顶驱钻机的结构设计

顶驱钻机的结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 高等教育自学考试 毕业设计(论文) 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 顶驱钻机的结构设计 专业班级 09级机电一体化工程 姓 名 指导教师姓名、职称 高级工程 所属助学单位 2011年 4月1 日 理工大学毕业论文 目 录 1 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1(1顶驱钻机的发展和简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 顶驱装置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2(1 顶驱装置的概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2(2 顶驱装置的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2(3 顶驱的发展、组成元件、性能特点„„„„„„„„„„„„„„„„3 2(3(1 顶部驱动钻井装置构成„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2(3(2 顶部驱动钻井装的性能特点„„„„„„„„„„„„„„„„4 2(4 顶驱装置的结构 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3 钻机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3(1 钻机的概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3(2 钻机主要技术要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3(3 影响钻进的因素 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4 顶驱钻机虚拟样机技术研究 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4(1 总体 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 设计系统 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4(2 虚拟样机TDS—VPS的功能模型„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4(2(1 虚拟造型系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4(2(2 顶驱钻机仿真分析设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4(3 顶驱虚拟样机TDS—VPS的关键技术„„„„„„„„„„„„„„„11 4(3(1 数字化表达方式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 (3(2 虚拟性能评估„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 4 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 I 理工大学毕业论文 摘 要 钻机在矿床普查勘探中,特别是有色金属稀有金属等矿床普查勘探中,坑道钻探用于追索矿床,加密勘探勘察地质构造圈定矿体及取样和验证等;钻机在矿山开凿中，常用坑道钻探技术来钻凿地下观测孔、通风孔、排水孔、瓦斯排放孔、注浆孔、爆破孔、锚定孔及开凿坑道的先导孔等;钻机在其他岩土工程施工领域中,坑道钻探的装备和工艺技术可用于坝基的边坡加固地质灾害的治理深基坑的支护,以及工业商业交通军事等方面的地下工程施工。 本文通过介绍顶驱钻机，根据机械振动理论,得出系统的运动微分方程,并针对研制的实际情况,合理的确定了顶驱系统的振幅、激振频率、激振力、偏心力矩等主要参数。根据顶驱的振动过程,进行动力学分析,在此基础上建立虚拟样机,得到了箱体质心位置、偏心块质心位置以及激振力等随时间变化的参数曲线,实现了对顶驱系统虚拟样机的动力学仿真分析。应用ANSYS软件对顶驱系统主要承力构件冲锤进行有限元分析,用此分析顶驱系统的设计是否满足使用要求,为研究生产样机提供了理论依据。同时,钻机进行了空运转实验和生产性实验用以验证顶驱结构设计合理。 