基于Profinet与S7‑1200 PLC的RN254型铁钻工电控系统的研发与应用

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作者 刘晓林 王林清 +1 位作者 许本冲 刘凡柏 《钻探工程》 2024年第S01期231-237,共7页

RN254型铁钻工是勘探技术所自主研发的井口自动化拧卸设备,可在3.5~10 in范围内安全、快速、平稳地实现钻具连接、上卸扣操作。基于对一般钻井井台自动化设备集成应用和功能需求特点分析,以井台设备模块化、集成化为设计思想,结合RN254... RN254型铁钻工是勘探技术所自主研发的井口自动化拧卸设备,可在3.5~10 in范围内安全、快速、平稳地实现钻具连接、上卸扣操作。基于对一般钻井井台自动化设备集成应用和功能需求特点分析,以井台设备模块化、集成化为设计思想,结合RN254型铁钻工的作业工况、机械结构及液压系统,设计了RN254型铁钻工电控系统。该系统以S7-1200PLC为控制核心、Profinet为通讯方式,将铁钻工所有元件有序地整合到一起,实现了动作单步控制或多个动作顺序组合的一键自动控制。经野外实际生产试验及厂内联合调试,RN254型铁钻工各动作执行良好,主机控制稳定有序,验证了电控系统的可行性及可靠性,提高了孔口作业自动化程度和作业安全性,为后续钻井智能化装备研发提供了参考。 展开更多

关键词 PROFINET S7-1200 PLC 铁钻工 电控系统 自动化拧卸设备

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RN254型铁钻工冲扣钳设计与力学分析

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作者 许本冲 王林清 +1 位作者 刘凡柏 李文秀 《钻探工程》 2024年第S01期226-230,共5页

铁钻工作为安全、高效的钻杆拧卸工具,逐步取代了液气大钳,成为自动化钻探装备的标准配置。作为铁钻工核心部件的冲扣钳对于整个铁钻工的工作性能至关重要。通过分析冲扣钳的结构原理及工作方式,进行油缸选型与力学分析,为RN254型铁钻... 铁钻工作为安全、高效的钻杆拧卸工具,逐步取代了液气大钳,成为自动化钻探装备的标准配置。作为铁钻工核心部件的冲扣钳对于整个铁钻工的工作性能至关重要。通过分析冲扣钳的结构原理及工作方式,进行油缸选型与力学分析,为RN254型铁钻工设计了一套高效率的冲扣钳结构装置,并进行了野外生产试验。试验表明,冲扣钳结构设计科学,油缸选型合理,极大地提高了铁钻工的工作效率,为铁钻工的设计制造提供了借鉴。 展开更多

关键词 铁钻工 冲扣钳 切径比 夹持力

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4000 m交流变频电驱岩心钻机的研制及其 在地热井的工程应用 被引量：17

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作者 刘凡柏 高鹏举 +6 位作者 任启伟 沈怀浦 臧臣坤 李文秀 汤小仁 伍晓龙 高明帅 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2018年第10期40-46,共7页

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000m地质岩心成套技术装备研究。4000m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应... 为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000m地质岩心成套技术装备研究。4000m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井(CGSD-01井)中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。 展开更多

关键词 4000m岩心钻机 交流变频 垂直升降井架 电顶驱 电驱转盘 绞车 地热井

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YDX-2型全液压岩心钻机的研制 被引量：16

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作者 刘凡柏 王庆晓 +1 位作者 李文秀 车延岗 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2009年第9期32-35,共4页

根据我国国情,分析国内外岩心钻机的情况,研制了YDX-2型全液压岩心钻机。介绍了该钻机的主要技术路线、技术参数和结构特点,以及该钻机的野外生产试验情况。

关键词 YDX-2型岩心钻机 卡盘 模块化 动力头 液压系统

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2000米地质钻探关键技术与装备的应用示范 被引量：5

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作者 刘凡柏 张金昌 +1 位作者 谢文卫 董向宇 《地质装备》 2013年第6期15-20,8,共7页

