钻机起升系统模块化设计研究与实现
齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

mirfhn ・ r a:ns @ c o leu e o n
齿 轮齿 条 钻 机 的井 架 是 支 撑 钻 机 起 升 系 统 的
2 0期
任福深 , : 等 齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模 与分析
图 3 井 架 模 型
质量 , 为 井架 的高度 , 井架数 值方 向上 的微元 长 取 度为 , 架顶 端 在 竖 直方 向上 的位 移 为 Y 井 。由于 齿轮 齿条 钻机作 业 时 , 荷作 用 点 是 沿 着 钻机 上 下 载 移动 的 , 里按 照影 响最 大 的钻 机 顶 部作 用 点 来 分 这 析顶 驱升 降 系统 对 井 架 位 移 的影 响。 对 于 该 模 型
齿条 钻机利 用齿 轮 齿条 的 啮合 运动 , 驱动 顶 驱 上 下
轮被 固定 同一 主体 板 上 , 置 相 对 固定 , 每 一 个 位 且 液压 马达对 应一 个 齿 轮 , 条 固定 在 井架 上 。当 马 齿 达工 作时 , 动 齿 轮 沿 着 与齿 条 啮合 的 方 向 , 对 驱 相
平稳 地 向上 或 者 向下 运 动 。特 殊 顶 驱 相 对 于 齿 轮 的位 置 固定 , 随着 齿 轮 的 上下 运 动 , 驱 也 上 下 运 顶
运动 , 因此 既 能 对 钻 柱 提 供 上 拉 力 又 能 提 供 下 压 力, 能够 更好 地进 行 钻压 控 制 , 现 套 管钻 井 、 水 实 长
图 1 齿轮齿条钻机简 图
1 一井架 ,一特殊 顶驱 ,一齿条 ; 2 3 4 一钻杆 ,一送 管机构 ,一车载底座 5 6
的速度 , 且逐渐趋于平稳钻进 。 关键词 齿轮齿条钻机 多体动力学 拉格 朗 日方程 能量 法 虚拟样机
第二章 钻机的起升系统

第二章钻机的起升系统钻机的起升系统是钻机的核心,它主要由井架、天车、游车、大钩、游动系统钢丝绳和绞车等设备组成。
本章主要介绍这些设备的结构原理、特点、使用及维护。
第一节井架井架是钻机提升系统的重要组成部分之一。
作用:安放和悬挂游动系统、吊环、吊卡等,并承受井中钻柱重量,在起下钻作业时还要存放钻杆或套管。
结构:它是一种具有一定高度和空间的金属桁架结构.因此,井架必须具有足够的承载能力、足够的强度、刚度和整体稳定性。
一、概述1、井架的基本组成石油矿场上使用的各种竞价主要由以下及部分组成:(1)、井架主体:由型钢材、横、斜拉筋组成的空间桁架。
(2)、天车台:用来安防天车及天车架,天车架是供安装、维修天车时起吊天车之用。
天台车上有检修天车的过道,周围有护栏。
(3)、二层台:是由操作台和指梁组成,是起下钻作业时井架工工作场所。
塔形井架二层台在井架内部,其余井架二层台在井架外前侧。
(4)、立管平台:是装拆水龙带的操作台,也是供上井架人员短暂休息的场所。
(5)、工作梯:有盘旋式和直立式两种,是井架工上下井架的通道。
2、井架的基本参数井架的基本参数是反映井架特征和性能的技术指标,是设计、选择和使用井架的依据。
3、井架代号井架代号如下:JJ改进序号,用阿拉伯数字表示井架形式:T-- 塔形井架;K--前开口井架;A--A型井架;W--桅型井架井架有效高度,m井架代号二、井架结构类型虽然用于石油矿场的井架种类繁多,但按其主体结构形式主要可分为塔形井架、前开口井架、A型井架、桅型井架等基本类型。
1塔形井架塔形井架是一种四棱截椎体的金属空间桁架结构,其横截面为正方形,立面为梯形,井架前扇有大门,后扇有绞车大门,主体部分是一个封闭的四棱锥体桁架结构。
每扇平面桁架又分成若干桁格,同一高度的四面桁格在空间构成井架的一层,因此,整个井架可看作是由多层空间桁架所组成的四棱截锥空间桁架结构。
井架的四个大腿和横、斜拉筋都是通过螺栓连接而成的,拆装繁琐,且不安全。
石油钻井设备的模块化设计

石油钻井设备的模块化设计摘要:模块化设计是现代技术的多样化发展的必然结果。
