直线型钻井液振动筛结构设计.pdf

第 3期 总第 1 8 4期 2 0 1 4年 O 6月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEE RI NG AUTOMAT1 0N N o ．3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 3 0 1 0 2 0 3 直线型钻井液振动筛结构设计 刘 伟 ，陶德清，缪 宏 ，张瑞宏，李 祥，季亚楠 ，张钟鸣 扬州大 学 机械 工程 学院，江苏 扬州 2 2 5 1 2 7 摘 要 确定 了钻井液振动筛 的振动 类型 、振动参数 ；对振动筛 的进料斗 、减振器 、筛 网张 紧机构及筛箱等部 件 的结构进行 了设计 ，并利用 C A TI A对其零部件进行建模 、装 配。该设计方 法简化 了设 计流程，尤其 为筛 箱 的质心位置设计提供 了一种有效方法 。 关键词 振动筛 ；结构设计 ；质心 中图分类号 T P 3 9 1 ． 7 T U6 3 4 文献标识码 A 0 弓 l 言 振动筛是 目前常用 的机械设备之一 ， 主要用于脱 泥、 脱水、 筛分、 物料输送等， 在选煤 、 石油化工、 矿山、 冶金、 水利水 电等生产部 门应用广 泛l_ 1 ～ ] 。油 田钻 井 作业过程中， 振动筛通过激振电机强迫筛箱振动， 并通 过筛箱 中的筛网过滤回收钻井液中的液相 ， 实现钻井 液的循环利用_ 3 ] 。本文利用三维建模软件 C ATI A对 振动筛的总体结构及其重要零部 件进行设计 ， 旨在设 计 出一种结构合理、 适合于我国使用 的钻井液振动筛 。 1 振 动筛 振动 类型 的确 定和 实现 本文设计的振动筛为双电机 自同步直线型钻井液 振动筛 ， 它具有钻井液 的处理量 大、 工作效率 高等特 点 j 。直线振动筛振动工作原理如图 1 所示。直线型 振动筛使用两台激振电机 ， 激振轴分别为 0 、 02 ， 其偏 心块质量相等 ， 即 。 一m； 偏心半径相等 ， 即r r z r 。在坐标 系 O x y中， 设原点 O为参振部件 的质 心 。工作前 ， 两偏心块在 0。 ， 0 2 的连线 上； 工作时， 两 电机同步反向转动 ， 经 t 时刻后， 两个偏心块转过的角 度都 为 叫 ￡ 。 图 1 直线振动筛振动工作原理图 对两振动电机进行受力 分析 ， 因偏心质量和偏 心 距相等 ， 故两电机技术参数相 同。根据单个电机激振 力 F 一17 1 1 “ 0 0 可 知 ， 两 电机 的 激 振 力 时 时 相 等 。偏 心 块从 起始 位 置转过 c o t 后 ， 两 激振 器在 Y方 向产 生 的激 振力分力相加 ， 在 方 向的激振力互相抵 消。因此 ， 两激振电机产生的合力始 终垂 直平 分于 0。 与 0 2的 连线上 ， 使激振力合力通过参振部件质心 ， 实现了振动 筛参振部件在该方 向的直线运动 。图 2中给出了 4个 特殊工作位置处偏心块瞬时工作位置示意图， 可 以看 出存在的合力始终保持在 Y方向上。 位置 1 位置2 固 Q ＼ 、、‘ ．／ 、、 固 付 ； 位 ； 4 ∑ F R ∑ F ∑ F 一 ∑ F I F 2 图 2不同位置处偏 心块 瞬时工作位置示意图 该产品设计 使用 的电机 型号 为 MVE 3 5 0 O ／ l 5 L， 其技术参数见表 1 。由如表 1 所示的电机技术参数和 在 C AT I A中得到的参振部件 的总质量 ， 可计算 出振 动筛的振幅[ 5 ] ， 计算公式为 s 一 ． ㈩ 一 ‘ 1 其 中 s 为振 幅； C O为角速度 ， 一2 n n ／ 6 0 ， ， 2 为转速 ； F 为电机激振力 ； M 为参振部件总质量 。 表 1 MVE 3 5 O O ／ 1 5 L型振动 电机主要技术参数 l 激振力 N I 同步 转速 r ／ m in I 激振功率 k W I 电流 A I 重 量 k g l I 3 5 0 0 o I 1 5 0 0 I 1 ． 6 5 I 3 ． 8 0 I 2 0 8 l 在三维软件中对模型称重可得到振动筛筛框质量 收稿 E l 期 2 0 1 3 0 9 2 9 ；修 回 日期 2 O l 3 1 2 1 2 作 者简 介刘伟 1 9 8 7 一 ，男 ，湖南洞 V 1 人 ，在读硕 士研 究生 ，从事石油钻采机械研究 。 、 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 4 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 4年 第 3期 等 在 3 Ds o u r c e零 件 库 CA TI A 客 户 端 中可 直 接 调 用 。装配好的振动筛三维模型如图 1 1 所示 。 ＼2＼ 向 ． ． ． ． ． ． 1 一张紧机构 ； 2 一筛框 ； 3 一电机座 ； 4 一电机 图 9 筛 箱二维结构 一一 图 1 O 筛箱三维结构 图 1 1 振动筛三维模型 4小结 本文针对 国内钻井液振动筛情况 ， 设计出一种新 型直线钻井液振动筛 。首先采用逐步逼近法设计振动 筛筛箱的质心 ； 用 三维建模软件 C AT I A对振 动筛的 进料斗 、 筛箱 、 筛网张 紧机构、 减振器等主要零部件进 行设计 ， 最后在装配设计中对整机进行装配， 完成了直 线型钻井液振动筛 的设计 。 参 考 文 献 E l i 宋书中， 周祖德， 胡业发． 振动筛分机械发展概述及新型 振动筛研究初探[ J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 0 6 ， 3 4 4 7 3 7 5 ． [ 2 ] 郭年琴 ， 匡永江． 振动筛 国内外 研究现状 及发展 V J ] ． 技术 与装备 ， 2 0 0 9 5 2 6 2 7 ． [ 3 3 钻井液固相控制分离手册E M] ． 成都 西南交通大学出版 社 ， 2 0 1 1 ． [ 4 ] 贺鑫． 大型直线振动筛 动态仿 真研究 [ D ] ． 青岛 青岛科技 大 学 ， 2 0 0 8 1 6 - 2 8 ． [ 5 ] 李玉风 ， 李永志 ， 潘东 明， 等． 直线振 动筛运动 学参数 的确 定I- J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 3 3 3 4 ． [ 6 ] 丁智平 ， 陈吉平 ， 宋传江 ， 等． 橡胶 弹性减振元 件疲 劳裂 纹 扩展寿命分析[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 1 0 ， 4 6 2 2 5 8 6 4 ． E 7 ] 赵环帅， 张郑恺， 杨海玲， 等． 