本文介绍了2000m地质岩心钻探关键技术与装备在山东乳山金青顶金矿区ZK43-1钻孔、安徽庐枞矿集区ZK-01科学钻探验证孔及安徽铜陵矿集区TLZK01科学钻探验证孔的应用情况,包括工程概况、装备配置、技术工艺、工作成果和应用效果。

关键词 岩心钻机 泥浆泵 参数监测 钻杆 液动锤 钻头

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“海勘一号”钻机的研制 被引量：2

6

作者 刘凡柏 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2009年第5期41-43,共3页

根据我国海岸带的特点,开发研制了"海勘一号"HK-1型全液压轻便钻机,介绍了该钻机的设计思路、主要技术参数、结构特点、试验及应用等情况。

关键词 “海勘一号” 水陆两栖 浮箱 链轨 动力头 海岸带 液压系统

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“盐湖探险一号”钻机的使用及改进 被引量：1

7

作者 刘凡柏 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2004年第8期39-41,共3页

根据西藏盐湖的特点,研制开发了“盐湖探险一号”钻机,介绍了该设备的特点、在西藏羌北无人区首次科考和2002年的使用情况。针对使用中存在的问题,对设备又做了进一步的改进完善,使其能更好地适应水域、滩涂、沼泽、硬地面以及高原缺氧... 根据西藏盐湖的特点,研制开发了“盐湖探险一号”钻机,介绍了该设备的特点、在西藏羌北无人区首次科考和2002年的使用情况。针对使用中存在的问题,对设备又做了进一步的改进完善,使其能更好地适应水域、滩涂、沼泽、硬地面以及高原缺氧等复杂条件的勘察工作,并在2003年的西藏盐湖勘探任务中显示出优越的性能。 展开更多

关键词 “盐湖探险一号”钻机 西藏盐湖 科学考察 勘探

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地质钻探技术与应用研究 被引量：123

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作者 冉恒谦 张金昌 +9 位作者 谢文卫 张永勤 宋志彬 向军文 刘凡柏 冯起赠 鄢泰宁 贾美玲 陶士先 胡继良 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1806-1822,共17页

钻探技术是取得地下实物资料、验证地下信息推断与解释、最终圈定矿体、计算储量、评估品位唯一的技术手段,是实现取得宏观影响大成果的重要技术支撑。我国钻探技术和装备水平与国外先进国家相比有很大的差距,但近些年来有了长足的发展... 钻探技术是取得地下实物资料、验证地下信息推断与解释、最终圈定矿体、计算储量、评估品位唯一的技术手段,是实现取得宏观影响大成果的重要技术支撑。我国钻探技术和装备水平与国外先进国家相比有很大的差距,但近些年来有了长足的发展。通过国家重大科学工程项目"中国大陆科学钻探工程"5158m"科钻一井"的实施,取得了一系列钻探技术成果,形成了一整套新型的、具有国际先进水平的硬岩深井科学钻探技术体系,包括硬岩深井取心钻进技术、扩孔钻进技术、泥浆技术和井斜控制技术。在国家科技计划项目、国土资源部科技项目以及地质大调查专项项目等的支持下,通过地质钻探技术的研究和应用,在绳索取心钻探技术、液动潜孔锤钻探技术、反循环钻探技术、组合钻探工艺、定向对接井技术、新型节水钻探工艺、系列全液压岩心钻机、全液压动力头水文水井钻机、地质调查浅层取心取样钻探装备与技术、系列新型金刚石钻头以及新型冲洗液技术等方面取得了长足的进步,为我国地质调查和矿产资源勘查提供了现代化的钻探技术和装备。 展开更多

关键词 钻探 绳索取心 液动潜孔锤 反循环 组合钻探 定向对接井 节水钻探 全液压 钻机 浅层取心取样 金刚石钻头 冲洗液

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自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用 被引量：9

9

作者 张金昌 尹浩 +5 位作者 刘凡柏 黄洪波 梁健 王瑜 吴敏 陶士先 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1382-1392,共11页