关键词:钻机 、顶驱结构设计、虚拟样机、动力学仿真分析 II 理工大学毕业论文 Abstract Census exploration drilling of the deposit, especially non-ferrous and rare metals deposits census exploration, drilling tunnels for recourse deposits, geological survey and delineation of encryption ore exploration and sampling and verification; rig drilled in the mine, the common tunnel drilling Ground observation technology to drilling holes, ventilation holes, drain holes, gas discharge hole, grouting holes, blasting holes drilled anchor holes and trenches of the pilot hole, etc drill in other areas of geotechnical engineering, tunnel drilling equipment And technology can be used for the dam foundation Slope control of geological disasters in the deep foundation of support, as well as industrial and commercial transport and military aspects of underground construction. By introducing the top drive drilling rigs, according to mechanical vibration theory, the obtained differential equations of motion, and for the development of the actual situation, the reasonable determination of the top drive system, the amplitude, excitation frequency, the exciting force, eccentric torque, and other major parameters。 According to the vibration of the top drive the process of dynamic analysis, based on this prototype, get a box center of mass position, eccentric, and exciting force centroid position changes with time parameter curves on the top drive system to achieve a virtual Prototype dynamic simulation analysis。 Application of ANSYS software to the top drive system, load-bearing component hammer finite element analysis, using this analysis whether the top drive system design to meet the requirements for the study of the production prototype provides a theoretical basis. Meanwhile, the rig air operation conducted experiments to test and verify the production of top drive structure design. Keywords: drilling rig; top drive design; virtual prototype; dynamic simulation analysis III 理工大学毕业论文 顶驱钻机的结构设计 1 绪 论 1(1顶驱钻机的发展和简介 顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革 (液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。随着机电液一体化的控制技术、变流变频、PLC程序控制技术的不断发展,以及现代钻井技术要求的不断提高,对顶驱的结构、控制系统功能提出了新的要求。为了改进钻机顶驱装置的设计,提高钻井能力、可靠性、可操作性和安全性,并对顶驱制造厂家提出建议,以使制造的顶驱能充分满足钻井工艺要求,同时保证顶驱的先进性、经济性和可靠性。 2 顶驱装置 2(1 顶驱装置的概述 顶驱的全称为顶部驱动钻井装置TDS(TOP DRIVE DRILLING SYSTEM)，是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一 种顶部驱动钻井系统。它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 产品。