由于现代计算机技术软硬件的丰富,计算机的设计功能也在不断提高,它必须具备几何造型、立体模型、二维工作图、三维模拟、设计仿真等技术手段。
这样,不但能够形成钻井装置和采油设备的三维几何模型和实体模型,而且同时还能够对它们实现动力学、运动学等功能的研究与模拟。
目前,智能设计技术、决策控制技术、专家系统设计、项目管理技术、软硬件系统设计等,已经为上述设计模型的研究提供了依据。
并在此基础上,对钻机的模块化设计开展了深入研究。
关键词:钻井设备;石油;模块化设计一、钻井设备构成钻井装置是指钻井施工时所使用的机具和装置,即钻井施工用的地面器具和装置。
人如其名钻井装置就是进行钻井的装置。
广泛地讲,就是进行钻井的成套地面器具、专门的钻井器具和钻井仪器。
根据功能,分为回转、上升、循环、动力与传动、控制等设备。
而钻孔施工器材又分为钻头、泥浆泵、动力泵、钻塔和附属设备(如拧管机、电动工作台、泥浆搅拌机)等部分。
在施工领域,人们通常将完成钻孔施工所需要的钻头、泥浆泵、钻塔等叫做"三大件"。
1.1钻机是完成钻探任务的重要器材。
它在钻井的活动中,主要承担着旋转钻具,给进以及增、减压,提升和拧卸钻具等重要工作的任务。
而凡是回转式钻头,通常都由以下的结构单元所组成。
(1)回转器用于回转钻具,带动钻头,进行钻进切削。
现用的回转器类型可分为:立轴式、转盘式、动力头式。
(2)给进机构用以调整钻头磨损压力,或利用钻具为钻头带来一定的轴向载荷,以达到钻进的目的。
现有的型号主要分为:螺旋差动式给进、绳索式给进,以和油压式给进。
(3)升降机构用于提升钻具,并且可随钻具材料的不同而改变上升,或降低高度,从而充分利用动力、减少辅助钻时间。
常见的形式为行星型。
全液压动力单头钻机,一般采用倍速机推进。
(4)传动变速机构进行变速、变矩时,将动能同时输送给进和升降机械。
石油钻机提升系统分析与应用

台对一号轮进行定位调整,平均耗时23.6min,较之前的45.5min 显著降低。
具体维修效率提高率为(45.5-23.25)/45.5×100%=48.9%。
这一提高率对整个设备的MTTR改善显著贡献,同时极大地减少了修理人员定位调整一号轮的复杂烦琐程度,也降低了劳动强度。
6标准化及总结为了对研制的成果进行固化,进行了以下标准化工作:①将新研制的一号轮检修平台技术资料和使用要求存档;②在《GDX600设备保养手册》中添加了该工装的定期检查保养内容;③对相关修理技术人员进行使用培训;④申请发明专利和实用新型专利。
GDX6S一号轮检修平台的研制完美解决了一号轮定位调整烦琐复杂,耗时较长问题,提高了维修效率,也降低了维修人员的工作强度,是一次较成功的尝试。
不仅给烟草行业包装设备的维修保养工作提供了实用的新型工具,其他卷烟工厂相同机型也可以借鉴使用。
〔编辑吴建卿〕石油钻机提升系统分析与应用刘德智,蒋洪波,李前佑(中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000)摘要:石油钻机工作过程中以提升系统运行与性能作为主导,提升系统在进行起下钻等作业流程的过程中起到决定性的作用。
石油钻机根据提升方式的不同分为绞车式和液压式两种。
根据石油钻机提升系统的构成来进行具体分析,借鉴国内外的先进应用经验,分析石油提升系统上的优势与改进要点。
关键词:石油钻机;提升系统;优势分析;具体应用中图分类号:TE922文献标识码:B DOI:10.16621/ki.issn1001-0599.2019.09D.580引言油气勘探与开发的过程中应用到的成套钻井设备被称为石油钻机,提升系统作为其中的核心结构在钻井过程中起到不可或缺的重要作用,提升系统需要在提升与下放钻头的过程中对钻头所实施的钻压进行控制,同时还要对井壁的套管进行下放并加固,为促进石油钻机系统的未来发展,将根据上述内容对石油钻机提升系统展开分析。
1提升系统分析1.1绞车式提升系统绞车式提升系统主要被应用于传统的石油钻机结构形式当中,就目前而言,其所具备的较为成熟的技术基础使得绞车式提升系统依然广泛地活跃在各大石油开采基地[1]。
