水平井测井仪器牵引爬行器的设计

水平井测井仪器牵引爬行器的设计 朱 林，吴松平 (西安石油大学 机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，陕西 西安 710065) 摘 要：从减少能耗损失和提高牵引力的观点设计了一套测井爬行器的驱动系统，简要叙述了水平测 井仪器牵引爬行器的结构和动作原理 ，并对爬行 器进行 了动态 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。采用外转子电机为驱动轮轮毂 ，直接 驱动爬行器运动 ，减去 了减速和传动装置，也提 高了该驱动系统的效率、安全性和稳定性，为测井爬行器 系 统的设计提供了一条新的和有效的思路。 关键词 ：水平井；爬行器；扶正器 中图分类号：TE 927．4 文献标志码：B 水平井测井爬行器作为一种新型的测井仪器输 送工具，与常规的送进技术相比较，它克服了井眼弯 曲使测井仪器难以下放的困难，并且极大地提高了 测井的质量和测井的可靠性 ，因此测井爬行器 的研 究与开发有广泛的应用前景 。早在 2O世纪 9O年代 后期 ，国外许多公司就相继开发了能在井下独立作 业的电缆牵引器。其中以 SmarTract公司研制的 伸缩式电缆牵引器和 Sondex有限公司研制的 Son— dex电缆牵引器最为突 出。但在 国内，水平井测井 爬行器 的研究还处于起步阶段 ，技术还不成熟 ，这严 重影响了水平井的开发工作。 要使爬行器能在水平井内顺利爬行 ，就必须满 足：1)提供足够的拖拽力来输送测井仪器；2)能在 不同的井眼尺寸下正常工作；3)能双向移动，在井 下作业后能 自动返 回；4)爬行遇到阻碍时有 自锁能 力，并及时反馈信息；5)能在高温高压下正常工作。 爬行器在水平井内工作的环境恶劣，且工作空 间受到严格的限制。因此，对爬行器驱动系统的设 计提出了很高的要求，普通的驱动方式已无法满足 其工作需求。这里，我们采用一种全新的设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ， 设计了一套轮式驱动的测井爬行器 ，采用外转子电 机为驱动轮轮毂 ，直接驱动爬行器运动，没有任何的 传动装置和液压装置 ，简化了爬行器的本体结构 ，并 且提高了爬行器的驱动效率 。 1 结构设计和动作原理 爬行器的结构如图 1所示。 图 1 爬 行 器 结 构 示 意 图 爬行器的主体主要由扶正和驱动两大部分构成。 扶正器主要由弹簧 ，扶正杆和钢滚轮组成。本 扶正器的扶正机理是 由周 向均匀分 布的 4对连杆 (即扶正杆)对管道进行支撑和夹紧，当爬行器进入 管道后 ，连杆会压缩弹簧 ，使得连杆始终对管道产生 夹紧力 ，以避免爬行器的晃动和旋转 。扶正器采用 低摩擦 4臂滚轮式结构，使得扶正效果稳定可靠 ，并 且使用前后 2个钢滚轮(共 8个钢滚轮)以降低摩擦 和疲劳破损 。 驱动部分主要 由微 型电动推杆、外转子无刷直 流电机、驱动臂 、驱 动轮、蓄电池和主体箱构成 。本 设计的驱动部分中有 4对驱动轮，采用 的是摩擦 因 数较大的橡胶轮 ，每相邻 的 2对互成 9O度。驱动轮 安装在驱动臂上 ，驱动臂尺寸大小根据井眼尺寸确 定。外转子无刷直流电机作为驱动轮的轮毂。蓄电 [3]胡昌华，张军波，夏军，等．基于 Matlab的系统分析与 设计——小波分析 [M]．西安：西安 电子科技 大学 出版 社 ，1999， [4]Simon Haykin．Neural networks a comprehensive foun— dation[M]．Beijing：China Machine Press，2003． [5]张宜华．精通 Matlab5[M ]．北 京：清华大 学 出版 社，1999． [6]许东，吴铮．基于 MATLAB 6．X 的系统分析与设计一神 经网络[M]．西安电子科技大学出版社，2002． 作者简介：安宗文(1968一)，男，副教授，硕士生导师，主要从 事模糊优化设计、可靠性设计方面的研究。 来稿 El期：2007年 5月 23 El 责任编辑 周守清 · 32· 《新技术新工艺》·机械加工工艺与装备 2007年 第 12期 维普资讯 http://www.cqvip.com 池装在主体箱里面，有 3对 12伏的蓄电池串联连 接 。