自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS(INTEGRATED TOP DRIVE DRILLING SYSTEM)，是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。 顶部驱动装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方法。该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了使用者和市场的认同。它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步;其另一个意义则在于:顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。 顶部驱动钻井装置的旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法。该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作。它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。图2(1为顶驱主要部件图。 1 理工大学毕业论文 图2(1 顶驱主要部件图 2 理工大学毕业论文 2(2顶驱的特点 作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点: 1(节省接单根时间 顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。 2( 倒划眼防止卡钻 顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。 3(下钻划眼 顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少卡钻的危险。 4( 人员安全 顶部驱动钻井装置可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。 5( 设备安全 顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。 2(3 顶驱的发展、组成元件、性能特点 多年来，石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。近年来，随着钻井装备技术的不断发展，为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，20世纪80年代，国外研制出一种将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置，同时配备了钻杆的上、卸丝扣装置，可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。因该装置在钻机的游动滑车之下，驱动的位置比原转盘位置要高，所以称之为顶部驱动钻井装置。顶部驱动钻井装置可接立柱(三根钻杆组成一根立柱)钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20%,25%，同时，减轻了工人劳动强度，减少了操作者的人身事故。使用顶部驱动装置钻井时，在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，有利钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。 3 理工大学毕业论文 顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新，为今后实现自动化钻井创造了条件。 目前国内外的深井钻机、海洋及浅海石油钻井平台、施工特殊工艺井的钻机大多配备了顶部驱动钻井装置。1993年，国内开始了顶部驱动装置的研究工作，1996年完成了顶部驱动装置样机的台架试验。1997年，宝鸡石油机械厂生产出了DQ60D型顶部驱动装置，在塔里木油田钻井队使用后现已批量生产。截至2004年我国在用的顶部驱动钻井装置大约有150台右。 2(3(1 顶部驱动钻井装置构成 顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成: l)水龙头-钻井马达总成(关键部件之一); 2)马达支架/导向滑车总成(关键部件之一); 3)钻杆上卸扣装置总成(关键部件之一，它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备); 4)平衡系统; 5)冷却系统; 6)顶部驱动钻井装置控制系统; 7)可选用的附属设备。 其中水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件: 1)钻井马达和制动器(气刹车) 2)齿轮箱(变速箱); 3)整体水龙头; 4)平衡器。 2(3(2 顶部驱动钻井装置的性能特点 顶部驱动钻井装置的性能特点: 1)在钻井过程中可在任意位置提起钻具划眼循环，清洗井眼，有效地避免卡钻等事故发 生。