鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-07-04 08:35本頁面
【正文】 6。由于鉆桿是被2個(gè)機(jī)械手臂提起，所以一個(gè)機(jī)械手承受一半立根的重量，受力分析如圖47所示。+Ycos85 186。sin75186。圖46 伸縮液壓缸①狀態(tài)受力分析示意經(jīng)過計(jì)算機(jī)械手總成的重力為 G1= kN，所以一個(gè)機(jī)械手承受的總重力G= kN。①狀態(tài)伸縮液壓缸負(fù)載分析 伸縮液壓缸提供的拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與3個(gè)鉆桿組成的立根重量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，才能保證鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。②液壓缸伸出，機(jī)械手伸長到井口位置，液壓缸也有一個(gè)背壓防止鉆桿過度下落到井鉆架的平臺(tái)上。伸縮臂伸縮液壓缸的作用是推動(dòng)伸縮臂伸長和收縮帶動(dòng)機(jī)械手，使鉆桿離開或到達(dá)鉆井架井口位置。 由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得A1= F/ P1=52000/9106cm2=58cm2 式中： A1 —— 液壓缸作用有效面積 F —— 液壓缸負(fù)載 P1 ——液壓缸工作壓力液壓缸內(nèi)徑D就為 D = = cm = 86cm根據(jù)表52初步選定液壓缸內(nèi)徑D =80cm，由d==56cm。表41 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F/kN﹤55～1010～2020～3030～40﹥50工作壓力p/MPa﹤～1～2～33～44～5﹥5 由于抓緊機(jī)構(gòu)比較簡單，所以選用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。=52 kN；式中： N1 —— 機(jī)械手提供的壓力； f1 —— 一個(gè)機(jī)械手提供的摩擦力； F —— 抓緊液壓缸的負(fù)載； F1 —— F水平方向分力； —— ； f —— 總摩擦力；由抓緊液壓缸受力分析可知，抓緊液壓缸的負(fù)載F=52kN。 圖45 抓緊液壓缸受力分析示意圖f=1350kg10N/kg=； f1=1/2f=,由f1=N1得N1=f1/=45kN；由F1=Fcos30176。所以機(jī)械手指的內(nèi)壁做成與鉆桿接頭外徑一樣大的圓弧，這樣就能使鉆桿緊緊被抓住。機(jī)械手總成基本結(jié)構(gòu)如圖44所示。圖43 短伸縮臂尺寸示意圖 機(jī)械手總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手總成的作用是在鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置的整個(gè)過程中緊緊抓住鉆桿，使其不能從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑脫。圖42 長伸縮臂尺寸示意圖3. 3 短伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短伸縮臂是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓住的鉆桿從鉆井架上收縮到轉(zhuǎn)運(yùn)臂上和鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上伸長到鉆井架上兩個(gè)過程的輔助伸縮手臂。這就要求伸縮臂至少能夠伸長4米，使鉆桿能夠到達(dá)井口的位置。材料選擇a=150mm方鋼，在長伸縮臂上安裝伸縮臂伸縮液壓缸，所以在長伸縮臂偏中間位置上銑一個(gè)長方形的孔。（6）連接鋼板的功能是將短伸縮臂、長伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸等部件連接在轉(zhuǎn)運(yùn)臂上，初步定為12塊200mm290mm45mm的熱軋鋼板。（4）支撐角鋼的功能是支撐大梁角鋼防止其發(fā)上彎曲和扭曲變形，長度初步定為290mm。尺寸初步定為：300mm300mm50mm的熱軋鋼板。圖41 轉(zhuǎn)運(yùn)臂示意圖1)轉(zhuǎn)耳2)轉(zhuǎn)耳連接鋼板3)大梁角鋼4)連接鋼板（1）轉(zhuǎn)耳的尺寸初步定為：將180mm300mm50mm的熱軋鋼板的300mm的一般切割成半徑60mm的圓弧，在上鉆一個(gè)65孔由于按轉(zhuǎn)襯套與底座連接，垂直焊接在轉(zhuǎn)耳連接鋼板上。轉(zhuǎn)運(yùn)臂由轉(zhuǎn)耳、轉(zhuǎn)耳連接鋼板、大梁角鋼、支撐角鋼、輔助支撐角鋼和連接鋼板組成。（5）鉆桿鉆桿排放架 其作用為鉆桿存放和移動(dòng)系統(tǒng)的精確排放提供一個(gè)架體。由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿構(gòu)成。