石油钻杆移运系统中钻杆运移小车的设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油钻杆移运系统中钻杆运移小车的设计口余焱群口牛文杰口闰成新中国石油大学(华东)机电工程学院山东东营257061摘要：针对石油钻杆移运系统的工作状况，设计了水平移运机构中的关键部件钻杆运移小车。介绍了小车的结构和工作原理，并对小车关键零部件进行了静力学分析和计算，校核了强度。校核结果表明，钻杆运移小车结构设计合理，关键零部件完全满足石油机械高强度的设计要求。关键词：钻杆移运移运小车结构设计中图分类号：TH123；TE934．2文献标识码：A文章编号：1000—4998(2

2、011)09—0030—03在石油钻井过程中，钻杆需要从堆移运到钻井平台。目前移运主要以人工操作为主，生产效率低，工人劳动强度大『1--2]。本课题组设计了一种石油钻杆移运装置，依据行程开关定位。通过一系列的液压动作，可实现钻杆上下钻井平台、移运钻杆堆场过程自动化，极大地减轻了井场工人劳动强度，提高了生产效率。使用该钻杆自动移运系统，可以使总钻井时间减少25％，钻井成本减少30％【3】。在钻杆移运系统设计过程中，钻杆从堆场移近钻井平台是后续钻杆移运的基础．在此过程中钻杆运移小车是关键部件。本文基于力学分析对

3、钻杆运移小车的关键零部件进行了结构设计、计算和强度校核。井平台，此过程由钻杆运移小车来实现。钻杆运移小乍1整体结构在水平架轨道上往复运行，小车动力由液压绞车提供，钻杆堆场距离钻井平台约20m，上钻杆时首先需换向由行程开关控制，整个过程实现自动化，小车工作要将钻杆移近钻井平台，卸钻杆时需要将钻杆移离钻示意如图1所示。钻杆运移小车主要由小车主体部件、翻转部件、扭簧、扭簧轴、小车轴、小车轮子等组成，具体结构如图2所示。2主要零部件设计计算2．1小车轴设计计算2．1．1小车轴结构及受力小车轴由轴颈压盖安装在小车主体

4、部件上，通过轴承与小车轮子相连。具体安装结构如图3所示。收稿日期：2011年3月[2]陈轶杰，顾亮，杨占华，等．减振器节流阀片大挠曲变形解ensionofCoalParticlesUndergoingSteamGasification[J]．析计算[J]．机械设计与制造，2008(10)：90—92．HeatandMassTransfer，2005(9)：121-32．f31PSEls，BGrobbelaarHret．TransferEffectsonHydropn．[5]庄德军，柳江，喻凡，等．汽车油气弹

5、簧非线性数学模型及特eumaticSuspensionSystem[J]．JournalofTerramechanics，性[J]．上海交通大学学报，2005，39(1)：1441—1444．1999(10)：197-205．、[4]Lipinski，W．TransientRadiativeHeatTransferwithinaSusp一(编辑丁罡)2011／9学兔兔www.xuetutu.com=(F车+F钻杆)x6=5718．3N·mm弯曲应力幅：a=m=r_=2．12MPa扭转切应力：r==0·66M

6、Pa其中：0rm为平均弯曲应力，MPa；为平均切应力，MPa；W—IVT分别为小车轴的抗弯截面系数和抗扭截面系数，mm。扭转切应力幅和平均切应力：E=rm==0．33MPa采用安全系数法校核小车轴强度：弯曲安全系数：So--_L=62．77届⋯。～～m扭转安全系数：5下=1一=294．28+妒“f复合安全系数：．s=—粤兽=61．39s+s其中：为弯应力状态的断面收缩率；为切应力状态的断面收缩率；小车轴设计按无限寿命计，k~--1。查表可得有效应力集中系数：口==1．74T=1．31小车轴具体结构如图4所示

7、。表面状态系数：0．92(R=1．6，B=650MPa)小车轴受力主要有钻杆移运小车自身重力，卸钴尺寸系数：占o：0．88占T=0．81杆时单根钻杆重力(最大受力工况)以及轴承产生的扭通过上述强度校核，可见钻杆运移小车的小车轴矩(可以忽略不计)。安全系数高，有较大的强度余量，完全满足石油机械零具体受力如图5所示。部件高强度的设计要求。F车=G／4=145．55N2．2扭簧设计计算．F钻杆=G钻杆／4=808．5N为了保证扭簧扭转变形角时的扭矩，扭转弹簧的F车、F钻杆分别为小车和单根钻杆对小车轴的作用工作变形

8、角1、：应在试验变形角s的20％～80％之力，N；G车、G钻杆分别为小车和单根钻杆的重力，N。间，或工作扭矩、在试验扭矩的20％一80％之2．1．2小车轴强度校核间。扭转弹簧的结构和载荷如图6所示。依据图4小车轴结构和图5小车轴受力可知，小车轴受力危险截面在4,30段轴颈处。轴材料选用45钢调质处理，抗拉强度~=650MPa，屈服极限o's=360MPa。对称循环疲劳极限：一1b=O．440"B=286MPa一1