起下钻过程中遇卡或遇阻可迅速使顶驱接上钻具，循环泥浆进行划眼作业。 2)用立根钻进，减少2/3上卸扣工作量。 3)在下套管时，借助于吊环倾斜机构抓取套管，在上扣时顶驱有扶正作用，可避免乱扣、 错扣，大大提高下套管速度。 4)在憋钻时，可用刹车机构刹住钻具，慢慢释放，防止钻具迅速反弹，以防损坏钻具或 脱扣。 5)在定向钻进中，可用刹车机构刹住顶驱主轴，进行定向造斜。 6)在井涌、井喷时，在井架内任意高度可迅速关闭内防喷器。 7)由于不使用转盘，提高了井口操作时的安全性。 8)借助于倾斜臂和旋转头的作用，井口上卸扣作业和二层台作业的体力劳动强度大大减 轻。 9)在稳斜段钻进时，可随意提动钻具，避免岩屑沉积。 10)利用立根钻进，可实现连续长筒取芯达27米。 其结构特点: 11)简便的安装移运性能。 4 理工大学毕业论文 12)具有较大的卸扣能力。 13)导轨安装与拆卸检修方便，具有互换性能。 14)顶驱体可通过过渡环直接与游车连接，减少整个装置的工作高度。 15)液压控制的旋转头装置，可带动吊环倾斜机构旋转360º，并有级锁紧。 16)高强度的齿轮减速传动。 17)钻井和起下钻采用不同的负荷通道，延长主轴承的使用寿命。 18)背钳采用四点浮动夹持，提高了背钳的夹持能力，减少了对钻具的损伤。 19)采用液压浮动油缸平衡顶驱主体自重，可在上卸扣作业时保护钻具接头丝扣。 2(4 顶驱装置的结构 目前，顶驱种类很多，但在结构上不外乎由以下几部分组成。如图2.3所示。 (1)动力驱动装置 动力驱动装置有电动和液压两种。通常采用一台或两台交流(或直流或液压)马达，经齿轮机构减速，提供钻井动力。美国的Varco公司和National—Oilwell 公司以及我国生产的顶驱，采用的是交流或直流电动机驱动方式，加拿大的Tesco 公司生产的500HS、500HC顶驱，采用的是液压马达驱动方式。图2.2为顶部驱动形式图。 图2.2 顶部驱动形式图 (2)倾斜装置 倾斜装置由机械臂、吊环、驱动机构组成，驱动结构又分气动、液压两种。气囊或液缸使机械臂带动吊环前摆、后摆，在接单根及从指梁取放立柱时使吊卡可自动摆到位。 (3)管子处理装置 该装置体现了驱动的最大优点。它由扭矩钳、内防喷控制阀和执行机构组成。扭矩钳在液压作用下，可在任何时候、任何位置完成上卸扣作业。内防喷器控制阀在停泵情况下可操作机械臂任意开关，这即可节约钻井液又可实施井控。 5 理工大学毕业论文 (4)扭矩管、平衡系统、冷却系统 扭矩管也称导轨，为顶驱提供了上下滑动的导轨，起扶正作用，便于接立柱时对扣和下套管时对套管扶正，同时用来抵消钻井过程中钻具旋转的反扭矩，即将反扭矩传到井架底座上，而不传给井架。平衡系统采用双液压平衡液缸，其作用类似于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、交流电动机、导管组成，向钻井电动机提供冷却空气。 (5)控制系统 控制系统提供给操作者一个操作顶驱所有动作的控制台，包括司钻控制及仪表控制台、电缆、液压管线、气管等。 图2(3 顶驱系统组成示意图 (6)钻井液循环系统 美国Varco公司生产的IDS-1型顶驱及国产DQ-60D型顶驱的钻井液可由电动机轴上部相连的冲管总成经空心电动机轴内衬管流入钻柱进行循环。而加拿大TESCO 公司的顶驱安装在普通钻井水龙头下面。前者将马达、水龙头、齿轮减速机构集于一体，设计紧凑。 3 钻机 3(1 钻机的概述 钻机(drill)是在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具 。 可用于钻取岩心 、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。钻机传动原理图如图3(1所示。 6 理工大学毕业论文 图3(1 钻机传动原理图 1(主要产品分类: (1)潜孔钻机 )凿岩钻机 (2 (3)全液压一体机 (4)探矿钻机 2(广泛的应用 (1)在矿床普查勘探中,特别是有色金属稀有金属等矿床普查勘探中,坑道钻探用于追索矿床,加密勘探勘察地质构造圈定矿体及取样和验证等。 (2)在矿山开凿中，常用坑道钻探技术来钻凿地下观测孔、通风孔、排水孔、瓦斯排放孔、注浆孔、爆破孔、锚定孔及开凿坑道的先导孔等。 (3)在其他岩土工程施工领域中,坑道钻探的装备和工艺技术可用于坝基的边坡加固地质灾害的治理深基坑的支护,以及工业商业交通军事等方面的地下工程施工。 3(2 钻机主要技术要求 1( SGZ-IIIA300米钻机主要技术要求: 钻进深度:300米，钻机角度0-360度，使用φ42、φ50、φ53mm三种钻杆，六挡转速，最高转速1200转/分，最低转速128转/分。立轴直径φ60mm。 2( SGZ-IB150米钻机主要技术要求: 钻进深度:150米钻孔角度0-360度，使用φ42mm钻杆，四挡转速:最高1000转/分，最低95转/分。 3(QD70BS主要技术参数 7 理工大学毕业论文 名义钻井深度:7000 m(41/2 钻杆):最大载荷:4 500 kN;额定循环压力:35 MPa;系统质量:12 000 kg;额定功率:400HP ×2 ;环境温度: - 35,50 ?;工作扭矩:50 kN ?m(连续) ;最大扭矩:75 kN ?m(间断) 3(3 影响钻进的因素 影响钻进速度的因素很多，主要有客观因素(地质条件、岩层性质和钻井深度等)和可调变量(钻压、转速、排量、钻头类型等)。 