钻井平台钻杆自动传送系统设计研究

论文摘要

钻杆自动传送是自动化钻井的重要组成部分,在国外已有多年的研究,上个世纪90年代,该技术趋于成熟并开始广泛应用,国内在这方面的研究和应用则较少。针对目前我国海洋深水钻井的需要,开展钻杆自动传送系统的研究势在必行。本课题就是在这样的情况下提出来的,其主要目标就是在国外钻杆自动传送系统的基础上,自主设计一套钻杆自动传送系统。本论文在钻杆自动传送系统的总体方案、机构设计、驱动系统等方面进行了深入研究,主要完成了以下几个方面的工作:首先,论述了钻杆自动传送系统的发展状况,分析了本课题研究的内容和意义。其次在对钻杆自动传送系统功能需求进行分析的基础上,确定了钻杆自动传送系统的总体方案,包括原理设计、总体布局设计以及初步的结构设计。在初步结构设计的基础上,对系统中折臂起重机的末端夹持器、臂架、变幅机构、回转机构和钻杆输送机的翻转机构、钻杆分离机构、梭车及驱动系统等机构进行了详细设计。借助于三维建模软件Pro/ENGINEER建立了复杂零件的三维建模,利用Pro/MECHANICA对系统中的复杂零件进行了结构分析。接着,运用机器人学理论对系统中的主要部件折臂起重机进行了运动学和动力学分析,推导出其运动学方程和动力学方程。最后,选用液压驱动作为整个系统的驱动方式,设计了整个系统的液压驱动系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 课题的提出及意义
• 1.2.1 课题的提出
• 1.2.2 课题的研究意义
• 1.3 钻杆传送系统的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题研究内容及研究目标
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究目标
• 1.5 本章小结
• 第二章 钻杆自动传送系统总体方案设计
• 2.1 方案设计的主要内容
• 2.2 钻杆自动传送系统的主要功能及基本原理
• 2.2.1 钻杆自动传送系统的主要功能
• 2.2.2 钻杆自动传送系统的基本原理
• 2.3 钻杆自动传送系统的布局设计
• 2.4 钻杆自动传送系统的结构设计
• 2.4.1 折臂起重机
• 2.4.2 钻杆输送机
• 2.5 本章小结
• 第三章 钻杆自动传送系统各组成部分的详细设计
• 3.1 折臂起重机末端夹持器的设计
• 3.1.1 末端夹持器的结构设计
• 3.1.2 末端夹持器的受力分析及主要参数的确定
• 3.2 折臂起重机臂架设计
• 3.2.1 折臂起重机臂架结构型式的确定
• 3.2.2 折臂起重机臂架参数的确定
• 3.2.3 折臂起重机变幅、折臂机构的优化设计
• 3.3 折臂起重机回转机构的设计
• 3.3.1 回转机构的结构设计
• 3.3.2 回转支承的选型
• 3.3.3 回转机构参数的确定
• 3.3.4 回转机构传动比
• 3.4 钻杆输送机梭车及其传动系统的设计
• 3.4.1 梭车及其传动系统的结构设计
• 3.4.2 传动系统的设计计算
• 3.5 钻杆输送机翻转机构的设计
• 3.5.1 翻转机构的结构设计
• 3.5.2 翻转机构的运动和受力分析
• 3.6 钻杆输送机分离机构的设计
• 3.6.1 分离机构的结构设计
• 3.6.2 分离机构的运动和受力分析
• 3.7 钻杆输送机端部起升机构设计
• 3.7.1 端部起升机构的结构设计
• 3.7.2 钻杆输送机端部起升高度的计算
• 3.8 本章小结
• 第四章 关键零部件的结构分析
• 4.1 有限单元法、Pro/MECHANICAL及ANSYS简介
• 4.2 零部件的强度分析方法
• 4.3 关键零件的结构分析计算
• 4.3.1 折臂起重机臂架的结构分析
• 4.3.2 末端夹持器上下回转平台的结构分析
• 4.3.3 旋转塔身的结构分析
• 4.3.4 钻杆输送机本体的结构分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 折臂起重机的运动学和动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 折臂起重机运动学分析
• 5.2.1 齐次坐标变换
• 5.2.2 折臂起重机运动学方程
• 5.2.3 折臂起重机运动学方程的逆解分析
• 5.3 折臂起重机速度分析
• 5.4 折臂起重机动力学分析
• 5.5 小结
• 第六章 钻杆自动传送系统驱动系统的设计
• 6.1 钻杆自动传送系统驱动方式的选择
• 6.2 钻杆自动传送系统液压系统设计的基本要求
• 6.3 钻杆自动传送系统液压系统设计
• 6.3.1 传送系统液压系统设计
• 6.3.2 传动系统工作原理及动作顺序流程
• 6.4 钻杆自动传送系统液压元件的功用及选型分析
• 6.5 各液压元件的选定
• 6.5.1 液压马达的选定
• 6.5.2 液压缸的选定
• 6.5.3 液压泵的选定
• 6.5.4 控制阀的选定
• 6.6 其它元件的选取
• 6.7 液压油的选择
• 6.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