油田钻井新型气动卡瓦的研究

摘要

卡瓦是在油田钻井中用来把钻杆或套管夹紧在转盘上的井口工具。当前，国内在钻杆的安装和拆卸时，还是以手工操作为主，迫切需要研制动力卡瓦来减轻钻井工人的劳动强度、加速起下钻作业、提高功效。
　　首先，分析了国内外动力卡瓦的现状，选择中间摆轴式双作用普通气缸的卧式结构；总结以前设计方案容易造成卡瓦结构损坏的原因，研究了动力卡瓦工作应满足的条件，卡瓦体与固定块间以平面和圆锥面相接触的两种方案进行了分析研究，建立了系统的几何模型；通过分析系统的结构特征和工作原理，建立了系统的力学模型，计算得到各零件的受力情况。
　　然后，分别采用导入法和直接法在ADAMS软件中建立两种方案的仿真模型，进行机械系统动力学分析，确定两种系统均能够按照设计的要求做无干涉运动。通过迭代分析优化了结构参数，使系统获得了最大的预紧力。
　　最后，对夹紧状态下卡瓦结构关键零件进行有限元静态结构分析，验证结构强度满足设计要求。综合分析并比较两种设计方案，确定改进卡瓦体环形包角后的方案2为最优方案。
　　在产品设计阶段，利用建模与仿真工具在虚拟环境下对气动卡瓦体系进行仿真分析，缩短了研发时间和成本，优化了结构参数，为生产制造提供了依据，简化了以往从设计—物理试验—修改—再设计的产品开发过程。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 动力卡瓦的发展现状

1.3 课题主要研究的内容

第2章 气动卡瓦几何与力学模型的建立

2.1 气动卡瓦方案的选择与几何建模

2.1.1 气动卡瓦方案的选择

2.1.2 气动卡瓦的结构特征

2.1.3 气动卡瓦的工作原理

2.2 气动卡瓦力学模型的建立

2.2.1 角度参数的确定

2.2.2 卡瓦体夹紧钻杆的条件

2.2.3 卡瓦体可上提不自锁的条件

2.2.4 预紧钻杆时各零件的力学分析

2.2.5 夹紧钻杆时各零件的力学分析

2.3 本章小结

第3章 气动卡瓦的动力学仿真分析

3.1 虚拟样机技术与ADAMS软件简介

3.1.1 虚拟样机技术

3.1.2 ADAMS软件简介

3.2 气动卡瓦虚拟样机几何建模

3.2.1 导入法虚拟样机建模

3.2.2 简化虚拟样机建模

3.2.3 载荷力的定义

3.3 干涉的检验与零件的作用

3.3.1 模型干涉的检验

3.3.2 验证零件的作用

3.4 迭代分析

3.5 本章小结

第4章 气动卡瓦关键零件的有限元分析

4.1 ANSYS简介

4.2 卡瓦关键零件与钻杆的ANSYS前处理

4.2.1 建模过程

4.2.2 钻杆模型的建立与网格划分

4.2.3 卡瓦体模型的建立与网格划分

4.2.4 固定块模型的建立与网格划分

4.3 卡瓦的关键零件与钻杆的ANSYS求解

4.3.1 约束的添加

4.3.2 载荷的添加

4.4 卡瓦的关键零件与钻杆的ANSYS后处理

4.4.1 钻杆ANSYS求解分析

4.4.2 气动卡瓦关键零件ANSYS求解分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