天然气与石油.DOC

2500型压裂车主、副车架刚性匹配的探究和仿真 何 畏( 孙 宇 郑华林 王向涛 (西南石油大学 石油天然气装备教育部重点实验室，成都 610500) 摘要：本文通过理论计算来探究主、副车架相互干涉的问题，运用ANSYS Workbench模拟仿真验证了理论分析的正确性，进一步提出了一种实现主、副车架刚性匹配的解决方案，并且利用“集中力接触法”验证了方案的可行性，为压裂车底盘车架的结构改进与优化设计打下了基础。 ANSYS 中图分类号：TH122 文献标识码：A Exploration and Simulation of The Frame and Sub-frame Rigid Matching of 2500 Fracturing Truck HE Wei, SUN Yu, ZHENG Hua-lin, WANG Xiang-tao （Ministry of Education Kay Laboratory of Oil and Gas Equipment, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China） Abstract: This article through the theoretical calculation to explore the frame and sub-frame interfere with each other, using ANSYS Workbench simulation demonstrate the validity of the theoretical analysis, and further proposed a realize the frame and sub-frame rigid matching solutions, and used concentration contact method to prove the feasibility of the scheme, laid the foundation to improve and optimize the design for the structure of the fracturing truck chassis frame. Keywords: fracturing truck; frame and sub-frame; rigid matching; ANSYS 0 前言 压裂的主要设备是压裂车，它的作用是把高压大量具有一定粘度的液体挤入油层，当压出许多裂缝后，支撑剂(如石英砂等)填充进裂缝，提高油层的渗透能力，增加注水量(注水井)或产油量(油井)[1]。[4]。但是这种干涉会在它们的叠合域产生应力集中，从而加快车架的损坏。如何通过理论计算和仿真实验来探究主副大梁的干涉问题，并且提出一种实现主、副车架刚性匹配的合理解决方案，都是我们亟需解决的问题。 1 主、副大梁相互干涉的机理 在进行组合梁的计算时，一般假设主梁、副大梁弯曲后接触面仍保持处处接触，若假设主梁的曲率半径为，副大梁的曲率半径为，主、副大梁的弹性模量分别为、，主、副大梁的惯性矩分别为、。根据材料力学的弯曲理论[5]可得： （1） （2） 为了求主、副大梁所分配的弯矩和，往往还假设主梁和副大梁的曲率半径近似相等：。而主、副大梁之间的干涉机理就存在于这个假设中。实际上在进行干涉之前，主、副大梁的曲率半径并不是近似相等的，当主、副大梁的长度足够长的时候这种“不近似”是不能忽略的，如图1所示。 图1 主车架、副车架弯曲不匹配模拟图 由于2500HP型压裂车的奔驰4151二类底盘主、副车架所选用的材料均为16MnL，所以有=，若忽略横梁、联接板等附件对主车架和副车架曲率的影响，则曲率取决于弯矩和惯性矩的比值，即M/I的值。为了计算方便，利用Solidworks对主梁和副大梁的惯性矩分别作了计算如表1所示。 表1 主梁、副大梁的惯性矩 三维截面 惯性矩 主梁 ==6.8107(mm4) 副大梁 ==2.0107(mm4) 通过上面的计算得出/的值约为3.4。所以只有当主梁和副大梁所分配的弯矩的比值即同样为3.4时才能够达到主、副大梁的弯曲完全匹配的理想效果。 相关文献[6]中指出主梁和副大梁所承担的载荷之比大约为7:3，虽然此数据的计算是以主梁和副大梁的联接完全采用骑马型螺栓为基础的，但是此数据可以作为本次计算的指导依据