IR-90全液压铁钻工夹持定位精度及其影响因素

李昊轩; 王清岩; 钟蔚岭; 盛洁; 李苓豪; 金赠伍

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20220333

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (04) : 1305 -1315. DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220333

IR-90全液压铁钻工夹持定位精度及其影响因素

李昊轩, 王清岩, 钟蔚岭, 盛洁, 李苓豪, 金赠伍

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摘要

铁钻工为先进的钻井辅助作业设备，但国内铁钻工在自动化程度、夹持定位精度和工作平稳性方面有较多不足。为了解决此问题，本文设计了一种新型的铁钻工结构及其液压控制系统。首先通过机-液联合仿真分析，研究了铁钻工上卸扣过程中钻杆轴线的偏移角度和径向力变化；然后在此基础上对铁钻工的控制系统进行优化，采用同步分流马达和PID(比例积分微分)控制，进一步分析液压缸增加输入流量对固定钳和动钳的液压缸同步性能、夹持定位精度及接头螺纹径向力的影响。结果表明：采用PID控制时比同步分流马达夹持效果更好，当单个液压缸输入流量为18 L/min时，固定钳夹紧钻杆时钻杆轴线绕x、y轴偏角能控制在0.10°和0.06°以内，响应速度在6.8 s左右，上下钻杆重心沿x和y轴方向的距离可以分别控制在1.93和2.85 mm之内，保证了固定钳和动钳的夹持定位精度以及动作快速性和稳定性。接头螺纹径向力曲线也表明了铁钻工冲扣时钻杆接头间产生的不平衡径向力(17.2 kN)远大于旋扣时(641.0 N),更易导致钻头磨损。