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發表于 2019-9-18 21:39:02 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
《雙向液壓缸驅動的油管卡瓦工作參數分析》

雙向液壓缸驅動的油管卡瓦工作參數分析
高倩1,賈光政1,李清忠2,劉崇江2
(1.東北石油大學機械科學與工程學院,黑龍江 大慶163318)
(2.大慶油田有限責任公司采油工程研究院,黑龍江 大慶163000)
作者簡介:〖HTSS〗高倩(1995—),女,碩士研究生,主要研究方向為石油機械及流體密封,[email protected]
摘要:根據雙向液壓缸驅動的新型油管卡瓦的結構原理,考慮結構的對稱性,將液壓缸驅動楔形卡瓦體和牙板的運動機構簡化成平面連桿-滑塊的運動分析模型。通過力學分析得出了卡瓦解卡力與夾持管柱自重的關系;通過運動分析得出了液壓缸行程與卡瓦體提升位移的關系;綜合給出了液壓缸行程和驅動力的選取依據;結合正交實驗法對卡瓦結構參數進行了優選設計,得到了合理的設計參數。
關鍵詞:動力卡瓦;力學分析;運動分析;參數設計
中圖分類號:TE928 文獻標識碼:A 文章編號:2095-509X(2019)07-0020-04
動力卡瓦在油田鉆修井起/下油管作業中逐漸成為實施“一吊一卡”式新型作業工藝的重要工具[1-3]。根據驅動液壓缸安裝形式的不同,可將常規動力卡瓦分為軸向上提卡瓦體式和徑向卡瓦體外翻式兩類。它們的體積和質量均較大,在使用過程中既不方便人工搬運又占用井口作業空間。本文結合軸向卡瓦對中效果好、軸向卡緊可靠的優點,同時改善了徑向外翻式動力卡瓦不易對中的問題,提出一種73mm油管專用、體積較小、質量更輕、由雙向液壓缸驅動的新型油管卡瓦,為作業人員在井口搬運提供了方便。本文對該新型動力油管卡瓦的力學性能和運動特性進行了全面分析,希望能為該型動力油管卡瓦的設計提供理論依據。
1基本結構
新型動力油管卡瓦采用雙向液壓缸驅動,主要由卡瓦體部件、卡瓦座、搖桿傳動機構、驅動液壓缸等組成,結構如圖1所示。其中搖桿傳動機構包括搖桿上臂、搖桿下臂、中間轉軸和提升連桿4部分;卡瓦體部件包括楔形卡瓦體和卡瓦牙板等。
動力油管卡瓦的主要運動件為搖桿機構、楔形卡瓦體和活塞桿。為了便于分析,將其簡化為平面機構分析模型,如圖2所示。搖桿上臂和搖桿下臂與中間轉軸剛性連接,簡化為固定鉸支座;提升連桿下端連接搖桿上臂,上端連接卡瓦體的耳環,簡化為兩個活動鉸;驅動液壓缸缸體固定,雙活塞桿兩端分別與搖桿下臂的長腰孔連接,可實現一定的角度擺動和位移,簡化為搖桿滑塊副。
2力學分析
2.1夾緊管柱條件
卡瓦工作時處于關閉狀態,這時油管外壁與卡瓦牙接觸,利用油管柱自重通過摩擦力帶動楔形卡瓦體一起沿楔面下行逐漸楔緊并卡住油管[4]。卡瓦能否卡緊油管的關鍵在于油管柱下行時能否帶動卡瓦牙板及卡瓦體下行并楔緊,卡瓦體部件的受力分析如圖3所示。為了保證楔緊油管過程能夠可靠實現,應滿足:

f2q2l>f1q1lxcosθ+q1lxsinθ(1)
式中:q1為卡瓦與油管作用的均布法向反力;q2為卡瓦與油管作用的均布正壓力;f1為楔形卡瓦體與卡瓦座之間的摩擦系數;f2為卡瓦牙板與油管之間的摩擦系數;θ為楔角;lx為楔形卡瓦體夾緊后與卡瓦座的有效接觸長度;l為卡瓦牙板高度。
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