石油钻机天车有限元分析

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1、四川大学硕士学位论文石油钻机天车有限元分析姓名：李涛申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：樊庆文20070508四川大学硕士学位论文石油钻机天车有限元分析机械电子工程研究生李涛指导教师樊庆文摘要随着经济的快速发展，人类的生产和生活对石油的需求大幅度增加，特别是在我国，石油的产量远远不能满足经济的发展需要。调查表明，制约石油产量的关键因素主要在于：石油钻机的数量少，钻井效率低、稳定性差。由于石油钻机结构复杂，制造难度高，国际上只有少数发达国家掌握了钻机的设计制造技术。我国在50年代引进前苏联钻机技术的基础上，逐步掌握了石油钻机的制造技术，但与发达

2、国家相比仍有一定的差距。石油钻机主要由基座、台面、井架、天车、绞车、泵组、发电机、柴油机等构成，其中，石油钻机天车是钻机的关键部件之一，是悬挂游车、大钩、辅助滑轮、安全装置及专用工具的载体，承担着钻井过程中起钻、停钻、下钻等钻井过程的全部载荷。石油钻机天车的设计制造水平是保障钻井安全和提高钻井效率重要保证。在传统的设计方法中，天车设计仅考虑了钻井过程的静载荷，而且是以单个零件为设计对象，对天车的整体结构考虑不足。实际上，天车工作过程中受到的各种冲击载荷(动载荷)对天车整体结构、动态性能及其稳定性的影响更大。论文以四川宏华石油设备有限公司生产的“Tc03

3、8”天车为例，对天车进行静态有限元、动态有限元及其模态分析，为大型装备(部件)的设计提供理论依据和方法。在分析天车结构及工作原理的基础上对天车结构进行简化，利用传统设计方法设计天车的几何参数，在PR0／E环境下建立石油钻机天车的几何模型。将石油钻机天车模型导入有限元计算软件ANsYs中，在天车承受最大钩载的情况下，对天车系统进行静态有限元分析，得到天车各个部位的应力、应变情况及其状态分布，计算表明，滑轮下方的梁受的应力最大，与天车实际工作的状态一致。四川大学硕士学位论文在石油钻机天车的几何模型的基础上建立天车系统动力学模型，将天车作为一个机械系统进行了

4、模态分析，得到天车前十二阶固有频率和振型，为设计天车避开共振频率提供理论依据。根据天车的结构特点和工况实际，对天车载荷变化的两种极端状态(启动和危险状态)进行瞬态动力学分析与动态响应计算，得到天车在动载荷作用下的变形和应力变化，以及主要部位在不同方向的时间响应变化规律和振动特性。石油钻机平台是典型的大型复杂装备，由于其结构复杂、体积庞大、受力状态恶劣等原因给设计带来一定的难度。论文提供设计的计算方法，包括：PR0／E建模、ANsYS有限元分析、模态分析等，可用于其他大型复杂装备的设计为大型装备(部件)的设计，具有一定的理论和实践意义。关键词：石油钻机天

5、车PRO／EANSYs模态分析静态有限元分析动态有限元分析II四川大学硪士学位论文Analysisofonl电oVerheadt瑚IvelliⅡgcraneMaj盯：MechaⅡi锄andElec曲nen百ne商ngPostgraduate：LiT抽Supervisor：FanQingwenAbsh翟ct：Wtllthefastdevelopingofeconomy，peoplenccdmoreoiltomeetthepfoductionsand1ife’sdemand．Specially，inourcoun醇，也eoutputofoilcan’tm。

6、cttlledemandoftheeconomicdevelopment．Theresearchmal(escleartllatthekeypoimsofwhyt11eoilou印utwasnotsatisfactionarethe1ackofrig，the10we伍ciencyofdrillinga11dthehi曲unsteadinessofme“lling．Because也erig6卸neiscomplexallditsmakingwassodimcult也atolllyafewdeVelopedcomtriescanmakeit．Inthe50

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