4 顶驱钻机虚拟样机技术研究 虚拟样机技术(简称VP)是在CAx(G ,CAM,CAE)和DFx(DFA,cIFM)技术基础上发展而来的，是基于集成化产品和过程开发(IPPD)策略的产品设计、开发和评估的新型使能技术。它融合信息技术、先进制造技术、多领域仿真技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术。同时，有机地结合现代管理理论、系统工程方法学，涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现，将不同工程领域的开发模型融合在一起，建立复杂机械产品的基于物理的仿真模型，为产品的全生命周期设计和评估提供分布式的集成化环境L2|3j。虚拟样机技术自20世纪90年代初出现以来，在军事、航空、航天、汽车制造等高科技领域获得成功的应用L4 J。将顶驱钻井装置l5,6 JTDS(Top Drive DrillingSystem)设计、装配和样机运转、性能测试和设计改进完全在虚拟环境中进行，使石油设备制造业从纯粹的物质流与资金流转为数据流与信息流，实现数字化设计与制造的崭新理念，可以为新型顶部驱动钻井系统的研制提供崭新的计算机平台。 4(1 总体方案设计系统 按照模块化设计思想，将顶驱钻机的概念设计转为结构设计，把顶驱抽象为一组相互连接的功能模块的集合，建立功能模块之间的关系。采用模块化综合智能设计支持工具，在功能分析的基础上，确定顶驱总体设计方案型式和所需模块的种类、功能以及主要性能参数、特性参数值，合理选择出所有可能的顶驱总体模块结构，并通过功能综合将所选的模块结构合理组合，构成多个顶驱的总体方案，通过总体方案分析与 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 决策子系统，确定最终设计方案。 1( 总体布置设计系统 该系统依照总体设计方案确定的顶驱各模块功能 、综合约束的布置模型和拓扑描述的布置设计模型，分析顶驱各模块间的空间相对位置关系，确定相互间约束的方位和种类，解决不同模块间的干涉冲突问题，确定顶驱的总体结构。 2( 模块设计系统 它由三维造型模块、典型零部件设计模块、数据转换接口和模块库组成，包括顶驱组成模块的三维几何造型以及与其他G 造型系统的数据转换，用以完成对顶驱各模块的实体造型，并构建顶驱的模块库。在顶驱模块综合智能设计决策支持系统的基础上，依据顶驱布置方案进行整机、各模块及其零部件的三维外观造型设计和工艺准备。 3( 装配分析系统 8 理工大学毕业论文 根据模块装配的表达策略和模块装配顺序的计算机生成技术，开发出具有多层装配序列、零件装配路径规划和装配工艺文档化等的TDS—APS(Top DriveDrilling System-Assembly Planning System)装配设计平台。该装配设计平台能够通过装配建模、装配模型的公差分析与综合评价、装配模型中的运动机构的求解及干涉检查等进行装配模型的设计分析和评价。通过人机交互产生顶驱装配序列，进行装配顺序和装配路径规划，然后通过对整体和各模块基于物理的装配过程仿真，实现装配规划过程的可视化;具备干涉碰撞路径、装配一拆卸路径等的可视化功能等。可以使装配过程具有良好的几何约束可操作性，实现欠约束条件下多封闭环约束操作，支持常见运动副和装配关系的约束表达。 4( 运动仿真系统 建立了顶驱沿井架内专用导轨向下送进、钻柱旋转钻进、接立根、上卸扣和倒划眼等过程的虚拟运动仿真模型，规划出各部件运动路径，实现了对顶驱工作过程进行可视化仿真和分析。分析了运动部件碰撞等运动干涉情况，及时进行了设计改进。 5( 性能分析系统 开发了具有动力学分析能力的几何约束引擎体系。在实时动态仿真顶驱旋转钻进过程时，考虑到物体的质量、运动规划、惯性、外部作用力和重力等多种物理因素，融合多体系统动力分析常用的缩并法和微分流形分析法，在设计的最大功率、最大转速范围内对模块化顶驱进行闭环动力学、动态特性分析。可以对顶驱主要零部件、易损件进行寿命预测分析，用以 改进顶驱的结构。 4(2 虚拟样机TDS—VPS的功能模型 顶驱虚拟样机TDS—VPS分为顶驱造型设计系统和顶驱虚拟仿真系统两个功能系统。 4(2(1 虚拟造型系统 顶驱造型设计系统主要有顶驱三维造型设计系统和顶驱模型一模块库，旨在提高设计速度，为用户提供一个便捷的设计环境。 1( 三维造型设计系统 顶驱三维造型设计以数据库为核心，以PDM 为产品并行开发支撑环境，包括顶驱三维模块设计子系统和典型零部件设计子系统。顶驱三维模块设计子系统利用Pro,E进行建模，生成新的零件文档。典型零部件设计子系统则由MFC应用程序首先根据机械设计理论对零部件进行设计计算，将设计的结果直接传人三维实体造型模块，并将结果作为属性附加到模型中，通过文件传输给三维实体造型模块;应用程序通过Pro,Toolkit和Pro,Develop与Pro,E通讯，调用Pro,E提供的接口函数，对Pro,E文档进行操作，生成草图、增加尺寸和约束，生成各特征，由Pr0,E内核进行布尔运算，生成零件体。 