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题,提高钻探装备的自动化、智能化水平,启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作,通过钻机装备、钻探器具研制,钻探工艺技术研究并经试验示范验证,取得多项创新成果,形成了5000 m地质岩... 为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题,提高钻探装备的自动化、智能化水平,启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作,通过钻机装备、钻探器具研制,钻探工艺技术研究并经试验示范验证,取得多项创新成果,形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配,形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系;基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制,实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化,形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术;基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究,形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术;基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制,形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术;研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术,形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。 展开更多

关键词 特深孔 地质岩芯钻探 绳索取芯 智能化自动化钻探技术装备

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5000米智能地质钻探技术与装备研发 被引量：19

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作者 张金昌 刘凡柏 +4 位作者 黄洪波 梁健 王瑜 吴敏 陶士先 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2020年第4期1-8,共8页

深部钻探技术是解决深地探测科技问题的必要手段之一。本文主要介绍了“十三五”国家重点研发计划“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”项目方案,项目从构建大深度绳索取心钻孔口径系列、钻具级配、装备配置等入手,开展了钻进... 深部钻探技术是解决深地探测科技问题的必要手段之一。本文主要介绍了“十三五”国家重点研发计划“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”项目方案,项目从构建大深度绳索取心钻孔口径系列、钻具级配、装备配置等入手,开展了钻进智能控制、钻机关键技术与装备、高性能绳索取心钻杆、小口径高效系列钻具、环保冲洗液体系与废浆处理技术、钻探技术装备集成与示范等研究,拟突破智能控制、自动化、轻量化与模块化等关键技术,形成以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探装备与技术体系,为我国深部探测计划提供技术与装备支撑。 展开更多

关键词 深部探测 地质钻探装备 钻探技术 特深孔 智能控制

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2000m地质岩心钻探关键技术与装备 被引量：16

11

作者 张金昌 刘凡柏 +2 位作者 冉恒谦 孙建华 孟义泉 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2012年第1期3-8,共6页

经过4年的攻关,国家"863"计划重点项目"2000 m地质岩心钻探关键技术与装备"研制取得了多项创新成果,主要包括:完成了地面钻探设备及孔内钻探取心器具集成配套,形成了深部岩心钻探施工和示范能力;完成了山东金青顶... 经过4年的攻关,国家"863"计划重点项目"2000 m地质岩心钻探关键技术与装备"研制取得了多项创新成果,主要包括:完成了地面钻探设备及孔内钻探取心器具集成配套,形成了深部岩心钻探施工和示范能力;完成了山东金青顶矿区危矿专项ZK43-1钻孔施工,终孔深度2212.80 m。全孔平均钻进时效为1.65 m,岩心采取率为98.6%,钻孔质量优良;创造了3项钻深和套管下入深度全国记录;在大项目运作机制、产学研合作模式及钻探技术示范方式等方面积累了一些经验。详细介绍了项目的研制情况及取得的主要成果。 展开更多

关键词 全液压岩心钻机 泥浆泵 钻进参数监测 绳索取心钻杆 绳索取心液动锤 长寿命金刚石钻头

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特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范 被引量：11

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作者 薛倩冰 刘凡柏 +12 位作者 张金昌 李文秀 任启伟 伍晓龙 臧臣坤 尹浩 李宽 王跃伟 沈立娜 吴敏 李春 王久全 景龙 《钻探工程》 2023年第2期8-16,共9页

特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的... 特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的主要研究成果总体实现了特深孔地质岩心钻探工程设计标准化、钻探装备轻量化、钻进控制智能化、孔口操作自动化、孔内钻具系列化、泥浆体系绿色化的目标。以JZ04地热地质勘探井为示范平台,完成了特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范应用,重新构建了新的地质钻探小口径钻孔结构,创造了?114mm绳索取心钻进应用深度、下入?146 mm地质套管深度两项亚洲纪录,初步形成了以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探技术装备体系。 展开更多