驱动部分的动作原理是以微型电动推杆打开支 撑臂(即驱动臂)，使支撑臂张开并与油管达到一个 预设的接触力，继而外转子电机带动驱动轮转动，使 得爬行器开始 向前爬行或向后退出(通过外转子电 机的正反转实现爬行器的进和退)。一旦停止供电， 驱动轮重新缩进爬行器体内。 设计特点 ：1)本驱动电机采用 的是外转子直流 电机，该电机具有体积小，功率大，负载特性好的特 点 ，并且易于实现对电机的控制。2)以直流电机外 轮毂为驱动轮 ，直接驱动 ，免去了减速和传动装置， 提高了系统的效率。3)采用 电动推杆直接打开驱 动臂，使得爬行器的设计简便，结构简单。4)由外 转子直流电机的正反转实现爬行器的进退运动。 2 行驶中爬行器的受力分析 2．1 爬行器的驱动力 爬行器在稳速前行过程 中，根据力的平衡条件 ， 可以建立平衡方程 ： ∑F ===∑ 厂+F (1) 式 中：∑Fr为总驱动力；∑L厂为行驶阻力之和 ；F为 爬行器的拖拽力。 装 在 驱 动 轮 上 的 直流 电机直 接 驱 动外 轮毂，产生转距 和产 生驱动轮圆周力 F。，而 地 面对驱 动 轮 圆周 力 F。的反作用力为 F (F。 一 F )。称 为爬 行器 的 ， ／ ／ t I ． 尼 ＼ 图 2 轮子的驱动力 驱动力，单位为 N，其数值为(见图 2)： FT一丁f／,- 式中： 为驱动轮的转距，N · ；r为轮子半径 ， 2．2 爬行器行驶 中的阻力 爬行器的阻力主要来源于 2个 方面：1)驱动轮 与管道问的摩擦阻力 ；2)扶正器 中的钢滚轮与管道 问的摩擦阻力 。 2．2．1 驱动轮与管道问的摩擦阻力 当爬行器稳速前行时，假定驱动轮做纯滚动 ，不 考虑滑动摩擦力。当驱动轮不滚动时 ，地 面对车轮 的法向反作用力的分布是前 后对称 的；但 当车轮滚 动时，在切向反力 及通过轮心的推力 F 作用下 ， 轮胎在法线 一7"／前后相对应点 a和 a (图 3a)形虽 然相同，但 由于轮胎的弹性迟滞现象 ，处于压缩过程 的前端的 a点地 面法 向反作用力就会大于处于恢复 过程的后部 a 点的地 面法 向反作用力 。这样就使 地面法向反作用力前后分布不对称 ，而使它们 的合 力 FZ相对 于 7"／～7"／ 的法线 向前移动 了一个距 离 d (图 3b)，随弹性迟滞损 失的增 大而变大。合力 F。 与法向载荷F 大小相等，方向相反。将法向反作用 力平移至与通过车轮 中心 的垂线位置，则受力情况 可画成 图(图 3c)形式 ，即有滚动阻力矩 —Fz·d 阻碍车轮滚动。 ． l M 。 ． { ／a ＼ ／ ● L 厂 f G． h 、／，， ．．_ l_ Ⅳ ／一 。、 ／G． ’ ，／／ — ／ 力， 图 3 轮子的受力图 由平衡条件得 ：F ·r—T， 故 ：F 一 T，／,-一(F × )／,- 令 f—a 且 F 与F 大小相等。所以有 F ：=：F ·f。厂 称为滚动阻力系数 ，可见 ，滚动阻力系数是车轮在一 定条件下滚动时所需的推力和车轮负荷之比，即单 位车轮重力所需的推力。也就是说滚动阻力等于滚 动阻力系数与车轮负荷的乘积 F，一F ·f (2) 式中：F，为滚动阻力 ，N；F 为轮 子所受 的法 向力 ， N，在这里主要是来 自直线电机对驱 动臂 的推力 ；厂 为滚动阻力系数 ，与接触面的种类，行驶速度以及驱 动轮胎材料构造 、气压有关 。 2．2．2 扶正器与管道间的摩擦力 由扶正器弹簧的伸缩量，弹簧的弹性系数以及 钢滚轮的摩擦因数即可求出扶正器与管道间的最大 摩擦力 F ，。 由以上的受力分析可知 ，根据最 大拖拽力 的要 求就可求出驱动轮的最大驱动力 F ： F1、一 F，+ F ， (3) 即可确定轮毂电机的功率 P： P—F-r‘V／叩 (4) 式中：F 为轮子提供 的驱动力 ，N；v为爬行器的最 大爬行速度 ，m ·min一；刁为轮子的机械效率。 2．3 设计模型 我们针对水平井井眼范围在 ~P127～~P244 mm 内工作的牵引爬行器进行了结构设计和计算 ，爬行 器设计模型的技术指标由 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1列出。 表 1 模型的技术指标 长度／mm 外经／mm 可工作的最小井 眼／mm 可工作的最大井眼／mm 最大爬行速度／m·min 可双向爬行 的最大拖拽力／N 7 420 中54 中127 中244 12 4 000 ((新技术新工艺》·机械加工工艺与装备 2007年 第 12期 ·33· 维普资讯 http://www.cqvip.com 通过爬行器的结构尺寸和上述的受力计算公式 (3)可求得每个驱动轮所 需的最大驱动力 为 Fr一 964．