双滚筒绞车

双滚筒绞车（精选三篇）

双滚筒绞车篇1

绞车是钻机的核心部件,而滚筒体又是绞车的关键部件。绞车作业时,滚筒体通过缠绕的钢丝绳承担着钻机的最大钩载载荷,急刹时,在滚筒体和盘刹相接处会产生冲击载荷,因此滚筒体的安全性能至关重要。近年来,许多国内外专家和学者利用有限元分析技术对绞车进行了仿真研究,本文以某公司生产的ZJ50绞车为例,对其滚筒体进行建模分析,为滚筒体的校核和优化提供依据。

1滚筒体有限元建模

利用SolidWorks软件建立滚筒体的三维实体模型并导入到ABAQUS软件中。滚筒体材料为ZG35CrMo,其弹性模量E=210GPa,泊松比μ=0.3。

2滚筒体受力分析

在ZJ50钻机作业时,当绞车达到提载极限,滚筒受到的力为最大快绳拉力。在下钻过程中,快绳拉力对滚筒壁产生的载荷有弯矩M弯、扭矩M扭以及缠紧的钢丝绳对筒壁的外压力P1。前两种载荷产生的应力很小,可重点考虑外压力P1。在下放钻柱结束刹车时,滚筒不仅受到钻柱的拉力,还受到盘刹的最大制动力矩Mmax。

最大钩载时作用在滚筒体上的外压力P1为:

其中:Pmax为最大快绳拉力,Pmax=340kN;D筒为滚筒直径,D筒=0.685 m;Δ为钢丝绳直径与排绳间隙之和,Δ=0.037m;A为多层缠绕经验系数,取A=2。

将相关数值代入式(1)计算得:P1=53.66 MPa。

滚筒轴承受的最大扭矩M扭为:

将相关数值代入式(2)计算得:M扭=116 450N·m。

下钻终了刹住钻柱的最大制动力矩Mmax为:

其中:M静为快绳拉力产生的扭矩,M静=M扭=116 450N·m;β为动载系数,取β=2.5。

将相关数值代入式(3)计算得:Mmax=291 125N·m。

3有限元分析结果

对滚筒体进行有限元分析,得到的结果如图1~图3所示。由图1和图2可知,滚筒体的最大Mises应力为355.8 MPa,最大形变为0.42mm。

为了保证绞车零部件拥有足够的强度,根据Von Mises-Hencky理论,其在载荷条件下的工作应力不能超过最大许用应力σallow和最大许用切应力τallow:

其中:σs为材料的屈服强度,MPa;S为设计安全系数。

由图1可知,滚筒体的最大Mises应力为355.8MPa,发生在两端的加强筋基部。滚筒体的材料屈服强度为370 MPa,考虑到滚筒内壁即使发生局部塑性变形,滚筒仍能正常工作,从经济效益考虑,在特殊情况下取安全系数S≥1[1]。滚筒体的σallow=370MPa>355.8 MPa,因此滚筒体的最大Mises应力在许用应力范围之内。

由图3滚筒体的切应力云图可知,其最大扭转切应力τmax=141.8 MPa<τallow=0.58·σallow=214.6 MPa,说明滚筒受到刹车冲击载荷时,不会因为载荷过大而发生剪切破坏。

滚筒体的最大扭转变形云图如图4所示。由图4可知,滚筒体最大扭转角θmax=0.000 08rad,而滚筒的允许扭转偏角[θ]=0.001rad,所以扭转变形在允许范围以内。

4设计优化建议

利用ABAQUS软件的拓扑优化模块对滚筒体进行优化。优化目标是应变能越小越好,重量减少10%,最大Mises应力不允许超过许用应力;几何约束冻结区域为滚筒壁和螺栓孔。经过10次迭代的滚筒体最大应力云图如图5所示。

滚筒体的优化过程中最大Mises应力有增大的趋势,第10次迭代的最大Mises应力达到358.7 MPa,但在允许范围之内;应变能随时间步的增大而上升,但是增量不大;体积随时间步的增大而下降,最终达到原来体积的90%。由此可见,对滚筒体结构优化后,体积减少了10%,其性能仍满足目标要求。

5结语

在综合考虑滚筒体最大工况载荷的条件下,应用ABAQUS软件对ZJ50绞车滚筒体的强度和刚度进行了校核计算。结果表明:滚筒体设计符合API要求。最后利用ABAQUS的拓扑优化模块对滚筒体的结构设计提出了优化建议。

摘要：运用ABAQUS软件建立ZJ50绞车滚筒体的有限元模型,在绞车提载、下钻和下钻急刹情况下对滚筒体进行静力学分析,结果表明:设计的滚筒体满足API要求。利用拓扑优化模块对滚筒体的结构设计提出优化建议。

关键词：ABAQUS,有限元,绞车,滚筒

参考文献

[1]陈如恒,沈家骏.钻井机械的设计计算[M].北京:石油工业出版社,1995.

