钻井泵机架的静动态有限元分析---行业知识库

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钻井泵机架的静动态有限元分析

　1前言
　　F1300型三缸单作用钻井泵，是宝鸡石油机械厂为了满足油田高泵压和大排量钻井工艺的需求，类比美国EMSCO泵自行设计制造的。它缺少必要的理论计算依据，不能完全适应高压喷射钻井工艺的发展对泵的抗振性提出的高要求。为了全面了解F1300型三缸泵机架的应力水平和刚度分布情况，发现薄弱环节和过剩部位，为减轻重量、降低成本、均衡整机应力与刚度提供必要的改进设计依据，我们进行了静力有限元计算。
　　在静力分析的基础上，我们还对机架的固有振动特性进行了分析，目的在于全面了解泵的动刚度的分布，发现动刚度的薄弱环节和过剩部位，对泵体的改造进行动态特性分析与动态设计，使泵体的质量和刚度有一个合理的分布，进一步改善泵的动态特性，提高其抗振性能，全面提高泵的质量，延长泵的使用寿命。

　　2　机架力学计算模型

　　F1300型三缸泵采用钢板组焊结构。整个机架结构由左右两块主墙板、前墙板、前底板、前联接板、顶板一、顶板二、顶板三、上、下支承板、横墙板(Ⅰ)、横墙板(Ⅱ)、上横板、底板—～四和两根座架梁组成。机架内部由于结构上的需要，沿x和z方向有支承筋、加强筋和型钢等零部件。在两块主墙板的主、被动轴承孔处分别焊接有铸钢轴承座。
　　2.1　机架结构的离散
　　钻井泵机架是由钢板组焊而成的，可以按板壳单元计算；主、被动轴承座简化为厚圆环结构，按三维8～21节点块元计算；支承筋、型钢和两根座架梁按空间梁单元计算，并从属于相应的主节点；圆环结构和板壳结构的弱连接采用罚单元处理；倾斜板单元节点的第6个自由度用边界弹簧单元处理。整个机架结构分成12批1331个板壳单元，2批141个空间梁单元，56个三维块元，46个罚单元和182个边界弹簧单元，总计1797个节点。离散后机架结构单元网格图和结构坐标系见图2。
　　2.2　载荷工况和机架受力的简化
　　2.2.1　前墙板受力
　　由缸套直径和额定压力两个性能参数，可以获得活塞水平方向所受最大力。该力作用在前墙板孔中心，假定1、2两缸同时受力，按静力等效原则简化到前墙板总体节点上去，成为节点载荷。
　　2.2.2　下支承筋受力

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信息来源：工程机械重型汽车专业网

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