（2）大梁 其作用是連接移動(dòng)小車，并且給起升液壓缸提供安裝位置，采用桁架結(jié)構(gòu)可以提高起升液壓缸的穩(wěn)定性和精確性。圖32 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1大梁2)鉆桿排放架3)機(jī)械手總成4)起升液壓缸5)移動(dòng)小車6)液壓馬達(dá)7）固定板（1）移動(dòng)小車 其作用是提供水平方向的靈活穩(wěn)定移動(dòng)。 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)由移動(dòng)小車、大梁、機(jī)械手總成、起升液壓缸和鉆桿架五部分組成。由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿構(gòu)成。（2）伸縮臂 其作用是當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置后，伸縮臂伸長使機(jī)械手抓住鉆井架上的鉆桿，然后伸縮臂收縮使機(jī)械手以及機(jī)械手抓住的鉆桿一起離開鉆井架，接下來與轉(zhuǎn)運(yùn)臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，由長伸縮臂和短伸縮臂構(gòu)成。主要采用桁架結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)運(yùn)臂上安裝短伸縮臂、長伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸。2 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)運(yùn)臂、伸縮臂、機(jī)械手總成和底座四部分組成。由于3根鉆桿組合成的立根比較重因此初步采用液壓缸帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆桿的起升和下降的過程。 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上轉(zhuǎn)運(yùn)到鉆桿架上。在這個(gè)過程中需要一個(gè)能夠從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置的轉(zhuǎn)運(yùn)臂，由于3根鉆桿組合成的立根比較重因此初步采用液壓缸推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置的過程。單根立根重量m=123+3=1350kg。本設(shè)計(jì)主要參數(shù)鉆井深7000米深，鉆桿外徑5英寸，長12m，；鉆桿接頭外徑147mm,。今后該系統(tǒng)將會(huì)成為大型鉆井裝備的標(biāo)準(zhǔn)配備。目前,鉆桿排放系統(tǒng)的操作范圍已由最初的鉆桿擴(kuò)展到鉆鋌、套管、隔水管以及其他井下工具。④工業(yè)發(fā)展趨勢自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化目前已成為工業(yè)發(fā)展趨勢,并且深入人心,這在一定程度上也促進(jìn)了鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)的發(fā)展。1991年,對該標(biāo)準(zhǔn)作了修改,規(guī)定鉆桿排放系統(tǒng)所能操作的管柱范圍必須包括鉆鋌和套管。當(dāng)然,鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)不是單純地加快起下鉆的速度,而是在其穩(wěn)定的操作速度和安全的工作環(huán)境共同作用下降低成本。在鉆超深井或在超深水海域進(jìn)行鉆井時(shí),立根數(shù)目相應(yīng)增多,起下鉆將耗費(fèi)大量的時(shí)間。采用鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)的第2 個(gè)經(jīng)濟(jì)因素是鉆井作業(yè)時(shí)間。②經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性不僅包括鉆井作業(yè)人員的薪酬,還包括人員運(yùn)輸及其在作業(yè)地點(diǎn)的其他費(fèi)用,在海上及沼澤等邊遠(yuǎn)地區(qū),花費(fèi)在人員方面的費(fèi)用會(huì)更高。研究和事故分析表明,鉆井工人在進(jìn)行這些操作時(shí)危險(xiǎn)性很大。這些鉆桿排放系統(tǒng)可以看作是位于井口和排放架之間的二臂或三臂機(jī)器人,操作員在封閉控制室內(nèi)通過電腦或其他電子設(shè)備對系統(tǒng)進(jìn)行控制。目前,鉆桿排放系統(tǒng)的種類很多,包括簡單的位于鉆臺(tái)上的機(jī)械手,以及復(fù)雜的具有3 個(gè)機(jī)械手臂的排放系統(tǒng)。這主要是因?yàn)橄嚓P(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的影響,尤其是挪威。這套系
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