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游梁式抽油机曲柄销的损伤分析与研究

游梁式抽油机曲柄销的损伤分析与研究

作者：徐光亿兰州理工大学

学位级别：硕士

目前油田所用采油设备以自主研制的常规型游梁式抽油机为主。近年来,随着油田工作环境的不断恶化,加之抽油机构件易老化等问题,游梁式抽油机在长期的工作过程中常出现因关键零部件损坏将会导致无法正常运行的问题,特殊情况下甚至发生事... 详细信息

目前油田所用采油设备以自主研制的常规型游梁式抽油机为主。近年来,随着油田工作环境的不断恶化,加之抽油机构件易老化等问题,游梁式抽油机在长期的工作过程中常出现因关键零部件损坏将会导致无法正常运行的问题,特殊情况下甚至发生事故。曲柄销损坏而导致的故障在游梁式抽油机故障中所占的比重较大,因此对游梁式抽油机曲柄销的损伤分析与研究尤为必要。(1)以C-456D-305-144型抽油机为对象,对抽油机整机进行了运动学分析并对曲柄销和连杆进行了受力分析和多体动力学分析。(2)对曲柄销进行结构静力分析和模态分析,运用动力学分析软件ADAMS对曲柄销进行了刚柔耦合动力学仿真分析,获得了载荷谱文件。根据曲柄销的静力分析结果和载荷谱文件在n Code疲劳分析软件中建立了曲柄销的疲劳分析模型,对曲柄销进行了疲劳损伤分析。(3)基于弹性接触理论对不同连杆拉力、摩擦系数和预紧力下的曲柄销微动特性进行了有限元模拟分析,得出了三者对接触压力、摩擦应力和滑移距离的影响规律,并针对分析结果讨论了一些减缓微动的方法和措施。(4)基于Design Exploration优化模块对曲柄销进行了参数化建模,参数关联性分析和响应面分析。基于多目标遗传算法对曲柄销进行了结构参数优化,最优化参数条件下曲柄销的质量减小了14.9%,最大变形量降低了23.27%。(5)将优化后的曲柄销结构重新置入抽油机整机中,分别对曲柄销优化前后的游梁式抽油机进行了整机多体动力学仿真分析。通过对比分析发现曲柄销结构优化后整机的相关部件的受力情况有所改善,同时也验证了曲柄销优化的合理性以及损伤分析与研究的必要性。通过本课题的研究,为提高曲柄销乃至抽油机整机的可靠性提供了支撑,具有重要的实际意义。

关键词：游梁式抽油机曲柄销疲劳分析微动特性参数优化

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水刀辅助破岩技术的搭载及应用

隧道建设（中英文） 2023年第8期43卷 1404-1412页

作者：齐志冲吕旦贺飞徐光亿中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

为解决硬岩隧道掘进机在硬岩地层掘进时遇到的掘不动、掘进慢等难题,研发出一种掘进机搭载辅助破岩系统,即在现有硬岩掘进机开挖系统的基础上集成水射流破岩技术,在水射流与滚刀共同作用下进行破岩。针对水刀辅助破岩技术的搭载及应用... 详细信息

为解决硬岩隧道掘进机在硬岩地层掘进时遇到的掘不动、掘进慢等难题,研发出一种掘进机搭载辅助破岩系统,即在现有硬岩掘进机开挖系统的基础上集成水射流破岩技术,在水射流与滚刀共同作用下进行破岩。针对水刀辅助破岩技术的搭载及应用进行研究:1)系统介绍辅助破岩系统的搭载设计理念,并对其配套的射流系统泵站、输送系统、喷射系统等进行工作原理和性能参数介绍。2)采用模拟现场工况试验的方法,实现水刀辅助破岩技术搭载的试验研究,得到破岩效果指标参数与高压水射流参数之间的关系。3)基于水刀辅助破岩搭载技术现场应用情况,采用实时采集数据的方法,得到应用过程中的试验方法、试验数据、掘进效果、环境温度、系统功率、存在问题等结果,并提出相应的解决措施。4)基于辅助破岩技术的现场工业性试验,提出辅助破岩技术的优化改进方向。结果表明:硬岩掘进机水刀辅助破岩技术的搭载及应用可行,270 MPa水压耦合掘进时场切深指数均值下降约38.1%,转矩切深指数下降约16.9%,破岩效果显著提升。然而,高压水系统的搭载带来隧道内温度的升高、高压水系统管路异常磨损2方面的问题,从而影响设备的正常掘进,是提升水刀辅助破岩搭载技术应用性的重点努力方向。

