依据,试验方法对同种类型设备的应力测试分析提供了新途径,对保证冲扣钳安全可靠有效工作具有重要的工程意义。     

铁钻工在现场的试用对比分析

在自动化钻井生产中,铁钻工是目前最先进的扭矩旋扣设备,可完成钻杆、套管等钻具的旋扣连接工作,提高生产效率和安全性,是现代化钻井中重要的自动化设备之一。通过现场使用,对比分析了铁钻工的结构、工作原理和技术参数,阐述了铁钻工优缺点及改善的意见。     

铁钻工旋扣钳升降装置的研制

研制了铁钻工旋扣钳升降装置,介绍了升降装置结构功能及主要技术参数,液压和电控控制系统及装置的研制情况。该装置目前已经完成厂内试验,经试验表明,该升降装置结构合理,自动化程度高,提高了现场的作业效率。     

钻机顶驱系统背钳机构设计及仿真

针对顶部驱动可靠性及工作环境要求,对背钳机构进行结构设计与仿真。简要介绍了顶部驱动钻井装置的基本结构组成,分析了背钳在顶驱系统中的作用以及它的基本结构组成。对背钳的工作原理作进一步的阐述,并以CATIA软件为设计平台建立背钳夹紧机构模型。对背钳机构进行设计,并在此基础上,经过设计计算以及运用ADAMS软件对背钳系统进行运动学仿真分析,得到背钳机构中的运动部件在背钳夹紧和松开的过程中的速度和加速度运动曲线,初步探索了背钳的运动规律。     

无牙痕套管钳钳头的设计与研究

常规套管钳上扣时极易在套管表面形成牙痕,这些牙痕入井后在硫化氢等化学物质的腐蚀下逐渐扩大,对套管柱形成较大的质量隐患,如何实现无牙痕上扣是井场亟待解决的问题。文中设计了一种无牙痕钳头,该钳头通过采用非金属弹性材料作为钳牙,增大钳牙与套管间的接触面积,降低钳牙与套管间的压强,从而实现无牙痕上扣,并且可以与常规套管钳配套使用。现场应用结果表明,使用该钳头上扣时套管表面没有损伤,且操作简便,安全性高。     

不同旋合扣数下钢拉杆螺纹联接强度试验及有限元应力分析

钢拉杆是大跨度建筑物中重要的受力构件,通过螺纹联接成为一体,共同抵抗外力.其承载力的大小决定于拉杆本身的强度及螺纹联接的强度,因此对钢拉杆螺纹联接进行强度分析及确定合理的旋合扣数是设计的关键.文中通过理论分析和试验验证,确定不同旋合扣数下钢拉杆的破断载荷及在保证联接接头不破坏情况下所需的最少旋合扣数;通过对螺纹联接进行有限元建模和计算,分析并比较不同载荷及不同旋合扣数下螺纹牙的应力状态、应力分布、轴向弹塑性变形及各螺纹牙接触面间的压力和滑移变形规律.     

基于键合图理论的轨道钳升降系统建模与仿真

斜直井齿轮齿条钻机作业时,管柱接箍需要以一定倾斜角度和不同位置进行精确对中,又能相对井架上下运动,传统的液压大钳和铁钻工等管柱上/卸扣装置都不适合于斜直井齿轮齿条钻机。针对这一技术难题,提出了可以沿着钻机井架轨道自由升降的轨道钳系统,设计了该轨道钳系统的升降装置及其液压控制系统。基于键合图理论建立了轨道钳升降系统的数学模型,推导出轨道钳升降系统的动态方程。基于20-sim仿真平台,对轨道钳升降系统进行了动态仿真,验证了所建立的键合图模型的合理性,并分析了系统动态特性产生的原因和影响,可为升降系统的研制和控制提供技术指导。     

一种三自由度并联踝关节康复机构

在分析现有踝关节康复机构的基础上,提出一种基于3-UPU并联机构的新型踝关节康复机构,该机构具有3个自由度,能够实现踝关节的旋前/旋后、内翻/外翻运动,并且该机构的转动轴线可实现高度和角度方向的调节,从而使机构转动轴线与人体踝关节运动轴线更好的吻合,给患者带来更好的康复效果。求解了机构的自由度,运动学反解,并根据踝关节康复要求对机构尺寸进行确定,进一步求解了机构的工作空间,对机构的运动学进行了仿真验证和样机运动试验。     

一种铁钻工圆柱钳牙制造工艺与分析

钳牙是铁钻工完成上卸扣作业的关键部件之一,其工况条件恶劣,要求其材料强度高,使用寿命长。钳牙在制造时加工精度高、难度大,且缺乏精密的检测手段。针对上述难题,文中从钳牙材质的选择着手,通过对钳牙机械加工方法及热处理方法的分析,形成了一套钳牙的制造工艺,经过试验及现场应用验证,整体性能优良。