液压钻杆夹持器的自锁性能分析与优化设计

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1、2013年第42卷石油矿场机械第2期第21页01LFIELDEQUIPMENT文章编号：1001-3482(2013)02—002105液压钻杆夹持器的自锁性能分析与优化设计胡志坚，田毅，刘继亮(中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195)摘要：针对岩芯钻机的钻杆夹持器存在夹紧力不足的问题，建立力学模型，对主要设计参数进行了分析和优化。结果表明：要有效提高夹持器的自锁性能，应适当减小夹持时连杆轴线的水平夹角和增大销轴孔中心距L，还应尽量减小销轴直径和滑动面摩擦力；另外，为避免因钻杆自重力不足引起的拧卸扣打滑现象，必须利用液压缸对夹持器进行预加载。关键词

2、：钻杆夹持器；力学模型；自锁性能；优化设计中图分类号：TE921．902文献标识码：A·+“-+--．-4-n-4-”+”+”+．+”+“+”+”+”+”十”+”+“+“+”-p”-+-”-+-”+”十．一十“十“—卜“+“+”-4-”+”+”十．一十”—卜“十”—卜一—+-”—卜一—”十”十“——卜”—卜“—卜4结论1)采用拉格朗日乘数法对采油用单螺杆泵的排量进行优化设计，得出了采油用单螺杆泵的定子螺距、定子橡胶外径和定子橡胶的最小壁厚(双边)之间的最佳关系。0．10．20．30．40．50．60．70．80．92)在确定采油用单螺杆泵的定子螺距、定子定子

3、和转子头数比橡胶外径和定子橡胶的最小壁厚(双边)之间的最佳图5定子和转子头数比与排量关系曲线关系的基础上，得出了定子的最优螺旋角是35．26。。并且得到了采油用单螺杆泵排量的优化设计表达式。3)得出了采油用单螺杆泵的排量与定转子头数比及转子头数之间的关系曲线。表明转子头数的取值并不是越大越好，认为转子头数取6左右为最佳。参考文献：[1]RobelloSamuelG，KenJSaveth．OptimaldesignofPro—gressingCavityPumps[J]．JournalofEnergyResourcesTechnology，2006，128(4

4、)：275—278．图6转子头数与排量的关系曲线[23韩国有，宋玉杰，杜秀华，等．采油螺杆泵举升性能检测由图5～6可以看出：在定子的直径D和转子技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2011．[3]杜秀华，任斌，韩国有．双头单螺杆泵的线型设计及的角速度∞保持不变的情况下，随着螺杆泵的头数虚拟建模[J]．石油矿场机械，2007，36(1)：33—35．比i的取值逐渐增大，螺杆泵的排量Q呈现逐渐上[41宋玉杰．单螺杆泵螺杆一衬套副型线研究[D]．大庆：大升的趋势，且上升的趋势逐渐加快；随着采油单螺杆庆石油学院，2008．泵的转子头数的取值逐渐增大，螺杆泵的排

5、量Q也r-s3韩国有，姜长鑫，杜秀华．普通内摆线型双头螺杆泵的呈现逐渐上升的趋势，但上升的趋势逐渐减慢。因建模及运动仿真[J]．石油矿场机械，2011，40(1)：1-4．[6]RobelloSamuelG．MathematicalModelingandDesign此，转子头数的取值并不是越大越好，笔者认为在6AnalysisofthePowerSectionofaPositiveDisplace—左右为最佳。mentMotor(PDM)rD]．UniversityofTulsa，1997．收稿日期：2012-08—29作者简介：胡志坚(1979一)，男，安

6、徽黄山人，高级工程师，主要从事钻井设备与工具研究，E-mail：huzhijiandri@cnpc．corn．cn。第42卷第2期胡志坚，等：液压钻杆夹持器的自锁性能分析与优化设计·23·的夹角。假设钻杆夹持器处于受力平衡状态，夹持arcsin()连杆所受外力包括销槽对下销轴产生的正压力T和摩擦力F(摩擦因数．厂，摩擦角)，其合力为一兀一BOE-flT；卡瓦对连杆凸轮产生的正压力N和摩擦力F图3b为夹持连杆受力简化模型，直线OB、0(3(摩擦因数，摩擦角。)，其合力为N；另外还有和AG三线段在垂直方向的投影之和等于BD，水上销轴处转动副的总反力P(摩擦因数．

7、厂3，摩擦角平投影之和等于AD。因此，在直角／X,ADB中，有)。根据平面力系平衡原理，外力T、N和P的OB—AG+(X)sin01+OBsin(Ol+02—7c)一力作用线必相交于一点C。R+Lsin0l+Rhsin(0l+02—7c)(1)AD—OGcos01+OBcos(O1+02一丌)一Lcos01+RhCOS(1+02—7c)(2)因此有AB一~／AD+BD(3)~ABD=arcsin()~BAD=arc()卡瓦面ABC=+2-~ABD(4)~BAC=詈一1-~BAD(5)在AABC中a夹持连杆的结构尺寸ACB一7【一ABC-BAC(6)瓦一·(7

8、)S1n／AL／lJ在△BOC中OBC=2+(1+0