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游動滑車結構設計及強度有限元分析

發布于:2022-06-16 20:30
有限元分析

      游動滑車,是鉆機起升系統的重要組成部分。它與天車、大鉤、水龍頭等配套使用。在鉆井過程中,主要用于懸吊和起下鉆柱桿、更換鉆頭、下套管等作業。目前廣泛使用的YC450游車基本上都是PSL1級,且結構形式基本相同,大多采用在受力側板上焊接耳板的結構,焊縫多采用角焊縫。這種結構易于滿足API 8C PSL1級對焊縫的磁粉探傷要求,且不需進行超聲波探傷。而API 8C PSL2級要求所有的焊縫需進行磁粉及超聲波探傷,受探傷條件要求,焊縫盡可能采用全熔透焊縫,而對于游車側板而言,鋼板厚度較大,實現全熔透焊縫比較困難,焊接費時費力,焊縫質量很難保證,焊縫的超聲波探傷不易實現,也不能滿足API 8C PSL2級質量要求。
      基于此,對常規游車的結構進行了改進,設計完成了符合API 8C PSL2級質量要求的新型游車結構,建模有限元分析計算結果表明,強度滿足ASME規范要求。
      YC450游車結構主要山吊梁、滑輪、滑輪軸、左側板組、右側板組、提環座、連接銷、提環、提環銷等組成。
      最大鉤載:4500kN;滑輪數:6;滑輪外徑;鋼絲繩直徑:38 mm;外形尺寸(長x寬x高:3110 mmx1600 mmx920 mm;理論重量:8709 kg。
      新型YC450游車摒棄了側板焊接耳板來連接主要受力零件的結構,采用高強度材料的整體鑄造的提環座結構,提環座安裝在左右側板組之間下部,用2個連接銷貫穿側板組牢固地連接,提環銷的一端用開槽螺母及開口銷固定,方便拆卸。提環上2個提環銷牢固地連接在提環座上。提環與大鉤連接部分的接觸表面半徑符合API規范。提環銷的一端用開槽螺母及開口銷固定,當摘掛大鉤時,可以拆掉游動滑車的任何1個或2個提環銷。這種結構不但保證了游車整體結構的穩定性,而且更易于進行磁粉和超聲波探傷,滿足API 8CPSL2級要求。
      該YC450 游車滑輪軸采用空心光軸結構,兩端用壓板壓緊,螺栓緊固。結構簡單,加工方便、經濟。而在軸縱向中心部位鉆有6個潤滑通道,與6個軸承的單獨潤滑油道相對應連通。這種潤滑方式結構簡單,實現了軸承的獨立潤滑,保證了游車在使用過程中良好的潤滑效果,大大減少了游車的檢修維護周期。
      為防比泥漿等污物進入游車內部,在游車兩側裝有護罩。護罩通過護罩銷及絲堵與左右側板連接起來。為防鋼絲繩跳繩,在左右側板組上還焊有下護板,保證鋼絲繩安全工作。
      根據API 8C規范的相關規定,該游車的主要承載件有:左右側板組,滑輪軸,提環座,提環,提環銷,滑輪。山于吊梁等其他附件在游車分析中不承受主要載荷,故在此將其做一些簡化處理。UG NX軟件在建模過程中有其特殊的靈活性和便利性,故通過該軟件對YC450游車建立三維模型。而后將此三維模型導入ANSYS分析軟件進行整體受力分析,再采用ASMEV10標準對分析結果進行判定。根據ASME規范中的應力分類理論,應力云圖中最大應力點的等效應力是山一次薄膜應力、一次彎曲應力、二次應力和應力集中引起的峰值應力肴加而成。危險截面為過最大應力點、沿破壞趨勢最明顯的截面,此截面的薄膜應力、彎曲應力、薄膜應力+彎曲應力和總應力應分別滿足公式要求。
      將YC450游車主要承載件在裝配模式下進行有限元分析,該游車為左右對稱結構,為了減少計算單元,減少解方程的個數,節省計算時間,取1/4模型進行分析計算。其中,實體網格劃分選用三維實體單元SOLID186,SOLID187,在互相接觸的部位采用接觸單元CONTA174,TARGE170。網格劃分后共劃分單元數為41886,節點數為158949。對有限元模型進行檢查,顯不無失敗單元,所以網格劃分成功。


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