高性能空气钻机的智能化控制系统设计与优化

高性能空气钻机的智能化控制系统设计与优化随着现代工程施工的不断进步和需求的提升,高性能空气钻机的智能化控制系统设计和优化变得越来越重要。
本文将介绍如何设计和优化高性能空气钻机的智能化控制系统,以提高其生产效率和工作质量。
1. 引言高性能空气钻机在许多行业中广泛使用,如矿山开采、建筑施工和隧道工程等。
智能化控制系统的设计和优化对于提高钻机的性能和效率非常关键。
这种系统可以通过传感器、数据采集和处理、自动化算法等技术来监测和控制钻机的工作状态,以实现自动化和智能化的钻井操作。
2. 智能化控制系统的设计要素在设计高性能空气钻机的智能化控制系统时,需要考虑以下要素:- 传感器:通过安装合适的传感器,监测并收集钻机的关键参数,如转速、钻杆动力、马力、扭矩等。
这些参数的准确获取对于钻机的操作和控制至关重要。
- 数据采集和处理:通过采集传感器获得的数据,并将其传送给控制系统进行实时分析和处理。
数据处理的目标是提取有用的信息,并做出针对性的控制调整。
- 控制算法:通过使用自动化算法,例如PID(比例积分微分)控制器、模糊逻辑控制等,来控制钻机的运动和操作。
这些算法通过分析数据并作出相应的控制决策,以达到良好的钻井效果。
- 人机界面:为了方便操作人员的监控和干预,钻机的智能化控制系统应该设计一个直观的人机界面,提供钻机运行状态、参数和报警信息的实时显示和交互。
3. 优化高性能空气钻机的控制系统通过合理的设计和优化,可以提高高性能空气钻机的控制系统的性能和可靠性。
以下是一些优化控制系统的方法:- 选择合适的传感器:根据钻机的工作条件和要求,选择合适的传感器进行安装,并确保其在高温、高压和恶劣环境下的可靠性和精确度。
- 数据处理和分析:使用高效的数据处理和分析算法,提取大量传感器数据中的有用信息,并与预设的模型对比,识别是否存在异常工况,并作出相应的调整和警报。
- 控制算法的优化:通过使用先进的控制算法,如模糊逻辑控制、自适应控制等,以实现更精确的运动控制和稳定的工作状态。
坑道钻机传动系统及其整机模块化设计研究的开题报告

坑道钻机传动系统及其整机模块化设计研究的开题报告一、选题背景坑道开挖是基建工程中的重要环节,对挖掘设备的性能和效率要求较高。
传统的坑道开挖方式主要是依靠人工开挖或者爆破,这种方式对劳动力和环境污染都存在很大的问题。
近年来,坑道钻机广泛应用于隧道、矿山和地铁工程中,具有效率高、操作简便、安全可靠等优点,在市场上得到了广泛应用。
坑道钻机的传动系统是其关键组成部分,其性能直接影响设备的整体工作效率和安全性。
传统的坑道钻机传动系统存在某些问题,如传动效率低、噪音大、寿命短等问题。
因此,设计一种高效、低噪音、寿命长的坑道钻机传动系统,对提高坑道钻机的使用效率和竞争力具有十分重要的意义。
二、选题目的和意义本研究旨在通过深入研究坑道钻机传动系统的构成、工作原理和传动机构的优化设计,开发一种高效、低噪音、寿命长的坑道钻机传动系统。
具体目标包括:1. 研究传统坑道钻机传动系统的结构、噪音、传动效率等方面的问题,分析其不足之处。
2. 设计一种基于优化传动机构的坑道钻机传动系统,提高其传动效率和降低噪音,保证使用寿命。
3. 实现坑道钻机传动系统的模块化设计,并验证其可行性和可靠性。
本研究的意义在于:1. 提高坑道钻机的开挖效率,降低成本,促进隧道、矿山和地铁等基建工程的发展。
2. 减少坑道钻机工作过程中的噪音和振动,避免对工人的身体健康造成影响。
3. 设计出具有模块化特点的坑道钻机传动系统,改善了原有系统的结构,并在保证使用寿命的前提下提高了传动效率,具有实际应用价值。
三、选题研究内容和技术路线(一)研究内容1. 坑道钻机传动系统的结构分析2. 优化传动机构的设计3. 模块化设计4. 传动机构优化设计的仿真分析(二)技术路线1. 利用现有文献和技术资料,对坑道钻机传动系统进行结构和性能分析,寻找其优化方案。
2. 设计一种优化传动机构的坑道钻机传动系统,并对其进行模块化设计,提高传动效率和降低噪音。
