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絞車是石油鉆機(jī)的核心部件之一，而滾筒體又是絞車的關(guān)鍵部件。絞車的滾筒體通常是分體鑄造，然后通過焊接成一體。絞車作業(yè)時(shí)，通過鋼絲繩纏繞的滾筒體直接承擔(dān)著鉆機(jī)的最大鉤載載荷，既要承受彎矩和扭矩，還要承受表面鋼絲繩的循環(huán)壓應(yīng)力，所以滾筒體的安全性能至關(guān)重要。作為絞車核心部件的滾筒體，如何改進(jìn)其結(jié)構(gòu)，提高工效，延長(zhǎng)壽命，一直是研究人員所關(guān)注的問題。
目前，研究人員利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，開展了絞車仿真技術(shù)的研究，打破了以往采用類比或近似計(jì)算方法的局限性。設(shè)計(jì)人員利用有限元軟件模擬絞車工作時(shí)的各個(gè)危險(xiǎn)工況，得出各部件的應(yīng)力和位移分布，更準(zhǔn)確地把握了絞車滾筒的受力分布規(guī)律和變形狀況。
以下針對(duì)現(xiàn)役某型絞車滾筒體進(jìn)行ANSYS有限元分析，由于滾筒體的大多數(shù)面為回轉(zhuǎn)體面，只是厚度有所不同，故在ANSYS軟件分析中選用SOLID63單元。材料屬性為彈性模量Ｅ＝210 GPa，泊松比μ＝0.3。有限元滾筒體建模各個(gè)截面的尺寸與圖樣尺寸一致，建立有限元模型。
鉆機(jī)作業(yè)時(shí)，通過絞車提升鉆桿等工作零件，所以鉆機(jī)的最大鉤載Qmax就是絞車的最大提升載荷，也就是滾筒體要承受的最大載荷。滾筒體本身直徑d=644 mm，加上纏繞的鋼絲繩層數(shù)，計(jì)算扭矩時(shí)滾筒直徑折合為Dmax＝0.7912m。通過對(duì)整個(gè)鉆機(jī)的整體分析可知，作用在滾筒體上的最大鉤載時(shí)的快繩拉力為Pmax，滾筒軸承受的最大扭矩為Tmax。式中，G是游動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量，單位為KN，Zmax是鋼繩根數(shù)，η是機(jī)械效率，Qmax是最大鉤載，單位為KN，83°是快繩與滾筒的垂直夾角。
有限元分析后得到結(jié)果，根據(jù)有限元分析計(jì)算可知，最大應(yīng)力為54.8 MPa，最大應(yīng)變?yōu)?.517 mm，鑄鋼的最小屈服強(qiáng)度σs為270 MPa。屈服強(qiáng)度安全系數(shù)N=σs/σ=270/54.8=4.93，符合API的要求。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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