卡瓦牙板重要几何参数分析.pdf

《卡瓦牙板重要几何参数分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第2期设计计算卡瓦牙板重要几何参数分析高胜刘跃宝常玉连朱凯聂文平。(1．大庆石油学院机械工程与科学学院2．大庆油田工程有限公司3．大庆油田有N-责任公司第六采油厂)摘要以卡瓦牙板简化模型为对象，分析在卡瓦牙与油管发生塑性变形时的嵌入行为，得出卡瓦牙板的几个重要几何参数对卡紧效果的影响，并利用正交优化法对几何参数进行了优化。采用ANSYS软件对卡瓦牙的强度进行分析，设单元属性为Shell63，自动划分网格。结果表明，当量摩擦因数是检验卡瓦能否卡紧管柱的重要指标，卡紧

2、管柱时，若考虑到让齿前角完全承担管柱重力时，当量摩擦因数与齿前角．有关，而齿后角的作用主要是增大卡瓦牙的强度。卡瓦牙的工作高度不宜过大，应控制在200～250mm。关键词卡瓦牙几何参数当量摩擦因数参数优化卡瓦是用来卡住并悬挂井下钻杆、钻铤、套擦因数)。若改变卡瓦牙与油管间l的表面粗糙度，管、油管、抽油杆等管柱的工具⋯。动力卡瓦以使其摩擦因数变大，则有利于油管卡紧。设定载荷其自动化程度高、人工劳动强度小、使用范围广和Q和P的比值为当量摩擦因数，即：Q／P，它是安全性能较好等优点得到了普遍应用。动力卡瓦的判断卡瓦能否卡紧管柱的重要参数。设

3、计思路主要有2种，一是用气动或液压装置直接如图1所示，在卡瓦牙吃人油管时，齿前面与作用，使卡瓦将管柱夹紧；二是利用气动或者液压油管金属存在很大的摩擦力，依据受力分析有：驱动的升降装置或弹性装置下压楔块机构，利用楔fP=一fN1cos01+Nlsin0l一‘厂2cos02+N2sin02块的自锁特性将管柱锁紧l2J。无论哪种设计思路，LQ+fN1sin0l+N1cos0l=N2cos02+／7v2sin02作为卡紧的主要元件——卡瓦牙板的设计对动力卡(1)瓦整体工作性能至关重要。以往的研究利用相关分式中Ⅳ1——前齿面所受压力；析软件对卡

4、瓦牙板的参数进行有限元分析，或对卡，v2——后齿面所受压力；瓦牙的受力进行光弹试验，从而提出卡瓦牙板的设卜钢与钢之间的摩擦因数；计原则J，开拓了从试验的角度对动力卡瓦牙板0、02——齿前角、齿后角。所受应力分布等方法的研究_4J，并应用相关分析软件对动力卡瓦进行动力学和有限元仿真分析。笔者以卡瓦牙板简化模型为对象，分析在卡瓦牙与油管发生塑性变形时的嵌入行为，得出卡瓦牙板的几个重要几何参数对卡紧效果的影响，并利用正交优化法对几何参数进行了优化，得出了卡瓦牙板使用时的最优结构。图1单个卡瓦牙吃入油管1卡瓦牙参数分析1一卡瓦牙；2一油管。若

5、整个管柱的自重都由前齿面来承担，则式1．1卡瓦牙张角(1)中N2=0，整理得：1．1．1当量摩擦因数Q=P卡瓦卡紧油管的条件为>(为卡瓦体与卡瓦座间的摩擦因数，为卡瓦牙与油管间的摩即有2010年第38卷第2期高胜等：卡瓦牙板重要几何参数分析^=罟=㈩矍薮簧强度的齿前角’故南式(3)可知，当量摩擦因数只与齿前角和金属摩擦因数有关。_厂的取值为0．10～0．15，这里取0．15[。当量摩擦因数与齿前角的关系曲线如图2所示。8O06004002000——200——4O0路径／n11TI——600图3不同齿前角沿路径的应力曲线1．2卡瓦牙高度

6、和间距图2当量摩擦因数与齿前角的关系曲线卡瓦在实际工作中不只1个卡瓦牙，但当量摩由图2可以看出：①当量摩擦因数存在负值，擦因数与卡瓦牙个数无关，即式(3)仍然成立。这是由于tanO。≤厂导致的，由于模型限制，只讨论图4为一竖排卡瓦牙与管柱的接触情况图。为了讨厂当≥=0．15的情况；②在齿前角0。=9．46。时，．论方便取0=20。，0=60。，卡瓦牙间距为P，油苫＼R当量摩擦因数出现最大值，并迅速减到平缓形势。4208642管总质量为40t，摩擦因数按钢与钢的干摩擦计。1．1．2卡瓦牙强度径向载荷P使卡瓦牙尖吃入油管，由图4可得：在卡

7、瓦生产中，卡瓦牙板齿面均需进行热处P=htanOl+htan02(4)理J，以保证卡瓦牙表面强度高于管柱强度。但是在实际的卡紧过程中，卡瓦牙也伴随着塑性变形，故有必要对卡瓦牙的强度进行分析。／笔者采用ANSYS软件对卡瓦牙的强度进行分／P析。①前处理：为方便研究取为顶角，且=0丑+0，；由于卡瓦体的体积有限，故建模时不宜把卡瓦牙的体积考虑太大，取齿高h=10mm，0：=60。；通过对0．=0、10、20、30、40、50。分别作图4多个卡瓦牙与油管接触有限元分析，取材料的弹性模量E=206GPa，泊1～油管；2一卡瓦牙。松比肚=0．3

8、。②划分网格：利用ANSYS有限元软通常齿后角0=60。是不变的，显然，卡瓦牙件分析时设单元属性为Shell63，自动划分网格。间距P的变化会影响齿前角0。的变化，从而影响③施加载荷和约束：卡瓦牙底边固定其所有自由当量摩