逐步逼近法在直线振动筛质 心设计和计算中的应用I- J ] ． 矿山机械， 2 0 1 1 ， 3 9 4 8 9 9 1 ． S t r u c t u r a l De s i g n o f Li n e a r Dr i l l i n g S ha l e S ha k e r L I U W e i ，TAO De - q i n g，M I AO Ho n g，Z HANG Ru i - h o n g，LI Xi a n g ，J I Ya - n a n，Z HANG Z h o n g - mi n g Co l l e g e o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g．Ya n g z h o u Univ e r s i t y，Ya n g z h ou 2 2 5 1 2 7，Ch i n a Ab s t r a c t Th e v i b r a t i o n t y p e a n d v i b r a t i o n p a r a me t e r s o f a l i n e a r d r i l l i n g s h a l e s h a k e r a r e d e t e r mi n e d ． Th e f e e d e r ， t h e r u b b e r v i b r a t i o n d a mp e r ，t h e t e n s i o n i n g me c h a n i s m a n d t h e s c r e e n f r a me o f t h e l i n e a r s h a k e r a r e d e s i g n e d ．Th e c o mp o n e n t s a n d p a r t s o f t h e l i n e a r s h a k e r a r e mo d e l e d a n d a s s e m b l e d b y CATI A．Th e d e s i g n me t h o d s i mp l i f i e s t h e d e s i g n p r o c e s s ，e s p e c i a l l y f o r t h e d e s i g n o f t h e c e n t e r o f m a s s o f s c r e e n f r a me ． Ke y wo r d s s h a l e s h a k e r s ；s t r u c t u r a l d e s i g n；c e n t e r o f ma s s 上 接 第 1 0 1页 在计算装机总功率时 ， 需考虑收管 放管 满载恒 转速功率 、 满载加速 减速 功率 、 转动部件加速 减速 功率。收管时是电动机在做功 ， 放管时则 通过 电机发 电并将 电力 输入 到 船 上 的 电 网 中 。因此 在 计 算 时 ， 收 管所需的功率取正值 ， 放管时发电产生的功率取负值。 另外 ， 线缆摩擦 因数 由客户根据所需铺设 的线缆 来确定 ， 该因数不同， 四个挤压油缸所需提供的力将相 差很大。举例说 明， 1 0 0 t 张紧器， 线缆摩擦 因数分别 是 0 ． 1 5和 0 ． 0 9时 ， 所需挤压油缸提供的挤压力分别 是 1 6 7 t 和 2 7 8 t 。在设计 张 紧器 时需 考虑张 紧 器履带 上橡胶板与铺设的线缆要有足够 的接触面积以保证不 超 过线 缆允许 的最大 接触 应力 。 3 结 语 本文对 四履带铺管张 紧器 的结构组成进行 了介 绍 ， 分 析 了计 算 的方 法 以及 注 意 点 。希 望 通 过本 文 的 介绍能对国内从事张紧器研发设计的工程人员起到指 导和帮助的作用。 参考文献 [ 1 ] 成大先． 机械设计手册[ M] ． 第 5版． 北京 化 学工业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． De s i g n o f Te ns i o n e r wi t h Fo u r - t r a c k f o r Pi pe - l a y i ng CHEN Don g S h a n g h a i Zh e n h u a He a v y I n d u s t r i e s Co ． ，Lt d ．，S h a n g h a i 2 0 01 2 5， Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r p r o v i d e s a n i n t r o d u c t i o n t o t h e u s e f u l n e s s o f t h e t e n s i o n e r f o r p i p e l a y i n g i n t h e f i e l d o f o c e a n e n g i n e e r i n g， d i s c u s s e s t h e c o mp o n e n t s o f t e n s i o n e r a n d t h e c o n n e c t i o n r e l a t i o n s h i p o f e a c h p a r t c o mb i n i n g wi t h 3 D mo d e l o f t e n s i o n e r wi t h f o ur - t r a c k，a nd a na l y z e s t he i s s ue s wh i c h ne e d t o c ons i d e r r e s p e c t i ve l y du r i ng op e r a t i o n c on di t i on a nd s ur vi v a l c on di t i on o f t e ns i o ne r ． Co mb i n i n g wi t h a s p e c i f i c d e s i g n p a r a me t e r s ，t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n c r e t e i s s u e s i n d e s i g n o f t e n s i o n e r ． Ke y wo r d s t e n s i o n e r wi t h f o u r - t r a c k；p i p e - l a y i n g ；d e s i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m