关键词：硬岩隧道掘进机水刀辅助破岩高压水射流耦合破岩试验研究

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敞口式矩形顶管机设计与研究

隧道建设（中英文） 2020年第4期40卷 591-596页

作者：吴彦星肖威周倩孙磊徐光亿中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构... 详细信息

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构建盾体的受力模型。2)采用有限元法对盾体进行静强度分析,得到盾体的应力云图和变形量云图,验证盾体在强度和刚度方面符合设计要求。3)利用D-H方法对挖掘臂系统进行运动学建模,得到挖掘臂末端在基坐标系中的位置矢量;应用蒙特卡洛法对挖掘臂的工作空间进行分析,得到机械臂末端的工作空间点云图。研究结果可为敞口式顶管机的结构设计和设备控制系统的搭建提供依据。

关键词：敞口式矩形顶管机载荷分布静强度工作空间有限元分析运动学分析蒙特卡洛法

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一种沉井潜入式竖井掘进机结构设计与研究

隧道建设（中英文） 2022年第1期42卷 145-153页

作者：徐光亿肖威赵飞齐志冲吕旦赵子辉中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

为解决传统竖井施工中机械化程度低、人力消耗大、安全风险高等问题,研发了一种沉井潜入式竖井掘进机。该掘进机可以实现开挖、出渣、支护同步作业,自动、高效施工。针对沉井潜入式竖井掘进机的相关结构进行研究:1)系统阐述沉井潜入式... 详细信息

为解决传统竖井施工中机械化程度低、人力消耗大、安全风险高等问题,研发了一种沉井潜入式竖井掘进机。该掘进机可以实现开挖、出渣、支护同步作业,自动、高效施工。针对沉井潜入式竖井掘进机的相关结构进行研究:1)系统阐述沉井潜入式竖井掘进机的结构组成和工作原理;2)基于受力特性和运动特性,分别对其工作装置进行力学特性分析和运动学特性分析,构建其运动学分析简易模型;3)采用有限元法对关键部件进行静强度分析,得到其对应的应力云图和变形量云图,验证关键部件在强度和刚度方面符合设计要求;4)基于虚拟样机技术对其关键部件以及关键位置处进行运动学研究和动力学研究,得到其位移和受力曲线图。结果表明:该竖井掘进机结构设计、力学特性分析以及运动学分析合理,有限元法和虚拟样机技术运用可行。

关键词：机械沉井潜入式竖井掘进机运动学模型虚拟样机工艺研究

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新型旋流分离一体机的分离性能分析

兰州理工大学学报 2020年第1期46卷 60-64页

作者：张力张立华徐光亿贾存千韩文洁兰州理工大学机电工程学院

针对旋流器无法对粒径在10μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发... 详细信息

针对旋流器无法对粒径在10μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发现在相同操作参数和结构参数下新型旋流分离一体机具有更稳定的内部流场,内部速度、压力降更大,当粒径大于5μm后旋流分离一体机的分离效率迅速提高,在10μm左右的固相颗粒的分离效率能够达到65%~85%,而实验所用普通旋流器的分离效率在60%以下.

关键词：旋流过滤细颗粒分离多孔介质

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基于响应面法的沉井掘进机回转装置优化设计

机械设计 2022年第S02期39卷 92-97页

作者：徐光亿齐志冲田彦朝宋德华张朋真陈凯歌中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

以沉井掘进机的关键结构件——回转装置为研究对象,提出了以结构最大等效应力和结构质量为优化目标的结构优化设计方法。简述了沉井掘进机的主要结构组成和回转装置结构组成;基于厂内工业试验下主机的受力工况对回转装置进行受力分析,... 详细信息

