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随着现代钻井工艺技术的发展,钻井泵要适应特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的要求,必将进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进。同时作为野外重要设备,其十分恶劣的工作条件和异常复杂的工况也对钻井泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求。动力端作为钻井泵的重要组成部分,同样对其结构和工作性能的要求也越来越高。因此,研究钻井泵动力端结构并设计出合理的动力端结构势在必行。
本文首先分析了F-1300钻井泵的工作原理、国内外应用状况、发展状况,进而分析了F-1300钻井泵动力端的重要性—动力端的主要作用是变主轴的旋转运动为活塞的往复运动,同时传递动力和减速。动力端的结构合理性直接影响泥浆泵的工作状况。为提高整体钻采效率,设计效率高、稳定性强、结构合理的泥浆泵非常重要。
接着本文结合收集到的现有的大量相关设计方法,对F-1300钻井泵动力端各个零部件的进行了运动学和动力学的受力分析,重点对动力端的主要部件曲柄、连杆、曲轴的受力状况,结构强度仔细进行了定性分析。然后结合分析结果给出了连杆和曲轴的相关详细数据,根据设计数据,详细定量计算出了所受各力的大小方向,并利用大型计算软件MATLAB编程计算求解出各力值,根据编程求解结果绘制出了与连杆及曲轴相关联的各个部件的受力变化的曲线图。针对受力状况比较复杂的曲轴、连杆,又利用经典力学理论—第四强度理论—逐一进行了详细的强度校核。
最后为了更准确形象的观察到曲轴及连杆的应力和应变情况,本文利用大型有限元软件ANSYS对曲轴、连杆采用较为合理的网格划分形式,分别对其进行网格单元划分;同时按照曲轴及连杆的实际工作情况分别对它们施加约束和加载,接着进行了静力学分析,利用有限元分析结果和经典力学分析及现场工作情况的对比,进一步验证了本文设计参数的合理性。因此,本文的研究对企业的发展具有一定的参考价值。