[2]刘洪文.材料力学I[M].北京:高等教育出版社,2011.

[3]秦少军,李飞舟,沈立.JC40石油钻机绞车滚筒体的有限元分析[J].新技术新工艺,2012(8):10-12.

[4]刘立美,焦爱胜,严慧萍,等.基于ABAQUS的提升机箱体有限元分析和结构拓扑优化设计[J].矿山机械,2013,41(9):52-55.

[5]管锋,段梦兰,徐峰.海洋钻修井机绞车滚筒有限元分析及优化设计[J].起重运输机械,2011(10):72-75.

双滚筒绞车篇2

安全技术措施

编写：刘文海

运输队：主任工程师：

生产部：

安全技术部：

机电副总：

总工程师：

审批：

双滚筒绞车钢丝绳调头（排绳）安全技术措施

1、所有工作人员，须参加班前会议学习，认真听取工作安排，措施学习必须签名，必须服从工作负责人的安排，每项工作必须向负责人汇报。

2、工作时，斜井上，下均设专职信号工各一名，绞车司机2名，一人工作，一人监护。

3、工作前，由绞车维护工和绞车司机共同配合，调节自动压力为4mp

4、活滚筒、钢丝绳调头、排绳时，由下部信号工给主绳挂4个重车，下部信号工挂好钩后，电话向负责人汇报后打转发点，由上部信号工向绞车房打点提升。

5、钢丝绳调头，新绳绳头用绳卡打在旧钢丝绳上拉入绞车房，绳卡必须打在新绳绳头，具绳头不超过100mm（2m绞车新绳头可由人工拉入绞车房）。

6、钢丝绳在滚筒内固定时，必须检查绳孔及锁绳装置，绳孔不得有锐利的边缘，并且要擦干绳上的油迹。其中要打鱼鳞扣，钢丝绳插入滚筒锁绳卡的长度不小于600mm。用锁紧螺母紧固。绳头伸出部分用一个钢绳卡子锁紧，作为锁紧螺母的后备保护，人站在滚筒内锁绳时，应关闭制动油泵，将电源总开关断开，在操作手柄上悬挂“有人工作，禁止合闸”的标志牌。

7、上部车场锁绳所用钢绳直径不小于18.5毫米，每次使用前，绳检工应认真按照绳检标准检查。应用与钢丝绳配套的绳卡固定，锁绳绳卡不少于5个，其中打鱼鳞扣绳卡2个，均必须紧固，受力均匀，绳卡位置也要均匀，最后一个绳卡距锁绳绳头不少于600毫米。

8、排绳时，在锁好上部车场锁绳后，用转动滑轮悬挂8辆煤车放入斜井缓慢下放，绞车运行速度不超过1.8米/秒。

9、调头、排绳时，钢丝绳在滚筒上留5——6圈，在维护工的指导下，在上部车场用钢丝绳套锁住活绳后，用人力吐出最后的余绳。排绳时将滚筒余绳（不少于3圈）用人力排在滚筒一侧。

10、在负责人的指挥下，绞车缓慢运行，用人力将钢丝绳排在滚筒上，要求排列紧密、整齐。

11、在排绳工作中，当需要单滚筒负力下放运行时，司机必须投入动力制动。

12、绞车司机在遇到下列情况时，必须立即断电，实行紧急安全制动。

（1）主要部件失灵。

（2）加、减速期间出现意外信号。（3）接近井口不能减速。

13、井上、下信号工注意观察矿车运行位置，特别是排副绳时，主绳不能超过上部人车库的道岔，上部信号工所挂煤车的数量，不能超载。

14、调绳工作结束后，必须重新核对深度指示器位置及绞车后备保护。

15、绞车司机必须严格遵守操作规程，上、下信号工在排绳期间必须阻止任何人员进入斜井，上部车场锁好绳打开副滚筒离合后，工作负责人必须检查是否紧固到位，副滚筒必须加机械电器闭锁（2m绞车1HK置于调绳位置，2.5m绞车6HK合上）。

16、排绳时，该绳挂煤车8辆，工作之前应检查主滚筒的主轴瓦并且注油。