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弹簧片式牵引器牵引锁止力学及结构优化研究

肖晓华 王昆鹏 赵建国 曾杰 杨亚强

肖晓华, 王昆鹏, 赵建国, 曾杰, 杨亚强. 弹簧片式牵引器牵引锁止力学及结构优化研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1335-1342. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180321
引用本文: 肖晓华, 王昆鹏, 赵建国, 曾杰, 杨亚强. 弹簧片式牵引器牵引锁止力学及结构优化研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1335-1342. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180321
Xiao Xiaohua, Wang Kunpeng, Zhao Jianguo, Zeng Jie, Yang Yaqiang. Mechanical Analysis and Structural Optimization of Traction Locking for Spring Sheet Tractor[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1335-1342. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180321
Citation: Xiao Xiaohua, Wang Kunpeng, Zhao Jianguo, Zeng Jie, Yang Yaqiang. Mechanical Analysis and Structural Optimization of Traction Locking for Spring Sheet Tractor[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1335-1342. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180321

弹簧片式牵引器牵引锁止力学及结构优化研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180321
基金项目: 

西南石油大学青年科技创新团队项目 2018CXTD09

南充市科技项目 NC17SY4019

四川省重点研发项目 2019YFG0458

四川省科技创新苗子工程资助项目 2019105

详细信息
    作者简介:

    肖晓华(1965-), 副教授, 硕士生导师, xiaoxh@swpu.edu.cn

  • 中图分类号: TE94

Mechanical Analysis and Structural Optimization of Traction Locking for Spring Sheet Tractor

  • 摘要: 为满足水平井井下工具的输送要求,本文提出了一种新的具备大牵引力、防卡堵的液压伸缩式井下牵引器;牵引器支撑机构能否保持与管壁锁止,是伸缩式牵引器能够向前爬行的关键。因此,本文建立了牵引器在负载力作用下的牵引锁止力学模型,通过计算得到支撑机构不同布局方式下的牵引锁止条件,同时以较小支撑缸的压力为评价标准,得到伸缩式牵引器的最佳布局方式;最后通过仿真分析验证了牵引器牵引锁止条件的正确性,本文的研究成果对伸缩式牵引器的设计具有一定指导意义。
  • 图  1  伸缩式牵引器工作原理图

    图  2  液压伸缩式井下牵引器

    图  3  前工作短节

    图  4  前工作短节布局方式1结构示意图

    图  5  前工作短节布局方式1受力模型

    图  6  弹簧片恢复力-径向位移曲线

    图  7  前工作短节布局方式2结构示意图

    图  8  前工作短节布局方式2受力模型

    图  9  支撑力与支撑臂展开角变化关系图

    图  10  牵引器牵引锁止模型视图

    图  11  在不同展开角θ下, 抓靠臂速度随时间变化曲线图

    图  12  在不同展开角θ下, 牵引锁止受力曲线图

    表  1  前工作短节布局方式

    布局方式 排列方式
    1 伸缩缸-支撑缸-抓靠臂
    2 伸缩缸-抓靠臂-支撑缸
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    表  2  伸缩式牵引器布局方案

    组数 排列方式(后工作短节+前工作短节) 是否优越
    1 伸缩缸-支撑缸-抓靠臂+伸缩缸-支撑缸-抓靠臂
    2 伸缩缸-支撑缸-抓靠臂+支撑缸-抓靠臂-伸缩缸
    3 支撑缸-抓靠臂-伸缩缸+伸缩缸-支撑缸-抓靠臂
    4 支撑缸-抓靠臂-伸缩缸+支撑缸-抓靠臂-伸缩缸
    5 伸缩缸-抓靠臂-支撑缸+伸缩缸-支撑缸-抓靠臂
    6 伸缩缸-抓靠臂-支撑缸+支撑缸-抓靠臂-伸缩缸
    7 伸缩缸-支撑缸-抓靠臂+伸缩缸-抓靠臂-支撑缸
    8 支撑缸-抓靠臂-伸缩缸+伸缩缸-抓靠臂-支撑缸
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    表  3  牵引器前工作短节布局方式1仿真组数

    支撑机构角度θ/(°) 所需支撑力FS/N 负载力FT/N 恢复力FN/N
    25 ≥32 921 10 000 484
    28 ≥28 749 10 000 670
    40 ≥17 540 10 000 1 304
    46.15 ≥13 589 10 000 1 602
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    表  4  接触力计算参数值

    参数 数值
    抓靠臂与管壁间静摩擦系数μ1 0.5
    抓靠臂与管壁间动摩擦系数μ2 0.3
    接触恢复力系数/(N·mm-1) 105
    力指数 1.5
    阻尼系数 1 000
    切入深度/mm 0.01
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    表  5  前工作短节牵引锁止仿真结果

    支撑机构角度θ/(°) 所需支撑力FS/N 负载力FT/N 理论计算结果是否满足牵引锁止
    25 ≥32 921 10 000
    28 ≥28 749 10 000
    40 ≥17 540 10 000
    46.15 ≥13 589 10 000
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  • 收稿日期:  2018-09-03
  • 刊出日期:  2019-09-05

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