修井机卡瓦重要承载部件的有限元分析.pdfVIP

学兔兔 第2期(总第 171期) 机 械 工 程 与 自动 化 N0．2 2012年 4月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION Apr． 文章编号：1672—6413(2012)02—002903 修井机卡瓦重要承载部件的有限元分析 金嘉琦 ，刘青松 ，洪明东 ，李 岩。 (1．沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870；2．辽河油 田公司．辽宁 盘锦 124010~3．辽 沈工业集团有限公司，辽宁 沈阳 110045) 摘要：研究井设计了不压井修井机卡瓦的基本结构，得出了卡瓦所能占用的最大空间、夹紧管柱所需的最大 摩擦力及气缸所需要提供的最大支持力 通过有限元软件对卡瓦重要承载部件进行分析 ，得 出卡瓦体与管柱 的最大变形量和最大许用应力。 关键词：卡瓦；管柱；有限元分析 中图分类号：TG75：TBII5 文献标识码 ：A 0 引言 卡瓦牙直接与管柱接触 ，因此在管柱圆周通常会有间 卡瓦是在不压井修井作业中起下管柱时的重要夹 隙。本文设计的卡瓦结构示意图如 图 1所示 ，由4片 紧工具。现有的通用卡瓦机构 由于结构尺寸大 、适应 卡瓦体构成，这样包角的增加使卡紧更可靠。 范围小等因素不能满足车载式不压井修井作业的结构 与功能要求。本文对卡瓦设计提出了新方案，并通过 有限元软件对卡瓦重要承载部件分析得出卡瓦各部件 0 的最大许用应力、最大位移量，为卡瓦结构优化提供了 1． 理论基础 。 l 卡瓦的基本结构 卡瓦设计 的最大要点是卡瓦的垂直高度 只有 《 300mm，却要承受重达 30t的管柱。卡瓦的基本结 构是卡瓦体与移动块相连接 ，液压缸通过缸座固定 ，另 图 l 卡瓦结构示意 图 一 端通过 曲柄与凸轮连接。当液压缸通过曲柄带动凸 2 卡瓦体夹紧管柱的基本条件 轮逆时针转动时，凸轮的宽面顶到移动块上，由窄面移 由卡瓦的工作原理可知，卡瓦体靠 凸轮施加的夹 动到宽面可以实现卡瓦横 向2OITlm 的行程 ，这样就可 紧力和卡瓦体与移动块之间的摩擦力形成的自锁共同 以实现卡瓦对管柱的夹紧。卡瓦体背锥面的锥度与移 作用来将管柱夹紧。因此，管柱能够被夹紧的关键是 动块内锥面锥度相同，均为 1：3，当管柱下行时带动卡 卡瓦牙与管柱之间摩擦系数的大小。图2为上提卡瓦 瓦体继续下行将管柱彻底夹紧，从而实现卡瓦体与管 机构的受力分析图。其 中， 为油管和卡瓦体产生的 柱的 自锁。当液压缸通过 曲柄带动 凸轮顺时针转动 摩擦力 ，F =flN，N为油管对卡瓦体的压力，^ 为卡 时，凸轮由宽面移动到了窄面，同时通过凸轮轴和移动 瓦与管柱之间的摩擦系数 ；F葩为卡瓦体与移动块产生 块之间的钢丝将卡瓦体向远离管柱 的方 向移动 ，最终 的摩擦力 ，F 一 N。，Nz为移动块给卡瓦体 的压力， 将管柱松开。当管柱给卡瓦体很大 的压力时，由于凸 ，2为移动块和卡瓦体间的摩擦系数 ；G为管柱的质 轮宽面是平面，因此将卡瓦体施加给凸轮的作用力直 量。要使卡瓦体能够上提应满足如下关系： 接施加到凸轮轴上，这样当液压缸突然停止工作时卡 ≥ sina+N2cos口 。 …………………… (1) 瓦也可以将管柱夹紧。由于卡瓦体上固定有卡瓦牙， 其