动力开合吊卡的平衡分析与研究(论).pdfVIP

石 油机械 201 CHINAPETROLEUMMACHINERY 1年第39卷第6期 一29一 ●设计计算◆ 动力开合吊卡的平衡分析与研究+ 高 胜1 孙 冠1 常玉连1 任福深1 陈 玉2 (1．东北石油大学机械科学与工程学院2．大庆油田有限责任公司第九采油厂作业大队) 摘要 自动开合吊卡在使用过程中吊卡重心的改变会引起吊卡的摆动，影响正常的抓取管柱 操作，需对其添加摆动平衡装置。提出的摆动平衡装置是由弹簧缸筒组成的连杆机构，依靠弹簧 力来减小吊卡的摆动，并使吊卡停止摆动时保持较小的倾斜角度。同时应用Solidworks软件对添 加摆动平衡机构后的吊卡进行运动仿真，确定其弹簧刚度及阻尼系数。结果认为，添加弹簧刚度 为80N／mm、阻尼系数为0．6的摆动平衡机构，吊卡向后摆动的最大角度与向前摆动的最大角度 s 之和从12．0。减小到3．3。，摆动结束时的倾斜角度从6．100减小到1．250，吊卡的摆动时间从27 缩短到6．5s。 关键词 吊卡 摆动平衡装置 运动仿真 弹簧刚度 阻尼系数 0 引 言 1 结构与原理 吊卡是修井作业施工中的重要设备之一。目 1．1 整体结构 前，大部分修井队在施工过程中采用传统吊卡，在 可自动开合吊卡整体结构如图1所示，由后 工作过程中要靠岗位工人往复搬动，劳动强度较 座、卡爪、摆动平衡机构及翻转机构等组成。 大，且自动化程度较低，不符合人性化设计要求， 于是出现了可自动开合吊卡。由于吊卡通过吊耳连 接在吊环上，不是固定连接，所以在卡爪开合时， 吊卡重心的改变会引起吊卡的摆动，影响正常的抓 取管柱操作。因此，需要对其添加摆动平衡装置， 将其摆动幅度减小到准许范围内，使吊卡可以正常 工作。 摆动平衡装置可分为主动型和被动型，主动型 平衡装置依靠液压缸提供动力，推动吊卡，防止其 摆动；被动型平衡装置是在吊卡上添加配重，使吊 图1 可自动开合吊卡整体结构示意图 卡重心保持在几何中心，并增大配重与卡爪的质量 l一吊环；2一摆动连接块；3一摆动壳体；4一连接板； 比，减小卡爪在摆动时重心的变化。笔者提出的摆 5一弹簧缸筒；6一连杆；7一摆块；8一后座；9一开合 动平衡机构是由弹簧缸筒组成的连杆机构，依靠弹 液压缸；lO一液压缸连杆；1l～爪连杆；12一翻转机构。 簧力减小吊卡的摆动，并使吊卡停止摆动时保持较 摆动平衡装置由摆动壳体、弹簧缸筒、连杆及 小的倾斜角度【11。同时应用Solidworks软件对摆动摆块组成，用来减小吊卡在卡爪开合时的摆动。卡 平衡装置进行运动仿真，确定其弹簧刚度及阻尼系 爪闭合机构由爪连杆和液缸连杆组成，用于推动卡 数，将摆动幅度和摆动时间减小到不影响卡管的范 爪开合。翻转装置由翻转壳体、液压缸、连杆和摆 围内。 块组成，用来推动吊卡前后翻转一定的角度。锁紧 畸：基金项目：黑龙江省科技攻关项目(GC09A525)。 万方数据 石油机械 2011年第39卷第6期 机构用于在卡爪开合后将2卡爪锁紧。 I 2摆动平衡机构 摆动平衡机构原理如图2所示。摆动壳体与摆 动连接块通过螺栓连接，将摆动壳体固定在吊环 上。弹簧缸筒与连接板通过螺纹连接，连接板通过 螺栓连接在摆动壳体上。弹簧缸筒、连杆与摆动块 组成曲柄滑块机构，摆块与吊卡后座同定连接。当 卡爪开合而引起吊卡摆动时，吊卡将带动曲柄滑块 机构中弹簧缸筒的活塞在缸筒内滑动