新型修井作业油管移运自动化系统设计与仿真

论文摘要

本文研究内容来自黑龙江省科技厅重大科技攻关项目“带压作业井口操作机械化装置研究与设计(GC09A525)”。本文在充分调研、分析现场修井作业工艺及国内外各种修井机械自动化技术的基础上,提出了一种能较好地实现油管自动拉送排放、管柱抓取、管柱扶正、对中及管柱上卸扣的机械自动化的系统方案。根据系统方案进行新型修井作业油管移运系统的设计、理论研究及虚拟样机仿真研究工作。首先进行了新型修井作业油管移运系统各组成部分的详细合理的设计,并利用SolidWorks软件创建出整套系统的三维实体模型。然后研究和分析了机械臂起升系统的运动学数学模型,将该系统简化为平面系统,计算出了该系统的运动自由度,采用ADAMS的运动学理论,得到了大臂的速度和加速度方程。在已求解运动学(位移、速度和加速度)方程的基础上,运用ADAMS中采用的动力学理论,得到了液压缸推力方程,最终得到了液压缸所需驱动力。在理论分析的基础上,将SolidWorks中建立的三维模导入ADAMS软件中进行运动学和动力学仿真分析。通过对大臂的仿真,得到了机械大臂起升的角速度,角加速度曲线等,从曲线得到液压缸的起升速度,同时还将刚性大臂和柔性大臂的仿真结果进行了对比,得知柔性体的仿真更真实,仿真得到的结果将对今后设计的改进提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 修井作业装置的发展状况
• 1.2.1 国内发展现状
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.3 修井作业的工艺过程
• 1.4 实现油管移运自动化的前期规划
• 1.4.1 修井作业中存在的问题及解决方法
• 1.4.2 实现修井作业机械自动化的关键技术
• 1.4.3 油管移运自动化的难点
• 1.4.4 总体方案的选择
• 1.5 修井作业机械化自动化装置的发展趋势
• 1.6 本章小结
• 第二章 新型修井作业油管移运自动化系统的总体设计
• 2.1 油管移运自动化系统总体方案的设计
• 2.1.1 油管移运自动化系统设计要求
• 2.1.2 油管移运自动化系统的方案设计
• 2.1.3 新型修井作业机械化系统的工艺流程
• 2.2 新型修井作业系统结构设计及校核
• 2.2.1 机械臂
• 2.2.2 机械手
• 2.2.3 管排架
• 2.2.4 新型油管移运自动化系统的其他主要结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 起升系统的运动学与动力学理论研究
• 3.1 多体系统动力学基本理论
• 3.1.1 多刚体系统运动学
• 3.1.2 多刚体系统动力学
• 3.2 机械臂起升的运动学和动力学数学模型
• 3.2.1 机械臂起升的运动学方程的建立
• 3.2.2 机械臂起升运动的动力学方程的建立
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于虚拟样机技术的油管移运系统仿真分析
• 4.1 ADAMS 软件简介
• 4.2 油管处理系统虚拟样机的建立
• 4.2.1 软件间模型的传递
• 4.2.2 引入柔性机械臂
• 4.2.3 在ADAMS 中给模型添加约束
• 4.3 负载分析
• 4.3.1 大臂起升机构
• 4.3.2 机械手爪旋转机构
• 4.3.3 驱动力与起升角度的关系
• 4.4 油管移运系统的仿真分析
• 4.4.1 刚性大臂的运动仿真分析
• 4.4.2 柔性大臂的运动仿真分析
• 4.4.3 旋转机构的运动仿真分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要