顶驱三维造型设计系统还可以用下列方式调用模块库: (1)利用模块库的查询工具，查找与设计任务中最相似的库资源，并通过完全复制或智能方式生成变型产品设计模板。采用面向对象的设计技术，通过对模 9 理工大学毕业论文 板的对象化和参数化，快速自动建立零件的产品目录树，或者自动完成部分零件的产品设计模型，支持产品自上而下的设计。 (2)对设计模板中不能自动生成的部分，利用Pro,E软件中基于特征的三维参数化设计模块修改或二维参数化设计模块，建立产品的全局信息模型。整个产品的开发和设计活动以PDM 和工程数据库为支撑环境，实现设计人员之间的协同工作，并保持全局数据的一致性;根据产品结构的层次关系来划分设计任务，自动记录整个设计活动，并实现对产品设计整个活动的有效管理。 2( 顶驱模型一模块库建设 归纳和整理已有的设计成果，按照顶驱的功率序列进行分类整理，建立了一个方便快捷、系统化的模型模块库;对同一序列的模型一模块相类似的设计活动进行收集和提炼，并对模型一模块中相同的设计实现参数化，按一定的编码规则进行编码，便于对其进行查询利用。在进行顶驱模型一模块三维造型时，每个顶驱模型一模块都包含规格、代号、名称、类别等工程信息与对应的参数，以满足Pro,E装配调用和二维工程出图的要求。 顶驱模型一模块库建库遵循数据库的一般设计原则，具有以下特点:查询简单，顶驱模型库可以扩展;支持多级表结构;建成的顶驱模型一模块库支持各种数据维护操作，如插入数据，删除数据，多种方式查询等。 顶驱模型一模块库开发包括以下几个方面的内容: ?对已有的设计对象进行分析、归纳，提炼出在不同顶驱模型一模块中相似、相近的模型一模块，即确定顶驱模型一模块的具体对象;? 建立顶驱模型一模块的三维参数化模型;?建立顶驱模型一模块的查询标识规则，即建立顶驱模型一模块的编码规则;? 利用PDM 的库管理功能，实现对顶驱模型一模块库的查询、添加、删除、修改等功能，并实现与Pro,E的集成。在生成顶驱模型一模块时，由设计结果得到顶驱模型一模块的系列，MFC通过ODBC访问SQL—Sewer的模型库数据源，查询数据库得到造型所需的全部尺寸数据，由参数驱动模块按尺寸数据驱动顶驱模型的三维模型，通过参数化特征重构得到新的顶驱模型的实例。 3( 数据库建设 数据库是整个系统的基础，在数据库建设中除了要遵循数据库的一般设计原则外，还遵循了以下设计 原则:查询简单且支持多种方式查询;除查询外，数据库应提供数据维护操作，主要有:新数据表生成。数据录入，数据删除;数据表的字段名称可以指定和修改(字段数目可以增加，即数据库应具有良好的可扩充性和可维护性;支持多级表结构;权限管理充分利用SQL的权限管理能力，为用户分配相应的使用权限，同时考虑合理利用了Intralink中的权限管理信息。 4(2(2 顶驱钻机仿真分析设计 TDS—VPS虚拟仿真系统包括顶驱钻井系统的运动仿真、整机性能仿真以及关键零部件的结构有限元分析。顶驱钻井系统的运动学和整机性能的虚拟仿真是通过运动学、动力学的分析来获得的。每一个完整的虚拟仿真过程都包括模型设置、运行仿真以及结果分析3个步骤。顶驱TDS—VPS虚拟仿真系统以ADAMS为运动学和动力学仿真平台，利用Pro,E软件与动力学仿真分析软件ADAI、 S间的无缝连接接口，将前述的三维实体模型导入到ADAI、 S仿真环境中。关键零部件的结构有限元分析也是由模型建立、运行仿真和结果分析3个步骤组成， 10 理工大学毕业论文 其核心平台为ANSYS。以ADA，IS、ANSYS提供的二次开发工具为开发手段，为顶驱钻井系统中关键子系统，如减速装置、动力总成、接卸立根装置等开发运动学虚拟仿真系统，为顶驱钻井装置系统静一动力学性能等开发出静一动力学分析仿真系统，为顶驱钻井系统中关键零部件，如减速器中的齿轮、换钻杆柄等零部件开发_出结构有限元分析集成工具。 顶驱“运动仿真”模块，根据电机的运动参数和已知构件的运动规律，解算顶驱全量运动方程，求出其他构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度，以及角位移、角速度和角加速度获取顶驱的姿态、位置以及旋转钻进、接卸立根等运动参数，并输出到顶驱实时仿真系统的其他分系统。顶驱动力学仿真系统包括“顶驱动力特性”仿真和“钻柱振动分析”仿真，是组成顶驱实时仿真系统的一个主要软件系统。该系统建模、编程、数据的选取及预处理的计算公式多，计算量大。根据钻柱在斜直井中的受力状态，建立纵向振动、扭转振动和横向振动的动力学方程，考虑横向振动难以传递到地层表面，不会对顶驱装置造成影响，计算钻柱的其他振动响应，并作为顶驱主体装置的激励源。“顶驱动力特性”仿真考虑顶驱装置施加钻压，接收来自钻柱系统的浮重力、各种振动，来自电机系统的驱动力等，采用柔性多体动力学计算在顶驱装置的整体受力一力矩。将顶驱钻机的拓扑结构视为为铰连接的树系统，选定广义坐标，建立关联数组、关联矩阵、通路矩阵和内接物体数组(即低序体阵列)等;与系统拓扑结构和所选用广义坐标相对应，建立多体系统动力学微分一代数方程组。 建立的顶驱仿真模型库一软件包以及虚拟样机建模环境具有以下特点:建立仿真建模环境是为了让用户快速、方便地建立仿真所需要的模型，并向外系统提供接口，从而使建模者和软件编制人员分开。系统建模采用的是层次化、模块化的建模方法，建立钻柱振动和顶驱主体装置的多柔性形体动力学的数学模型，然后编制程序。