3. 利用仿真软件对传动机构的设计进行验证,提高其可行性和可靠性。
钻机垂直起升系统的研制

fx n l n mo i g d ly h d a l r wwo k , a sn l n i ci i g d a o a o e p l n i i g p a k, v n o l , y r u i d a c r s r ii g p a k, n l n ig n l p l , u l g n i
工 人 的人 身 安 全 。 关 键 词 : 座 ; 架 ; 直起 升 ; 升 系统 底 井 垂 起
中图分类 号 : 92 TE 2
文献标 识码 : B
De e o v l pm e t o r i a l g i g u y t m o i i g n f Ve tc ly Ri g n - p S s e f r Dr l ng Ri l
e f c r lo i r du e Usng t i gi - p s s e , hea e fo lwe lg ou s l r e y de fe twe e a s nt o c d. i he rg ng u y t m t r a o i l r nd i a g l —
王大明 , 治国 , 张 赵 娜 , 朱 兴 , 向丹 , 崔 王 宠
( 河石油装备制造总公司 , 宁 盘锦 141) 辽 辽 2 0 0
摘 要 : J O 2 5 J D 系列钻机 具 有 井架 底 座公 用一 套 垂 直起 升 系统 的 结构 , Z 4 / 2 0D/ B 包括 地 面安 装 支 架 、 动小 车 、 移 液压 绞 车、 升 支 架、 起 斜拉杆 、 扒杆 、 杆 等 。 阐述 了起 升 系统 的起 升 原理 、 升 过程 横 起 及 应 用 实效 。运 用该起 升 系统 , 够减 少井场 占地 面积 , 能 节省钻机 安装 时间 , 避免 高空作业 , 保障 了
齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析任福深;马若虚【摘要】The gear and rack drilling rig is developed according to the theory that the engagement of rack and pinion drives the top drive up and down, thus drilling operations are achieved. During the research, the equivalent model of derrick and lifting system are developed, and the Multi-body dynamics was made by energy conservation method. And the top drive drilling system virtual prototyping system which can reflect the locomotion characteristics was developed by Adams, and prove the similar results. The research shows the deformation of top drive is insignificant and the flexibility can be neglected during the research of the motion of lifting system. Due to damping effect, the drillbit need a while to stop its vibration, but the vibration makes no difference in its drilling speed. The conclusions can provide the basic theory for design, develop, assessment and prediction of lifting system in the gear and rack drilling rig.