超深井石油钻机转盘驱动系统振动特性分析

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1、华中科技大学硕士学位论文超深井石油钻机转盘驱动系统振动特性分析姓名：彭超申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：陈学东20080529华中科技大学硕士学位论文摘要为了开采位于地表深层的油气资源，缓解国内能源紧缺的局面，同时为了提高国产钻机在国际市场上的竞争力，研制具有自主知识产权的高性能超深井石油钻机迫在眉睫。转盘驱动系统作为驱动钻具钻进的动力系统，其性能直接影响着超深井钻机的生产率和使用寿命。本文基于有限元方法和虚拟样机技术，重点研究了某超深井石油钻机转盘驱动系统的扭转振动特性和启动性能、抗干扰性能、制动性能。其研究的内容与成果如下：对转盘驱

2、动系统关键零部件动力学参数进行了有效辨识。根据转盘驱动系统的传动原理和各零部件的结构特点，在Pro/E中建立了转盘驱动系统的三维几何模型。通过线性静力学分析和正则模态分析分别计算了弹性柱销联轴器的扭转刚度。通过线性静力学分析计算了二档齿轮变速箱内的两档齿轮传动、转盘内锥齿轮传动的扭转刚度，得到了三对齿轮传动的扭转刚度随输入扭矩变化的曲线。根据计算的扭转刚度系数，计算了相应零部件的扭转阻尼系数，并结合实际情况加以修正。对转盘驱动系统振动特性进行了仿真分析。利用计算得到的扭转刚度/阻尼系数，建立了转盘驱动系统参数化的动力学模型。分别对高速档、低速档齿轮传

3、动情况下的转盘驱动系统进行了振动模态分析，研究了钻杆的角速度对电动机输入扭矩的频率响应特性。通过对转盘驱动系统的动力学仿真，分析了其启动性能、抗干扰性能和制动性能，均满足使用要求。本文的工作对今后超深井石油钻机转盘驱动系统的研制有一定的指导意义。关键词：钻机，转盘驱动系统，扭转刚度，动力学仿真，模态分析，频响分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractInordertoexploitdeepoilandgasresources,easetheshortageofdomesticenergy,andenhanceChina-madedrillingr

4、ig’scompetitivenessintheinternationalmarket,itisimminenttodevelophigh-performanceultra-deepdrillingrigwithindependentintellectualpropertyrights.Rotarytabledrivesystembeingthepowersystemtodrivedrill-strings,itsperformancedirectlyimpactsontheproductivityandlifeexpectancyofultra-d

5、eepdrillingrig.Inthisarticle,basedonthefiniteelementmethodandvirtualprototypetechnology,thetorsionalvibrationcharacteristicsofanultra-deepdrillingrig’srotarytabledrivesystemarestudied.Thestart-upperformance,anti-jammingperformanceandbrakingperformancearealsoanalyzed.Thisthesis’

6、sresearchcontentsandresultsareasfollows:Thedynamicparametersofthecomplexkeycomponentsintherotarytabledrivesystemareeffectivelyidentified.Accordingtothetransmissionprincipleoftherotarytabledrivesystemandthestructuralfeaturesofitscomponents,thethree-dimensionalgeometricmodelofthe

7、rotarytabledrivesystemisestablishedinthePro/Esoftware.Throughlinearstaticanalysisandnormalmodeanalysis,theelasticpincoupling’storsionalstiffnessiscalculatedrespectively.Usinglinearstaticanalysis,thetorsionalstiffnesscoefficientsoftwogearpairsinthegearboxandthebevelgearpairinthe

8、rotarytablearecomputed.Andthecurvesofthesethreegearpai