顶驱方面的专家可以通过建模仿真环境建立起钻柱的数学模型，而整个顶驱实时仿真系统的建立者可以通过程序调用顶驱专家建立的模型，从而实现了建模者和程序设计者的有机结合。顶驱仿真建模环境具备突出特征，即系统性、可行性、先进性、开放性、规范性、可重用性、通用性、可移植性、可维护性以及良好的人机界面交互。连接模型库就可计算出钻柱姿态、位置等顶驱参数，进行顶驱仿真。设有初始化文件，快速的环境设定、记录、回放和仿真结果复现、记录与回放功能记录所有的仿真过程，可以在标准主程序中集成用户自定义的应用函数库。 用户使用该建模环境时，通过图形化的用户界面，自定义顶驱仿真系统整体，只输入钻柱振动的数据或曲线。在关键子系统和整机性能的虚拟仿真中，模型的建立来源于3个方面的数据:? 模型拓扑库中的模型拓扑;?Pr0厄计算的物性数据，如各零部件的质心、惯量等;在要求进行干涉检查时，还需要从Pro,E传来的几何实体;? 实验数据，包括矿场实验数据和阻尼数据等等。关键零部件结构有限元分析模型建立则来源于两个方面的数据:?Pro,E的几何实体模型;?包含该关键零部件的子系统进行动力学分析所得到的各种数据，如力、位移、速度等等，来作为有限元分析的边界条件。 4(3 顶驱虚拟样机TDS—VPS的关键技术 4(3(1 数字化表达方式 11 理工大学毕业论文 机械性能设计的目的是将各相关领域的基础性研究成果应用于设计自动化。顶驱装置的数字化表达除了建立顶驱装置的三维模型外，主要工作是建立顶驱装置的运动状态模型，顶驱装置主体的柔性多体动力学建模。根据构件间的运动学约束方程可以定义常用的运动关联:固定连接(无自由度)，旋转连接(绕X、y、Z某一轴旋转自由度)，球连接(绕任意轴旋转自由度)移动铰等约束。考虑构件的受力和质量，可以进行速度和加速度分析及多体动力学分析等。 4(3(2 虚拟性能评估 此项研究主要是在仿真的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评估，并从中获得修改设计的依据。运行状态评估是在对正常运行状态、性能下降状态、维护状态以及失效状态等进行评估，性能评估是在设计规划中对产品系统的性能要求。研究的重点是基于仿真结果的工况分析。 12 理工大学毕业论文 结 论 顶驱系统的优点与常规转盘钻机相比有很多优点: 1、起下钻过程简单 2、操作安全 3、节约辅助钻进时间，提高钻井效率 4、特别适用于钻定向井、水平井 5、安装维护简单，操作方便灵活 建议大力引进国外密封技术或与专业公司合作 ,提高密封部件的加工精度 ,保证液压系统具有可靠的性能。保证背钳性能稳定 ,而且方便更换保护接头和 IBOP 作业 ,能满足各种工况的作业要求。要充分考虑钻井现场的各种恶劣条件和气候 ,对设计中不符合现场作业条件的要进行改进。 本研究基于几何造型和性能分析及人机交互的基本理论，构造了基于物理的虚拟的顶驱钻井装置的动态实时实体样机和性能测试、分析系统，并在虚拟现实环境中对整机和零部件性能进行了测试和分析。对虚拟顶驱钻井装置样机及其分析系统的研制，将改变我国石油机械的产品研制思路。为新型顶驱钻井装置的设计、制造提供了崭新的计算机平台，将减少新型顶驱钻井装置的研制时间，提高我国石油机械的设计水平。 13 理工大学毕业论文 致 谢 通过此次长达几个月时间的毕业设计，让我大学最后的生活充实而充满挑战性，其中很多问题是在次前没有遇到过的，当我解决不了的时候，第一想到的是我们的老师，而他总是很耐心的给我们讲解，所以在这里首先要感谢的是老师，他本身教学任务繁重，还要指导我们的毕业设计，有时候连一个基本的中午休息时间都没有，对此我们感激不尽，相信即使大学毕业了也不会忘记他曾经给予的帮助;第二还要感谢同学，有的时候问题很棘手，我就会找同学讨论，感谢他们在这中间给予的帮助。 大学生活即将结束，通过这次设计又将大学里所学的知识统统拿出来用了一遍，用知识去解决问题，我想即使以后走入社会也不惧任何困难。 14 理工大学毕业论文 参考文献 [1]王丛领，杨红晓，张三辉等。GQ 型复合颗粒堵调剂在高渗油藏中的应用研究 [J ]。河南:河南石油，2004，18(2)。 [2]《齿 轮 手册》 (第二版) 机械工业出版社 [3]《机械设计手册》 (第四版) 化学工业出版社 [4]《 说明书》 瓦壳公司 [5]《 说明书》 瓦克克瓦拉公司 [6]《北石顶驱说明书》 北京石油机械厂 [7]机械工程手册编委会编. 机械工程手册. 北京:机械工业出版社, 1997 [8]林清安. Pro/ENGINEER零件设计基础篇 [M]. 