JC50DB型绞车传动系统结构的设计研究

摘要

绞车是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机之一，直接决定着钻机钻进能力。随着经济的迅猛发展，石油的消耗量也在大幅度的增长，对能源的开发和利用日益紧迫，伴随着石油勘探开发工作的发展，钻井难度不断增加。一些新型钻井工艺的不断涌现，特别是一些特殊工艺井，对石油钻机及绞车的技术性能要求越来越高。在我国，传统的机械传动绞车占很大比例，其都采用多轴和链条传动的方式。
　　 针对机械传动绞车体积大、质量重、结构复杂等缺点，很难较好地满足新型钻井工艺的要求，本文通过对JC50DB绞车传动系统的设计，克服了传统机械驱动绞车的不足，具有钻井性能好、启动平稳、恒功率调速范围大、功率利用率高等优势，较好的简化了绞车结构。并具有适应性强、经济性好、结构新颖的特点。
　　 本文首先介绍了国内外石油钻井绞车的发展现状及国内外的钻井绞车的存在的一些差距，并介绍了石油钻井绞车的发展趋势；通过对绞车的功能原理及绞车设计的原则阐述，确定了JC50DB绞车传动系统的主要组成元件，建立了JC50DB绞车传动系统最佳方案；对JC50DB绞车传动系统的基本参数进行计算，并对JC50DB绞车传动系统的主要组成部件如电动机、滚筒、刹车、变速箱等进行详细的参数设计；在确定JC50DB绞车传动系统方案和参数的基础上，对JC50DB绞车传动系统的结构进行设计，并在Pro/E中对其进行三维建模；建立实际工况下滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体的有限元模型，科学合理地确定了它们的约束条件、载荷分布，运用有限元分析软件对滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体进行了有限元分析，从分析结果验证此JC50DB绞车设计合理，满足正常工作的要求。通过对JC50DB绞车传动系统的设计和分析，解决了传动绞车存在的不足，为绞车的设计提供理论参考，具有一定的工程应用价值。

目录

文摘

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插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 国内外石油钻井绞车研究现状和发展趋势

1.2.1 国内石油钻井绞车研究现状

1.2.2 国外石油钻井绞车研究现状

1.2.3 国内外钻井绞车的差距

1.2.4 钻井绞车发展趋势

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 JC50DB绞车传动系统方案的设计

2.1 JC50DB绞车的主要技术标准及设计原则

2.1.1 绞车的使用工况

2.1.2 主要技术标准及设计原则

2.2 JC50DB绞车结构及工作原理

2.2.1 绞车结构组成

2.2.2 JC50DB绞车工作原理

2.3 JC50DB绞车传动系统主要部件分析选择

2.3.1 动力驱动方式的分析选择

2.3.2 变速传动方式的分析选择

2.3.3 刹车制动方式的分析选择

2.3.4 滚筒结构形式的分析选择

2.4 JC50DB绞车传动系统方案的分析选择

2.4.1 绞车传动系统方案的设计

2.4.2 绞车传动系统方案分析选择

2.5 本章小结

第3章 JC50DB绞车传动系统参数的计算

3.1 JC50DB绞车传动系统基本参数计算

3.1.1 起升重量的计算

3.1.2 快绳拉力的计算

3.1.3 大钩提升速度的确定

3.2 JC50DB绞车传动系统主要部件参数设计

3.2.1 电动机的选取

3.2.2 钢丝绳直径的确定

3.2.3 绞车滚筒参数设计

3.2.4 刹车参数的计算

3.3 JC50DB绞车传统系统变速设计

3.3.1 绞车传动系统变速设计原则

3.3.2 滚筒最高转速与正常最低转速的设计

3.3.3 变速箱总传动比与变速箱变速范围设计

3.3.4 电动机最大输出扭矩与滚筒所需要最大扭拒匹配分析

3.3.5 变速箱各级传动比及齿轮参数的设计

3.4 本章小结

第4章 JC50DB绞车传动系统结构设计

4.1 JC50DB绞车传动系统结构设计特点

4.2 JC50DB绞车传动系统主要部件结构设计

4.2.1 输入轴总成的设计

4.2.2 中间轴Ⅱ总成的设计

4.2.3 中间轴Ⅲ总成的设计

4.2.4 输出轴Ⅳ总成的设计

4.2.5 滚筒轴总成结构设计

4.3 JC50DB绞车传动系统主要零件的三维建模

4.3.1 机械设计自动化软件PRO/E应用

4.3.2 绞车传动系统主要零部件的三维建模

4.4 本章小结

第5章 JC50DB绞车传动系统的有限元分析

5.1 有限元法应用

5.1.1 有限元法的基本原理

5.1.2 ANSYS软件简介

5.2 JC50DB绞车滚筒轴的静力分析

5.2.1 建立模型

5.2.2 模型单元的确定

5.2.3 模型的网格划分

5.2.4 边界条件约束

5.2.5 载荷工况分析

5.2.6 求解并分析结果

5.3 JC50DB绞车滚筒轴的模态分析

5.3.1 滚筒轴有限元模型的建立

5.3.2 施加约束并求解

5.3.3 模态结果分析

5.4 JC50DB绞车滚筒的静力分析

5.4.1 建立滚筒模型

5.4.2 模型单元的确定

5.4.3 模型的网格划分

5.4.4 边界条件处理

5.4.5 载荷工况分析

5.4.6 求解并分析结果

5.5 JC50DB绞车滚筒的模态分析

5.5.1 滚筒轴有限元模型的建立

5.5.2 施加约束并求解

5.5.3 模态结果分析

5.6 JC50DB绞车滚筒轴装配体分析

5.6.1 建立滚筒轴装配体有限元模型

5.6.2 定义边界条件并施加载荷

5.6.3 求解并分析结果

5.7 本章小节

结论与展望

参考文献

致谢

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