基于SolidWorks設(shè)計(jì)洞察圖解進(jìn)行轉(zhuǎn)盤(pán)支座的優(yōu)化

2017-03-22 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

帶壓作業(yè)是在保持井筒內(nèi)一定壓力,不壓井、不放壓的情況下進(jìn)行起下管柱,實(shí)施增產(chǎn)措施的一種先進(jìn)的井下作業(yè)技術(shù),能夠減輕對(duì)產(chǎn)層的污染,最大限度地保護(hù)原始地層,改善作業(yè)環(huán)境,同時(shí)給油田中后期的穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)較大的保障,其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到業(yè)界的普遍認(rèn)可。轉(zhuǎn)盤(pán)支座是帶壓作業(yè)裝置中連接舉升油缸和液壓轉(zhuǎn)盤(pán)的部件,承受來(lái)自轉(zhuǎn)盤(pán)、游動(dòng)卡瓦和管柱的重力或上頂力,是帶壓作業(yè)裝置的關(guān)鍵承力件,所以它的強(qiáng)度尤其重要,直接影響了整體設(shè)備的安全性。

1 優(yōu)化原理及方法

在SolidWorks Simulation 仿真分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)洞察圖解可以在載荷和約束之間標(biāo)繪一連續(xù)路徑,圖解半透明部分沒(méi)有實(shí)體部分那樣有效承受所應(yīng)用的載荷,這些半透明區(qū)域?yàn)樽非蠼档椭亓吭O(shè)計(jì)而可完全移除,而實(shí)體區(qū)域?yàn)榱嗽黾訌?qiáng)度則可以適當(dāng)加強(qiáng)。

2 轉(zhuǎn)盤(pán)支座安裝示意圖

轉(zhuǎn)盤(pán)支座與舉升油缸和液壓轉(zhuǎn)盤(pán)連接示意圖如下:

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轉(zhuǎn)盤(pán)支座底板四個(gè)錐孔與四個(gè)舉升油缸的活塞桿連接,轉(zhuǎn)盤(pán)放在頂板上,用螺栓連接。轉(zhuǎn)盤(pán)上部裝有游動(dòng)卡瓦,而卡瓦夾緊管柱,承受管柱重量,最終作用在轉(zhuǎn)盤(pán)支座上。

3 仿真分析及優(yōu)化

3.1 對(duì)初始方案進(jìn)行仿真分析

此處假設(shè)管柱及轉(zhuǎn)盤(pán)卡瓦等總重100T,將轉(zhuǎn)盤(pán)支座初始方案輸入SolidWorks Simulation,建立有限元模型,施加載荷100T,運(yùn)行仿真分析,得出以下結(jié)果:

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轉(zhuǎn)盤(pán)支座初始方案的重量為791.845kg,可以看出最大應(yīng)力為200.2Mpa,安全系數(shù)為610/200.2=3.05>3,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 根據(jù)設(shè)計(jì)洞察圖解進(jìn)行改進(jìn)

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定義設(shè)計(jì)洞察圖解,壓縮體積設(shè)定為20%,可以看出載荷主要作用在底板錐孔處和筋板上,應(yīng)對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng);而頂板和底板部分區(qū)域?yàn)榘胪该?這些區(qū)域相對(duì)于藍(lán)色區(qū)域承受的載荷較小,將其移除后,對(duì)整體強(qiáng)度的影響不會(huì)很大。

將八個(gè)長(zhǎng)筋板厚度增加5mm,底板半透明區(qū)域根據(jù)情況移除一部分,因頂板和底板錐孔處涉及轉(zhuǎn)盤(pán)和油缸的安裝,不便更改,暫時(shí)不做優(yōu)化。

3.3 對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行仿真分析

對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行仿真分析,得出以下結(jié)果:

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轉(zhuǎn)盤(pán)支座改進(jìn)方案重量為625.724kg,可以看出最大應(yīng)力為186.6MPa,安全系數(shù)為610/186.6=3.27>3。相對(duì)于初始方案,重量減少了20.98%,最大應(yīng)力減少了6.8%。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在SolidWorks Simulation 仿真分析的基礎(chǔ)上,用設(shè)計(jì)洞察圖解對(duì)模型有效受力情況進(jìn)行了分析,改進(jìn)了轉(zhuǎn)盤(pán)支座的結(jié)構(gòu),在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小設(shè)計(jì)安全系數(shù)的基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)盤(pán)支座的重量減少了20.98%,最大應(yīng)力減少了6.8%。同理,這種方法也可以應(yīng)用在帶壓作業(yè)裝置其他部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。由此可見(jiàn),基于SolidWorksSimulation 設(shè)計(jì)洞察圖解的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效地降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的安全性,對(duì)帶壓作業(yè)這一新技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。

需要注意的是,轉(zhuǎn)盤(pán)支座在實(shí)際工作中有受下壓力、受上頂力、受下壓力及扭矩、受上頂力及扭矩四種工況,優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)每種工況進(jìn)行分析,只能對(duì)四種工況設(shè)計(jì)洞察圖解共有的半透明區(qū)域進(jìn)行減重,本文受于篇幅所限不做過(guò)多贅述。

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