机械臂式立根排放二层台强度分析.docx

机械臂式立根排放二层台强度分析.docx机械臂式立根排放二层台强度分析刘积林,周宁(大连船用阀门有限公司)摘要:二层台自动排放装置主要在井口与指梁区域之间自动往返移送和存取钻杆立根,是机械手的重要支撑平台。通过对立根排放二层台台体结构及箱体梁、斜撑的有限元建模,在钻井平台规范指导下,基于Patran/htestran软件模拟平台在传送钻杆立根过程中的受力和约束状态,从而计算出平台各结构件的应力,并对该平台的薄弱部位进行加强优化,为二层台的结构设计和强度分析提供参考,关键词:二层台;立根;有限元;强度分析1概述开采油气井时,需要不断将立根上提和下放,以达到需要的深度。这就需要在深层钻探的过程屮,在井口和排放架2间传送大最的钻杆立根。由于其操作的危险性,重复性和巨大的工作最,随肴海上钻探技术的发展,立根排放逐步实现了机械化和自动化。机械化、自动化的钻杆立根排放装置大致可以分为基柱式钻杆立根排放装置,跨桥式钻杆立根排放装置,机械臂式钻杆立根排放装置三个类其屮,机械臂式钻杆立根排放装置是将机械手安装在一个可以移动与旋转的综合机构上,然后此机构直接安装在排放架二层台上,从而实现钻杆立根的自动排放。二层台一般设置于钻台上方井架上的某个位置,从侧面支撑钻杆上部的平台。这就需要立根排放平台的牢固可靠。木文采用通用Patran/Nastran有限元软件对立根排放二层平台结构进行线弹性强度的育接计算分析,并对其进行了结构优化。,通过平台上的机械手在井口和排放架Z间传送钻杆立根。如图1为排放平台的俯视图。整个平台由两部分构成,屮间的为安装机械手的箱型梁结构,主要由两根工字梁和槽钢焊接而成,两侧为台体部分,由槽钢、角钢拼接而成。图1立根排放平台俯视图2机械手设备机械手设备安装在箱型梁结构上麻,可以在平台上单自由度前后移动,以实现需要位置的操作。在平台前端和后端即有机械手设备可以移动的限制位置。该设备具有50kN负荷的承载力,并可以自动调节手臂的长度,扩•大输送的范围。其丁•作的三维图如图2所示,侧视图如图3所示。图2立根排放的三维立体图 ,设置坐标系,根据结构的对称性特点,将坐标系原点设置在对称轴上台体方向取为x轴,箱型梁方向取为y轴,竖直向上为刁轴。按照二层台各构件设计尺寸、板厚、截面等,建立结构的三维有限元模型⑶。由于箱型梁结构较复杂,且工字梁的腹板尺寸较大,故将工字梁的腹板结构定义为板壳单元,上下两血板定义为杆单元的形式,以便于不同形式单元的组合。台体槽钢用150^200mm板单元模拟,以保证结果的准确性。模型屮各结构件的模拟单元总括如下":板壳(shell)单元:模拟台体及箱型梁的受力情况。板売单元大多采用四边形单元,在连接或变化较大处采用少量三角形单元过渡。梁(beam)单元:模拟非对称截面型材的受力情况。如角钢等。杆(rod)单元:模拟对称截面型材的受力情况。如圆柱、槽钢、扁钢(面板)等。2单位及材料属性表1计算所取的单位及材料属性单位长度质最力材料属性弹性模最E泊松比u密度卩nunKgN206000N./,整个平台由4个约束点尚定,约束详图如图5所示。约束由2个枝支点和2个交接点纽