3 N 。 据轮毂电机 的功率计算 公式(4)可得 P一 141 w(已求得 FT一694．3 N；v一12 m·min．。；取 一 0．95)。 通过 自行设计的外转子直流电机其额定功率可 达 160 W，最大轮廓尺寸为 75 mm，因此完全满足最 大拖拽力要求 ，保证爬行器在井下顺利作业 。 3 结语 本设计采用外转子无刷直流电机为轮毂实现爬 行驱动，采用电动推杆实现驱动轮的伸缩，结构简 单，减少了减速和传动装置，从而提高了系统的效 率 、安全性和稳定性。因此 ，这种设计方法的提出为 测井爬行器系统 的设计提供了一条新的和有效的 思路 。 [参考文献] [1]刘猛，高进伟．水平井井下一起送进技术的现状及发展 建议[J]．石油矿场机械，2004，33(6)：16-18． [2]周成武，董继先．杆(管)件 自动爬行器的结构分析与比 较[J]．现代机械，2003(6)：49—51． [3]毕国忠，毕国晨 ，韩增红．新型管道爬行器的研究与应用 [J]．化工 自动化及仪表，2004，31(3)：45—46． 作者简介 ：朱林 (1958)，男 ，教授 ，主要从事机械工程 和 自动 化学科的教学和科研工作。 收稿 日期 ：2007年 6月 13日 责任编辑 周守清 CAXA获 IDGVC投资，领跑 ； 中国领先的产品生命周期管理(PLM)软件和服务供应商 CAXA与知名风险投资公司IDG技术创 !业投资基金 (简称 IDGVC Partners)于 12月 12日共 同宣布 ，IDGVC向 CAXA注资 1000万美金。该 ；笔资金将用 于 CAXA扩 充服务体系 和加强产 品研 发，扩 大 CAXA 在 中国 PLM 行业 的领先优 势。 j CAXA是中国PLM行业首家和唯一获得风险投资的软件企业。 { 随着中国加速成为全球制造中心，国际资本加速进入中国制造业，中国制造业得到迅猛发展，与此 !同时，中国制造业 国际化的趋势加剧 ，国内外市场竞争 日益激烈 ，PLM 作为继 CAD／CAM 之后发展起 ；来的新一代产品创新和协同管理解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，已成为制造业提升产品创新能力和核心竞争力的关键技术。 i “随着中国制造业的迅猛发展，中国PLM产业具有非常广阔的市场前景，CAXA作为中国最大的、 ；最具发展潜力的 PLM 公司，是 IDGVC值得期待的投资对象。”在了解 CAXA所在产业和市场后， !IDGVC资深合伙人李骁军说，“CAXA是中国制造业用户基础最大、产品线最全面的 PLM 供应商，在 ；项目调研过程中，我们与CAXA的众多用户和合作伙伴进行了充分的沟通，他们对 CAXA的信心给我 i们留下深刻印象。CAXA从管理团队到基层员工所表现出的优良的企业文化和深厚的技术积淀我们 i ：非常赞赏。” } “CAXA多年来坚持为中国制造业提供先进的 PLM 技术和服务，CAXA PLM方案已经在支持制 ；造业产品创新和提升竞争力方面取得了丰硕的成果。”CAXA总裁雷毅博 士表示 ，“获得 IDGVC投资 }后，我们将大幅度扩充服务体系，加强产品研发，更加专注于为中国市场提供更丰富的、高品质的软件产 ；品和更优质的服务，更强有力地支持中国制造业提升产品创新和参与国际竞争能力。与 IDGVC的合 ； !作带来的不仅仅是资金优势，同时也将推动 CAXA在管理、技术和服务等方面与国际先进水平接轨，吸 ! ；引更多志同道合的伙伴，共同为从“中国制造’到‘中国创造’做出积极贡献。” ； i CAXA作为中关村科技园区持续快速发展、竞争力强的优势企业，拥有自主知识产权的系列化 i ；PLM产品和方案，累计销售正版软件超过20万套。海淀区副区长于军表示：“CAXA是中国软件行业 ； ?的优秀代表，拥有关键技术、自主品牌，同时具有国际竞争力。CAXA获得 IDGVC注资，表示蕴含着巨 ! ；大升值潜力的软件企业赢得了全球投资商的青睐，期望 CAXA能为中关村的发展发挥更大作用。” ； 、一 一 ～ 一 ⋯ 一 ⋯ 一 一 一 一 一 ⋯ ～ ⋯ 一 ⋯ 一 ⋯ 一 ⋯ 一 ⋯ 一 ⋯ ～ ⋯ ～ ⋯ ～ ⋯ 一 ． ，。 ·34· 《新技术新工艺》·机械加工工艺与装备 2007年 第 12期 维普资讯 http://www.cqvip.com