%齿轮齿条钻机可以利用齿条齿轮技术带动顶部驱动装置直接起下钻具,是目前国内较为先进的新型石油钻机.建立了井架的等效模型和起升系统的等效模型,利用能量法,建立拉格朗日方程,对齿轮齿条钻机的起升系统进行多体动力学分析.利用ADAMS建立虚拟样机,对数学模型的分析结果进行验证.由于井架刚度很大,研究齿轮齿条钻机起升系统的动力学特性时,可忽略其柔性的影响.考虑钻柱运动所受阻尼作用,开钻初始时刻钻头有较为明显的振动,但不影响向下钻进的速度,且逐渐趋于平稳钻进.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)020【总页数】4页(P4896-4899)【关键词】齿轮齿条钻机;多体动力学;拉格朗日方程;能量法;虚拟样机【作者】任福深;马若虚【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE922常规石油钻机只能施加向上的提升力,不能主动施加钻压。
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合 钻机 起 升 系统 自身 的 结 构特 点 , 运 用模 块 化 设 计 思 想 . 在 分 析 产 品模 块 化 设 计 过 程 的基 础 上 , 提 出钻 机 起 升 系统 的 模 块
划分 , 给 出钻 机起 升 系统 模 块 化设 计 系统 的 总体 结 构 。用 V i s u a l B a s i c 6 . 0和 A c c e s s 2 0 0 7为 开发 工具 . 建 立 包含 钻 机 起 升 系统 的 各部 件 的模 块 库 . 并 验 证 其 可行 性 关键 词 : 钻机起升系统 模块 模块 化 设 计 数 据 库
去 了减速 器 , 实 现无 级调 速 , 使 颗 粒 的 粒 度 能 够 在 不 改 变 刀 具 的 情 况 下 一 定 范 围 内可 调 。 设备使 用 在造粒 中 ,
循 环 。 最 终 的颗粒 进入 出料 腔 , 由甩 料 锥 产 生 的 离 心 力 送 进干燥 通 道 。 造 粒过 程 中 , 分散 剂不 断 的注入 , 避免颗 粒 的重新
钻 机 起 升 系 统 模 块 化 设 计 研 究 与 实 现
口 杨武涛 口 张 力 口 张城熙
兰州
口 赵永生
兰 州理 工 大 学 机 电 工程 学 院
7 3 0 0 5 0
摘 要 : 模 块化 设 计 是 现 代 设 计 技 术发 展 的 一 大趋 势 , 为 了提 高钻 机 的 设 计 质 量 , 缩短 设 计 周 期 , 降低设计成本 , 结
收稿 日期 : 2 0 1 4年 l 0月 方案输 出 ▲ 图 l 钻 机 起 升 系 统 模 块 化 设 计过 程 图
块库 : 不符 合 “ 三化” 模 块 时 所 设 计 的 新 模 块 而 形 成 的 实 例模 块 库 。在 应用 设计 阶段 , 当用 户 提 出 产 品 要 求
计周 期 , 提 高 了企业 快 速 响应 能 力 , 降 低 了设 计 成 本 。 起 升系 统是 钻 机 的关 键组 成部 分 , 本 文 结 合 钻 机 的 结 构 功能 特点 . 建立 钻机 起 升 系统 模块 化设 计 计 算机 辅
助 管理 系统 , 有 效地 提 高 了设 计 效 率 , 缓 解 设 计 人 员
1 9 9 5 , 2 9 ( 1 O ) : 2 - 4 . △
小 : 利用 切刀 向前送 粒 . 极 大 地 减 弱 了胶 体 受 挤 压 的 影 响 , 保 护 了胶 体 的大分 子 结 构 ; 设 备采 用 变频 电机 , 省
( 编 辑 丁 罡 )
201 5 /4
机械制造 5 3 卷 第6 0 8 期
学 报 ,2 0 0 4 ( 1 ) .