北京: 清华大学出版社, 2001 [9]张洪信 有限元基础理论与ANSYS应用[M] 北京: 机械工业出版社 2006 附录:外文翻译 In Wang Zuoliang?s translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burn?s “A Red, Red Rose” brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about ten papers on the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poet-translator brings over some exciting work from another culture and in doing so is also writing his own best work, thereby adding something to his culture. In this transmission and exchange, a richer, more colorful world emerges. ”(Wang, 1991:112). Then how can we translate poems? According to Wang?s understanding, the translation of poems is related to three aspects: A poem?s meaning, poetic art and language. (1)A poem?s meaning “Socio-cultural differences are formidable enough, but the matter is made much more complex when one realizes that meaning does not consist in the meaning of words only, but also in syntactical structures, speech rhythms, levels of style.” (Wang, 1991:93). (2)Poetic art According to Wang, “Bly?s point about the „marvelous translation? being made possible in the United States only after Whitman, Pound and Williams Carlos Williams composed poetry in speech rhythms shows what may be gained when there is a genuine revolution in poetic art.” (Wang, 1991:93). (3)Language “Sometimes language stays static and sometimes language stays active. When language is active, it is beneficial to translation” “This would require this kind of intimate understanding, on the part of the translator, of its genius, its idiosyncrasies, its past and present, what it can do and what it choose not to do.” (Wang, 1991:94). Wang expresses the difficulties of verse translation. Frost?s comment is sufficient to prove the difficulty a translator has to grapple with. Maybe among literary translations, the translation of poems is the most difficult thing. Poems are the crystallization of wisdom. The difficulties of poetic comprehension lie not only in lines, but also in structure, such as cadence, rhyme, metre, 15 理工大学毕业论文 rhythm, all these conveying information. One point merits our attention. Wang not only talks about the times? poetic art, but also the impact language?s activity has produced on translation. In times when the language is active, translation is prospering. The reform of poetic art has improved the translation quality of poems. For example, around May Fourth Movement, Baihua replaced classical style of writing, so the translation achieved earth-shaking success. The relation between the state of language and translation is so 16