液压油管钳夹紧钳口设计与计算.pdf

2 O 1 0 3 9卷 第 1期第 6 3页 fi tI矿 场机 械 OI L F I ELD E QUI I ’ MENT 文 章 编 号 1 O0 1 3 4 82 2 01 0 01 0 0 63 03 液 压油 管钳 夹紧钳 口设计 与计 算 赵军友 ， 孙培先 ， 娄 晖 ， 王旱祥 巾国行汕火学 华东 机电一 f 程学 院， 山东 尔营 2 5 7 0 6 1 摘要 液 压 油管钳 钳 12 设计 是 最 关键 也 是 最复 杂 的 问题 之 一 。设 计 了新 型钳 E l ， 并在 分析 夹紧 系统 几何 关 系的基 础 上 ， 给 出 了求 解坡板 曲率半 径 的 方法 ， 即利 用 几何 三 角形 关 系列式 求解 ， 使设 计 更 加 精 确 ， 夹 紧安 全 可 靠。应 用 C AD软 件模 拟钳 1 1 松 开与 夹 紧状 态验证 计 算 结 果 ， 确保 油管 能 够被 夹 紧， 并 能顺利 进 出钳 口。 关 键词 油 管钳 ； 夹 紧 系统 ； 坡板 ； 曲率 半径 ； 牙板 中图分 类号 T E 9 3 4 ． 9 0 2 文献标 识 码 A De s i g n a nd ， Ca l c u l a t i o n o f Gr i p Ope n i n g i n Hy d r a u l i c Tu b e To ng s ZHAO J u n Y 0 U， S UN P e i x i a n， I OU Hu i ， W ANG Ha n x i a n g C o l l e g o ／M h a n i c a [a n d El e c t r o n i c En gi n e e r i n g， i n a Un i v e r s i t y o _， ’ Pe t r o l e u m ， Do n g yi n g 2 5 7 0 6 1， Ch i n a Ab s t r a c t The de s i g n of t he g r i p o pe n i ng i n hy dr a ul i c t ub e t o ng s i s on e o f t he mo s t i m p or t a nt a n d c o mp l i c a t e d p r o c e d u r e ．Th e me t h o d o f c a l c u l a t i o n 0 f C u r v e d i a d i u m o f t h e s l o p b o a r d wa s p u t o u t o n t h e b a s e s o f a n a l y z i n g g e o me t r i c r e l a t i o n o f t h e g r i p s y s t e m，i ． e ．g e f t i n g t h e r e s u l t b y f o r mu l a t i o n us i n g t r i a n gl e g e o m e t r i c r e l a t i on，whi c h m a de t he d e s i gn mo r e a c c ur a t e a nd gr i p m o r e r e l i a b l e ．Th e c a l c u l a t i o n r e s u l t wa s v e r i f i e d b y u s e o f CAD s 0 f t wa r e t o s i mu l a t e t h e l o o s e a n d g r i p s t a t us，f o r e n s u r i ng t he t u be t o b e c l umpe d t i gh t l y a nd mov e d Ou t e a s i l Y ． Ke y wor d s t u be t o ngs ； gr i p s ys t e m ； s l o p b o a r d； c ur v e d r a d i u m ； C l a w 液压 油 管 钳 是 油 出修 井 时 上 卸 油 管 的 专 用 机 具 ， 能大 大 降 低 T 人 的 劳 动 强 度 ， 提 高 修 井 作 业 效 率 。 目前使 用 的油管 钳钳 口打滑及 油 管被 咬伤 一 直 是 油管钳 存 在 的关键 问题 之一 。