以沉井掘进机的关键结构件——回转装置为研究对象,提出了以结构最大等效应力和结构质量为优化目标的结构优化设计方法。简述了沉井掘进机的主要结构组成和回转装置结构组成;基于厂内工业试验下主机的受力工况对回转装置进行受力分析,建立回转装置受力分析简易模型;通过PTC Creo软件对回转装置进行参数化建模并基于有限元法对回转装置进行静强度分析;以环板、法兰板和筋板等结构关键尺寸为设计输入变量,以最大等效应力、质量为优化目标,对设计参数进行灵敏度分析和响应面分析;利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型,在保证回转装置静态特性的基础上以回转装置质量最小为优化目标,运用多目标多尺寸的优化分析,基于响应面法对回转装置进行结构优化设计。结果表明,优化后回转装置质量减小了19.7%,最大应力值降低了11.1%,达到了优化的效果。证明了基于有限元分析、参数灵敏度分析、响应面分析和多目标优化的沉井掘进机回转装置优化设计方法的有效性。

关键词：沉井掘进机回转装置参数化建模灵敏度分析响应面分析结构优化

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常规型抽油机动态仿真与关键部件有限元分析

机械设计与制造工程 2018年第10期47卷 25-29页

作者：徐光亿张力贾存千张立华韩文洁兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

以C-456D-305-144抽油机为例,运用虚拟样机技术和ANSYS软件对其进行动态仿真及关键部件的有限元分析。首先对抽油机进行运动学分析,其次应用UG软件建立了抽油机整机三维模型,在ADAMS环境中对抽油机进行动态仿真,得到了抽油机驴头悬点、... 详细信息

以C-456D-305-144抽油机为例,运用虚拟样机技术和ANSYS软件对其进行动态仿真及关键部件的有限元分析。首先对抽油机进行运动学分析,其次应用UG软件建立了抽油机整机三维模型,在ADAMS环境中对抽油机进行动态仿真,得到了抽油机驴头悬点、中心支撑处和横梁支撑处的仿真曲线图,并对仿真结果进行了分析;最后对游梁和连杆进行了ANSYS分析,得到了其应力应变云图,为抽油机结构优化设计提供了依据。

关键词：抽油机 ADAMS 动态仿真 ANSYS

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海洋石油钻机井架的模块划分方法研究

机械设计与制造工程 2017年第9期46卷 44-48页

作者：贾存千张力徐光亿张立华韩文洁兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

利用可拆卸性与权重复杂网络相结合的模块划分方法,研究了海洋石油钻机井架的模块划分。利用GN算法得到了合理的井架模块聚类效果,能够实现合理准确的井架模块划分。结合可拆卸性对井架进行了二次模块划分,得到了井架的最终模块划分结... 详细信息

利用可拆卸性与权重复杂网络相结合的模块划分方法,研究了海洋石油钻机井架的模块划分。利用GN算法得到了合理的井架模块聚类效果,能够实现合理准确的井架模块划分。结合可拆卸性对井架进行了二次模块划分,得到了井架的最终模块划分结果。划分结果与实际的结构分析较为符合,说明该方法是一种井架模快划分的有效方法。

关键词：石油钻机井架 GN算法模块划分权重复杂网络可拆卸性

基于iSIGHT机-液耦合的钻机顶驱倾斜装置优化

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机械设计与制造工程 2019年第8期48卷 21-23页

作者：韩文洁张力贾存千张立华徐光亿兰州理工大学机电工程学院

以钻机顶驱吊环倾斜装置为研究对象,使用接口技术建立基于ADAMS的机-液耦合模型,并进行仿真分析。基于iSIGHT软件建立了优化平台,使用多学科可行法优化策略对倾斜装置进行优化,采用基于遗传和梯度算法的全局Pareto探索算法得到优化设计... 详细信息

以钻机顶驱吊环倾斜装置为研究对象,使用接口技术建立基于ADAMS的机-液耦合模型,并进行仿真分析。基于iSIGHT软件建立了优化平台,使用多学科可行法优化策略对倾斜装置进行优化,采用基于遗传和梯度算法的全局Pareto探索算法得到优化设计方案,为倾斜装置设计提供了设计依据。

关键词：钻机吊环倾斜装置机-液耦合多学科可行法优化设计