水平井牵引器机构分析和建模仿真技术研究

论文摘要

随着我国近年来水平井数量的上升,水平井牵引器的研制成为国内水平井测试急待解决的问题,对机构和越障性能的分析是课题关键内容之一。本文在水平井牵引器机构分析的基础上,给出了部分零件的设计原则和牵引器越障性能的评价。首先,本文对扶正器组件进行了机构分析。在此基础上得出了扶正器组件的工作性能和扶正臂、扶正器弹簧的设计原则。在将油管内障碍归纳分类的基础上,对轮式爬行的越障阻力进行了分析,从中得出了牵引器组件的等效简化的原则。根据等效简化原则,建立了扶正器的局部模型,并进行了仿真验证。然后,对驱动组件进行了机构分析,并根据等效简化的原则建立了驱动组件的局部模型。通过载荷检验,讨论了传动件花键长轴的破坏情况,对其制造和使用提出了建议。通过干涉分析,讨论了齿型驱动轮跨越管接缝时卡堵的情况,得出了驱动轮齿顶角和半径的设计原则。最后,本文进行了牵引器整体越障性能的分析和仿真实验。通过无差速驱动越障的分析和仿真,评价了其对系统工作性能的影响,并提出了现有条件下使牵引器脱离卡死的操作建议。通过直管障碍的仿真实验,得出了牵引器在直管中越障时各组件的工作状态、直管越障阻力与设计牵引力的比例关系。通过牵引器跨越转角障碍的仿真实验,明确了牵引器圆弧段爬行状态的分析思路,评价了牵引器在油井圆弧段的通过能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 课题研究的意义和目的
• 1.3 水平井牵引器的发展状况
• 1.3.1 国外水平井牵引机器人的发展现状
• 1.3.2 国内水平井牵引机器人的发展现状
• 1.4 虚拟样机技术的发展的应用状况
• 1.5 课题主要研究内容
• 第2章 扶正器机构分析和模型简化原则
• 2.1 引言
• 2.2 牵引器主体结构
• 2.3 扶正器的构成和工作原理
• 2.4 扶正器的机构分析
• 2.4.1 扶正器的受力分析
• 2.4.2 扶正器姿态分析
• 2.4.3 扶正臂和扶正弹簧的设计
• 2.5 仿真模型的简化原则与仿真验证
• 2.5.1 仿真模型的简化原则
• 2.5.2 仿真实验方案
• 2.5.3 仿真实验结果及数据验算
• 2.6 本章小结
• 第3章 驱动组件的机构分析
• 3.1 引言
• 3.2 驱动组件的构成和工作原理
• 3.3 驱动组件机构分析
• 3.3.1 驱动臂自由度的受力和性能分析
• 3.3.2 驱动力与驱动臂正压力的关系讨论
• 3.3.3 许用驱动力校核和花键传动轴的制造使用建议
• 3.4 驱动轮跨越管接缝的分析和其设计原则
• 3.4.1 驱动轮结构和驱动轮的卡堵现象
• 3.4.2 相对速度和物体干涉
• 3.4.3 轮齿和管接缝的干涉分析和轮齿设计
• 3.4.4 驱动轮半径的设计
• 3.5 驱动部分模型的建立
• 3.6 本章小结
• 第4章 牵引器整体越障分析和仿真实验
• 4.1 引言
• 4.2 无差速驱动的越障分析
• 4.2.1 驱动轮速度匹配和越障轮过驱动
• 4.2.2 跨越管接缝的操作建议
• 4.3 无差速驱动仿真实验
• 4.3.1 仿真目的和仿真模型结构
• 4.3.2 仿真实验方案
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 直管越障仿真
• 4.4.1 仿真目的和模型结构
• 4.4.2 仿真实验方案
• 4.4.3 仿真结果分析
• 4.5 牵引器的油管转角越障仿真和圆弧段通过能力分析
• 4.5.1 仿真目的和模型结构
• 4.5.2 仿真实验方案
• 4.5.3 仿真结果分析
• 4.5.4 牵引器的油井圆弧段通过能力分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