关键词 特深孔 智能化 地质岩心钻探 钻探装备 绳索取心 集成及示范

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YDX-1型轻便岩心钻机的研制与应用 被引量：11

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作者 李文秀 孟义泉 +2 位作者 董向宇 刘凡柏 王庆晓 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2015年第2期8-14,共7页

根据我国矿产资源勘探开发现状,通过对国内外现有岩心钻机的对比分析,研制了YDX-1型轻便岩心钻机,其特点为高效、轻便、易搬运、模块化、全液压顶驱式。通过机电液测控技术、虚拟仪器技术、Internet网络技术,对钻机运行及钻进过程中相... 根据我国矿产资源勘探开发现状,通过对国内外现有岩心钻机的对比分析,研制了YDX-1型轻便岩心钻机,其特点为高效、轻便、易搬运、模块化、全液压顶驱式。通过机电液测控技术、虚拟仪器技术、Internet网络技术,对钻机运行及钻进过程中相关数据进行采集、分析、处理,完成钻机故障诊断和故障处理、孔内工况识别和典型工况自动处理、钻进规程参数优化、远程数据传输及监控等任务目标,实现钻进过程自动化控制。钻机于2013年在山东省威海市进行了野外生产试验,展示出优良性能、高效率和高可靠性,取得了良好的经济技术效果。实践证明:YDX-1型轻便岩心钻机设计布局合理,性能优良,用途广泛,可靠性高,机械化程度高,制造质量总体水平高,对钻探工艺适应性强,是高山交通不便矿区勘探较为理想的新一代钻探设备。 展开更多

关键词 YDX-1型轻便岩心钻机 全液压顶驱 模块化设计 自动化控制技术

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2000m全液压岩心钻探技术装备示范工程 被引量：7

14

作者 张金昌 孙建华 +4 位作者 谢文卫 刘凡柏 孟义泉 王庆晓 王年友 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2012年第3期1-7,共7页

介绍了2000 m全液压岩心钻探装备示范工程———山东乳山金青顶金矿区ZK43-1钻孔的工程概况、钻探技术装备配置、应用效果和示范工程技术工艺,总结了该示范工程项目工作成果,提出了未来深孔岩心钻探装备研发和推广工作的建议。

关键词 全液压岩心钻机 泥浆泵 钻进参数监测 绳索取心钻杆 绳索取心液动锤钻具 长寿命金刚石钻头

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4000m地质岩心钻机在天津东丽区地热资源调查中的示范应用 被引量：11

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作者 高鹏举 刘凡柏 +4 位作者 王跃伟 任启伟 胡志兴 李文秀 裴森龙 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2019年第1期13-21,共9页

为了验证XD-40型钻机的性能参数,结合天津市东丽区地热井工程进行了示范应用。在钻进过程中311mm口径钻深2258.83m,超过了钻机额定钻深能力,提升系统、回转系统、液压系统、交流变频控制系统、数据及仪表参数监控系统、数据储存系统... 为了验证XD-40型钻机的性能参数,结合天津市东丽区地热井工程进行了示范应用。在钻进过程中311mm口径钻深2258.83m,超过了钻机额定钻深能力,提升系统、回转系统、液压系统、交流变频控制系统、数据及仪表参数监控系统、数据储存系统、钻机底座及钻塔等主要技术性能得到验证,并对钻机总体布置、控制系统程序、实用性设计进优化完善。XD-40型钻机机械化程度高,可以满足深孔钻探工艺要求,并可在地热、浅层油气勘探等领域进行应用拓展。 展开更多

关键词 岩心钻机 地热调查 地热调查井 钻探 示范应用

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XD-40型钻机在雄安新区地热勘探井施工中的应用 被引量：6

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作者 高鹏举 董向宇 +5 位作者 刘凡柏 任启伟 朱芝同 王跃伟 王雷浩 殷邈 《钻探工程》 2021年第8期72-77,共6页