4 结 论
本 文 突 破 了 传 统 的 螺 杆 挤 出 造 粒 方 式 。设 计 了 一 种 全 新 结 构 的 聚 丙 烯 酰 胺 造 粒 机 ,结 构 紧 凑 ,稳 定 性 高 。 调 速 范 围广 , 造 粒范 围宽 。新型 聚丙烯 酰胺 造 粒机
与设 计 任务 之 间 的矛 盾 , 快 速 响 应 多 样 化 个 性 化 的 市 场需 求 , 加强 了企业 竞争 能力 E 2 J 。
l 新 模 块
l设 计
实 例 模 块 库
1 起 升 系统 模 块 化 设 计 过 程
钻 机 起 升 系 统 模 块 化 设 计 的 过 程 如 图 1所 示 。 要 实 现起 升 系 统快 速设 计 , 首 先 必 须 建 立 钻 机 起 升 系 统 模 块数 据库 _ 3 ] , 模 块数 据库 主要 包 括两 个库 : 企 业 已 有 成 熟 产 品库 中 的“ 三化 ” ( 标准化 、 系 列化 与通 用 化 ) 模
—
需 求 分析
— — —
钻 机 起 升 系 统 模 块 库
! ——— 一
数 据 提 取 查 询 产 品 库 成 熟 产 品 的 三 化 模 块 库
长 已不 能满 足 钻机 更 新换 代 的步 伐 。在 这种 背 景下 ,
“ 快 速 响应 工程 ” 中 的 模 块 化 设 计 技 术 - 大 大 缩 短 了设
中 图分 类 号 : T HI 2 2 ; T E 9 2 2
文献标识码 : A
文章编号 : 1 0 0 0 — 4 9 9 8 ( 2 0 1 5 ) 0 4 — 0 0 1 0 — 0 4
钻 机是 石油行 业 的大型 机械 产品 。随着 制造业竞 争 的加 剧 , 用 户 的多 样 化 、 个 性 化 需 求 也 随 之 快 速 增 长 , 传 统 的 钻 机设 计 方 法 由 于设 计 效 率 低 、 设 计 周 期
得 到的胶 体颗 粒大小 均 匀 , 粒度 小 , 效率 高 。
胶着。 造粒 机采 用变 频控 制 , 使 颗 粒 的 粒 度 能 够 在 不 改
变 刀 具 的 情 况 下 在 一 定 范 围 内可 调 。
参 考 文 献
[ 1 ] 赵普春. 胶 体 聚 合 物造 粒 用 分 散 剂 研究 [ J ] . 西 南 石 油 学 院
通 过 多 级 切 割 .保 证 了 胶 体 颗 粒 的 粒 度 可 以 达 到 足 够
[ 2 ] 施俊侠 , 黄崇林 , 钟 经 山. 新 型 切 粒 刀 的研 制 确 定 [ J ] . 机 械
设计与制造. 2 0 0 1 ( 6 ) .
[ 3 ] 尹廷文, 任晓明. 变 频 调速 在 造 粒 机 上 的 应用 [ J ] . 中 国甜 菜 糖 业 1 9 9 9 ( 2 ) : 4 1 — 4 2 . [ 4 ] 钟 书明. 高速钢 铸造 旋切 刀具 的热处 理 [ J ] . 工 具技 术,
一Leabharlann 级 模 块 机 械 传 动 模 块 电力 传 动 模 块 流 体 传 动 模 块 柴 油 机 组 模 块 液( 气) 马 达 模 块
二
齿 轮减 速 箱 模 块