撬裝式鉆機(jī)鉆具排放機(jī)械臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真鉆具排放設(shè)備是自動化鉆井的重要組成部分, 以往國內(nèi)外的一些研究和產(chǎn)品主要是針對作業(yè)環(huán)境比較惡劣的海洋鉆機(jī)和大型陸地鉆機(jī)的。這些排放設(shè)備, 由于體積結(jié)構(gòu)比較大的原因, 并不適合安裝在鉆臺面積較為緊湊的小型撬裝式鉆機(jī)上 , 在國內(nèi)小型撬裝式鉆機(jī)上 , 鉆臺鉆具的排放工作依舊采用著人工推拉的方式進(jìn)行作業(yè)。因此 , 研究設(shè)計(jì)一種適用于小型撬裝式鉆機(jī)的鉆臺鉆具排放裝置 , 對于改善工人勞動條件 , 降低勞動危險(xiǎn)性和提高作業(yè)效率有著積極的意義。本文在研究以往鉆具排放設(shè)備的基礎(chǔ)上 , 利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與 UG三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)可用于小型撬裝式鉆機(jī)的鉆具排放機(jī)械臂 , 利用 UG運(yùn)動仿真模塊對其進(jìn)行了運(yùn)動可行性分析 , 通過 UG載荷傳遞模塊和 ANSYS有限元軟件對各主要部件進(jìn)行了受力計(jì)算和強(qiáng)度分析 , 根據(jù)機(jī)械臂最大工作負(fù)載為其設(shè)計(jì)了一套符合工作要求的液壓控制系統(tǒng)。通過研究取得的主要研究成果有： (1) 在研究撬裝式鉆機(jī)鉆臺布局特點(diǎn)及鉆具排放的功能需求基礎(chǔ)上 , 設(shè)計(jì)了可適用于撬裝式鉆機(jī)的鉆具排放機(jī)械臂 , 繪制了機(jī)械臂各機(jī)構(gòu)的零件圖并進(jìn)行了虛擬裝配 , 干涉檢查結(jié)果表明各零件之間不存在干涉 , 機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。 (2) 建立了機(jī)械臂的運(yùn)動仿真模型 , 模擬了裝置的運(yùn)動狀況 , 繪制了機(jī)械臂的軌跡追蹤圖、位移、速度、加速線等變化曲線 , 通過對仿真曲線的分析 , 驗(yàn)證了機(jī)械臂在運(yùn)動方面是可行的。(3) 模擬機(jī)械臂在最大負(fù)載下工作 , 對主要部件在工作過程中的受力情況進(jìn)行了分析 , 并結(jié)合 ANSYS有限元軟件得到了機(jī)械臂關(guān)鍵部件的應(yīng)力變化情況并進(jìn)行了強(qiáng)度分析 , 分析結(jié)果證明了機(jī)械臂在最大負(fù)載下工作是安全的。(4) 根據(jù)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動作流程, 應(yīng)用 CAD軟件繪制了機(jī)械臂的液壓控制系統(tǒng)原理圖。根據(jù)機(jī)械臂的最大工作負(fù)載計(jì)算了各執(zhí)行元件所需最大驅(qū)動力, 進(jìn)而對液壓執(zhí)行元件進(jìn)行了選取。通過研究, 設(shè)計(jì)了一種適合于小型撬裝式鉆機(jī)上應(yīng)用的鉆臺鉆具排放機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。該機(jī)械臂高僅 2.6m, 并且只需占用平臺面積0.25m2, 可以安裝于兩立根盒之間空位處。整個(gè)裝置重量不足1t, 方便安裝和拆卸。機(jī)械臂最大延伸距離達(dá)3m,最大推力接近500kg, 可在井口周圍對直徑60.3mm 139.7mm的鉆桿及 88.9mm177.8mm的鉆鋌進(jìn)行傳送和排放操作。