深部矿产资源勘查技术装备XD-40型钻机应用于雄安新区地热勘探井施工,圆满完成了D13井钻探任务,完钻井深2506.14 m,完钻口径152.4 mm。本文主要从工程概况、设备特点、施工情况、事故处理等方面,介绍D13井的施工情况,总结了XD-40型钻机... 深部矿产资源勘查技术装备XD-40型钻机应用于雄安新区地热勘探井施工,圆满完成了D13井钻探任务,完钻井深2506.14 m,完钻口径152.4 mm。本文主要从工程概况、设备特点、施工情况、事故处理等方面,介绍D13井的施工情况,总结了XD-40型钻机的总体性能、事故处理、多工艺性、能耗等方面的表现。验证了XD-40型钻机的能力及安全可靠、智能控制、节能环保方面的优越性,可应用于井深2500~2800 m的地热井施工。 展开更多

关键词 XD-40型钻机 雄安新区 D13井 地热勘探井

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“盐湖探险一号”钻机的研制及西藏无人区科学考察 被引量：4

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作者 李建华 刘凡柏 王朝建 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2001年第S1期138-140,共3页

介绍了“盐湖探险一号”钻机的设计思路、主要技术参数、结构特点、功能性试验以及参加西藏羌北无人区首次综合科学考察的情况。实践证明 。

关键词 “盐湖探险一号”钻机 水陆两栖 浮箱 链轨 液压系统 沼泽 西藏羌北无人区 科学考察

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3500m钻机移摆管设计及动力学仿真研究 被引量：4

18

作者 陈根龙 张金昌 +3 位作者 刘凡柏 韩丽丽 陈浩文 于建丛 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2014年第4期56-60,共5页

随着我国探矿深度不断增加,钻探设备的尺寸不断加大,操作人员的劳动强度也在增加。基于此,3500 m液压岩心钻机需要适配一套移摆管装置,以实现快速、安全地运移钻杆,降低工人的劳动强度。对移摆管机构的设计进行了简单介绍,并利用ADAMS... 随着我国探矿深度不断增加,钻探设备的尺寸不断加大,操作人员的劳动强度也在增加。基于此,3500 m液压岩心钻机需要适配一套移摆管装置,以实现快速、安全地运移钻杆,降低工人的劳动强度。对移摆管机构的设计进行了简单介绍,并利用ADAMS动力学仿真软件对移摆管机构进行运动仿真,找出设计的不足之处,给出优化建议。 展开更多

关键词 液压钻机 移摆管 动力学仿真

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PD-50A型水平钻机的研制与应用 被引量：3

19

作者 李建华 刘凡柏 冯起赠 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2005年第B09期222-224,共3页

为北京地铁施工降水工程而设计了用于辐射井的新型水平钻机,介绍了钻机的设计关键,结构特点,研制过程,施工情况等。

关键词 地铁工程 辐射井 水平钻机 反循环 双壁钻杆

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4000m岩心钻机桅杆结构设计与有限元分析 被引量：4

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作者 伍晓龙 刘凡柏 《钻探工程》 2021年第1期88-94,共7页

桅杆是钻机的重要组成部分,本文对勘探技术所自主研制的4000 m地质岩心钻机桅杆进行了结构设计分析,为确保桅杆满足强度、风载等使用工况要求,在SolidWorks中完成桅杆的建模,运用ANSYS Workbench对桅杆装配体进行有限元分析,完成对桅杆... 桅杆是钻机的重要组成部分,本文对勘探技术所自主研制的4000 m地质岩心钻机桅杆进行了结构设计分析,为确保桅杆满足强度、风载等使用工况要求,在SolidWorks中完成桅杆的建模,运用ANSYS Workbench对桅杆装配体进行有限元分析,完成对桅杆结构强度和刚度的校核,并对其进行模态分析,得到前10阶固有频率和振型。与激振源进行对比,分析发现第1阶、第2阶固有频率与钻机转盘和起升系统频率有重叠,可能会发生共振。通过调节钻机转盘和起升系统转速避免发生共振,振动时最大变形处变形量较小,说明桅杆结构设计合理,能够满足实际应用要求,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 岩心钻机 桅杆 结构设计 静力学分析 模态分析 有限元分析

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