基于AMESim的排管机末端夹紧装置液压系统仿真分析.pdf

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1、基于AMESim的排管机末端夹紧装置液压系统仿真分析口沙永柏口刘晓利口占自涛吉林大学机械科学与工程学院长春130025摘要：介绍了自动送钻装置末端加持器的构成和工作原理，基于AMESim平台对其进行仿真分析，通过给定特定的信号，研究系统的动态特性，为该装置的参数设定提供一定的依据。关键词：排管机末端夹紧装置液压系统仿真中图分类号：TH112．1文献标识码：A文章编号：1000—4998(2013)04—0034—03目前．我国可采油气资源80％储藏在2000ITI深是钻杆自动传送装置的重要组成部分，是直接执行动以内的浅层和2000～3500nl深的中

2、深层。且大多数作任务的装置，夹持装置固定在夹持滑车上，主要有夹油气田已进入钻采开发的中后期，因此急需大量深井持手指、传动连杆及驱动油缸等组成。其结构如图2所钻机设备．排管机正是完成这种特殊勘钻作业而设计示。的]。排管机能够完成下钻过程中钻杆的夹紧、提放、驱动油缸被固定在夹持器地板上，驱动油缸活塞杆搬运等操作．代替了人工实现钻杆在进口与排放架间与传动连杆的一端通过销轴铰接，传动连杆的另一端与往复自动传送和排放，从而有效地提高钻井作业的安夹持手爪相铰接。夹持手爪可以绕着自身的固定限位杆全性．缩短作业周期，节约作业成本[2]。排管机在正常实现摆动．驱动油缸

3、活塞杆的伸缩运动可以实现传动连工作时，其末端夹紧装置起着非常重要的作用，它必须杆的开合，从而实现夹持手爪夹紧和放松钻杆。牢牢地抓紧钻杆，达到一定的压紧力，从而保证作业的2液压系统的设计安全性。本文针对排管机末端夹紧装置的夹紧钻杆工作过程，利用AMESim平台建立该装置的液压系统及根据排管机末端夹持器驱动油缸的动作及压力调机械装置原理图，根据实际工作状况，研究末端夹紧装节原理。其液压回路置在工作工程中的动态特性．进而为实际钻杆抓紧作如图3所示。业的参数设定提供依据。本回路采用三位四通换向阀控制1工作原理液压缸的运动。当换排管机的功用向阀处于右位时，液是

4、实现钻杆(立根)压缸的无杆腔进油．在钻台排放架与井活塞杆伸出。当换向口中心间的自动传阀处于中位时。液压送．所以又名钻杆缸保持不动：当换向自动传送系统．主阀换至左位时，液压要由导轨座、排管缸有杆腔进油，活塞座轨、排管滑车、回缸缩回。在液压缸油转机构、排管长销、路上安装具有自锁排管器桅杆总成、功能的液压锁，可以夹持滑车、排管器实现保压作用，防止动臂、三角架机构在抓取立杆的过程及末端夹持器等组中突然断电而引起成。其结构如图1事故。所示。根据本设计要末端夹持装置求，驱动液压缸选择双作用单活塞杆液国家深部探测技术与实验研究专项资助项目(编号：Sinoprobe

5、—O9)收稿日期：2012年l1月压缸，如图4所示2013／4机械制造51卷第584期图中：Q为无究系统及元件的动态特性。杆腔流量；A，为无3．1建立仿真模型杆腔有效面积；P为为模拟夹紧装置的正常工作状态。在AMESim软无杆腔压力；Q2为件的草图模式有杆腔流量；为下．根据夹紧装有杆腔有效面积；尸2置的机械原理图为有杆腔压力；Y为2及液压原理图负载位移；Ⅳ为液压缸受的总作用力；为等效质量。3，建立如图5所根据液流连续性原理可得：示的排管机末端夹紧装置的系统AQI=-警+㈩模型[。AQ2==At：警一(2)在AMESire软件仿真时，系式中：。为活塞在

6、中间位置时(两腔容积相等时)每腔统所有的模型均的油液体积；为液体有效体积弹性模量。被参数化，各元设液压缸两腔有效面积比：件主要参数如2／Al=凡(3)下：活塞直径为令：PI—nP250am，活塞杆直对上式求导得：径为30mm。行程为60mm，传动连杆长度为47．5dP上￡：d一nd￡(4)mm，夹持手爪尺寸为0．1lmm(中间节点比例4：7)。参根据式(1)、式(2)和式(4)可得：数设定完后，进行仿真，仿真时间设为5s。精度设为0．O01S。aQ1+AQ2=(Al+nA：)+(5)3．2仿真结果分析对式(5)进行拉氏变换得：仿真结束后，点击界面的几

7、何构造按钮。弹出所建Q,+nQ2=(A1+2)sY(s)+s(6)模型的模型，如图6所示，与三维模型中的模型一致。系统给定信号如图7所示，可得到仿真结果，如图8、9液压缸的活塞平衡方程为：所示。图8为夹持手爪与钻杆的间隙距离曲线图9为等+誓+Ⅳ(7)在该信号下的夹持油缸活塞杆的运动速度(1)和末端夹式中：为活塞和负载的黏性阻尼系数；F为外界干扰持手爪的运动速度(2)。力。对式(7)进行拉氏变换：MsY(s)+BY(s)+，I_Ⅳ(8)并且：A1P1-A1PL=N(9)将式(6)和式(8)代人式(9)中，整理可得液压缸系统的传递函数：y(s)=丽A胍t

8、fl~-VoFs(1o)一坦心<时间，s+▲图6AMESim中的机构模型图▲图7换向阀的输入信号3仿真分析{