油管 被 咬伤 主要 是 牙板 打滑 所致 ， 这 个 问题涉 及 到很 多 因素 ， 例如 钳 牙 板 的牙形 与 布置 、 坡板 的坡 角设 计 与切径 比 、 钳 口变 形大 、 摩擦盘初始摩擦 阻力 的调定等 。为了解决这 一 问题 ， 在对 钳 口夹 紧 系统 进 行 研 究 的 基 础 上 ， 提 出了新 的钳 口夹 紧结 构 。 1 新型油管钳钳 口设计 新 型 钳 口结 构 如 图 t ， 将 原 来 的 2个 牙 板 1 8 0 。 对央 油管 方式 改 为 3个 牙 板 0 。 均 匀 抱 夹 ， 即 采用 1 块 固定 牙板 和 2块 活动 牙 板来 改 善 油 管表 面的 受 力及被咬伤状况。由于油管对钳 口的反作用力被 3 个分力 承担 而 大大 减小 ， 因而钳 口的变形 也小 ， 不 易 打 滑 。 为 了减 小 油管 钳 的 体 积 ， 在 3牙 板 的基 础 上取 消 原结 构 中 的牙 板 架 ， 将 牙 板 改 为 可 以 自动 调心 的 圆柱形 直接 安装 在 杠 杆 上 ， 使 得 夹 紧 钳 头 的 尺寸 减 少 1 0 左 右 ， 从 而保证 油 管钳体 积 小 ， 质 量轻 。 2 坡板坡 形设计与几何尺寸计算 坡 板设 计 非 常 关 键 ， 其 形 状 和坡 角 直 接 关 系 到 切径 比 、 爬 坡 速度 、 能 否 夹 紧油 管 而不 打 滑 、 牙 板 定 心精 度 等 。为 了保 证 每 个 爬 坡 位 置 的切 径 比都 相 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 l 7 ， 作者简介 赵军友 1 9 6 3 一 ， 男， L I I 东菏泽人， 剐教授 ， 硕士 ， 1 9 8 ．1 年毕业于中国石 油大学， 主要从事石油机械和工程图学方 而的科研 教学 _ L 作 ， E ma i l Z h a o j y h d p u ． e d u ． c n 。 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 0 年 1 月 等 ， 理论上坡板的坡面曲线应为双对数螺旋线， 但该 曲线 制造 比较 困难 ， 所 以大多用 圆弧 曲线代替 。上 、 下 2 块 坡板及 动牙板 夹 紧时 的几 何关 系如 图 2 。 图 1 新型钳 口结构 ／ 图 2坡 板 夹 紧 位 置 几何 关 系 2 ． 1 爬 坡位 置 如图 2 ， 0 为钳口回转中心， O 为坡板 圆弧曲线 的圆心 ； O 、 O 、 O 3分 别 为 三 角 形 杠 杆 的 3个 连 接 点 ， 0 与 半 圆形 杠 杆 架 连 接 ， 0。与爬 坡 滚 轮 连接 ， 0 s 与牙板 连接 。 在△ 00 A 中 ， 由正 弦定理 得 S i‘ n 一 s i n 1 口 一 亍 1 A 式中旧为坡角 ， 对于设计好 的坡板 是定值 ， 所以 只是J8的函数 ， 当 一9 O 。 时， a取最大值 。 A点 前 、 后 坡角均小 于此 时 的坡 角 ， 设 计 时只要 保证此时夹紧不打滑 ， 其他位置就不会打滑 ， 所以将 A点设为爬坡位置设计基准点 。实际使用时由于油 管本身制造的椭圆度以及磨损造成 的不 圆度等 因 素 ， 爬坡 位置 可能在 A 点之 前或之 后 。 2 ． 2 初 始尺 寸 如 图 2 ， 杠 杆 尺 寸 为 0 0 2 6 5 mm， 0 l 0 3 02 O3 4 3 mm， ∞ 1 8 5 mm， 。2 A一1 8 mm。 夹 紧时o [ 3 5 0 mm， 坡 角 a 一1 0 。 2 ． 3 几何 尺寸计 算 在△o 2 3 中， 根据余弦定理得 0 0 一 O 一 0 0z ■ ‘ 一一 2 O1 02O1 o3 2O1 03 a 1 4 0． 9 0。 在△0 1 0 0 3中， 根据余弦定理得 C OS。 一 一． 89 9C OS U 3 a 一 - ． 2 O O O 口 z一 2 5． 9 3 。 OOl o2一 l 口 2 6 6 ． 83 。 在△O O I 中， 根 据 余 弦 定 理 求 出 0 o 2 8 4 ． 2 8 mi i ] 。 在△0 0 2 A 中， 根据余弦定理得 0 0 l 一 2 A O A 一2 0 A O A C O S口 解方程得出O A1 0 2 mm 在 直角 三角形 △O 0A 中 ， 0 O A一9 0 。 一 一 1 04 m m COS C OS 上U 即坡 板 的曲率半 径为 1 0 4 mm。 3用 C A D 软件验 证夹 紧状况 为了检验上述计算的正确性， 以保证 2个动牙 板 同时夹紧 油管 ， 用 C A D 软件进 行校验 。图 3为用 图 3钳牙板松 开状态模拟 2 0 1 0年 第 3 9卷 第 1 期第 6 5 页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I E LD EQUI PME NT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 0 0 1 0 0 6 5 - 0 3 注气 阀设计 计算及有 限元分析 程心平 ， 姚 智翔 ， 牛贵锋 中海油 能源 发展股份有限公 司 采油 技术 服务分公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 摘 要 对 注 气阀进行 了总体 设计 ， 用 S OL I D1 8 5单元 建 立 了阀和 阀座 的有 限元模 型 ， 分析 了 阀座 和 阀杆 的应 力和 变形 。 关键词 注 气阀 ； 设计 ； 有 限元 分析 中图分 类 号 T E 9 3 4 ． 4 0 2 文献 标识 码 B De s i g n Ca l c u l a t i o n o f S u c t i o n Va l v e a n d Fi n i t e El e me n t An a l y s i s CH ENG Xi n pi n g， YAO Zhi xi a ng， NI U Gui f e n g Oi l fi e l d Te c h n o l o g y S e r v i c e s Co ．， CNOOC En e r g y Te c h n o l o g y Se r v i c e s Co ． ， Lt d． ， Ti a n j i n 3 0 0 4 5 2， Ch i n a Ab s t r a c t Suc t i o n v a l ve we r e de s i g ne d，SOI I D1 8 5 e l e me n t wa s us e d t o s e t u p t h e f i ni t e e l e me n t C AD软 件模 拟 的钳牙 板松 开状 态 ， 双 点划 线为 开 口 齿 轮 轮廓 ， 用 以检 验 油 管 是 否 能 够 顺 利 进 出钳 口。 图 4为开 口齿轮 与 坡 板旋 转 4 5 。 时滚 轮 随 之爬 坡 后 的夹 紧状态 ， 检 验 牙 板 是 否 能 够 夹 紧 油 管 。 由 图 3 ～ 4可 以证 明坡板 的设 计 计 算 是 正 确 可 靠 的 ， 系 统 设计能够保证松开时油管 自由进 出， 旋转后 油管被 牢靠 夹 紧 。 图 4钳 牙 板 夹 紧 状 态 模 拟 4 结 论 1 通过 分析 现 有 油 管 钳 的 问题 ， 提 出 了新 型 钳 口结构设 计 和坡 板 的设 计 方 法 ， 并 给 出 了安 全 可 靠的爬坡位置设计基准点和精确计算坡板 曲率半径 的方法 。 2 用 C AD软 件模 拟钳 牙 板松 开 与夹 紧 2个 位 置来 验证 计算 结 果 ， 该 方 法 比制做 作模 型验 证 的 办 法简单 实 用 ， 精 确 可靠 。 参 考 文 献 [ 1 ]张洪生 ， 于吴 ， 赵金 峰． 铁钻 工 的现状 与展 望E J ] ． 石 油矿 场机械 ， 2 0 0 8 ， 3 7 1 1 2 1 6 ． E 2 ]王旱 洋 ， 于艳艳 ， 苗 长 山． 液压钳 对油 管螺 纹粘连 影响 的有 限元 分析及措施[ J ] ． 石 油矿场机 械 ， 2 0 0 7 ， 3 6 8 1 8 21 ． [ 3 ] 王文智 ， 张根旺 ， 党兰焕 ， 等． 钻杆动力钳的设计缺 陷及 使用 中存 在 的问题 [ J ] ． 石 油矿 场机 械 ， 2 0 0 5 ， 3 4 1 95 96 ． [ 4 3 刘常福 ， 宋 开利 ， 张震海 ， 等． 自动化液压 动力 大钳 [ J ] ． 石 油 机 械 ， 2 0 0 2， 3 0 9 6 1 - 6 2 ． 收 稿 日期 2 0 0 9 0 7 0 6 作者 简介 程心平 1 9 6 8 一 ， 男 ， 山西汾阳人 ， 高级 工程 师 ， 1 9 9 0年毕 业于 西安石 油学 院矿机专 业 ， 长期从 事采油 工艺 和井 下工具开发研究 ， E ma i l c h e n g x p e n o o e ． c o m． c n 。