一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构。本发明动力绞车滚筒装置由滚筒主体和轮毂组成，轮毂上的圆形幅板采用拓扑优化的SIMP算法，滚筒两端幅板的形状类似轮辐状。本发明克服了现有技术存在的有些部分强度远远超出设计要求，造成材料浪费，成本增加，有些对圆形幅板材料去除得过多或者去除部位不当，都会造成滚筒强度降低等缺陷。本发明对轮毂上的圆形幅板采用拓扑优化的SIMP算法，在满足结构强度要求的前提下，对其结构进行优化，使其重量实现轻量化，轮辐的结构尺寸和形状随着滚筒的工作条件的变化得出与之匹配的形状和尺寸，使该装置在满足工况的条件下，所需材料最少，性价比最高。
【专利说明】
一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构
技术领域
[0001]本发明属于石油钻采设备机械制造技术领域，特别涉及一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构。
【背景技术】
[0002]绞车作为石油钻机的核心，具有提升钻具、送钻等功能。滚筒是绞车传动系统的终端，承受着天车施加的载荷，所以滚筒的性能直接影响钻机提升系统的运行效率。
[0003]在本发明作出之前，滚筒体由滚筒主体和轮毂组成，轮毂上的圆形幅板为平整板，其作用是限制钢丝绳的轴向位移和安装刹车装置。滚筒的最小直径、滚筒轴直径和幅板厚度是滚筒结构设计的主要参数，通常采用经验公式进行计算。尤其对于幅板厚度的确定，是一项复杂的工作，求出幅板厚度后，还需要进行应力分析，而按此方法设计的幅板，有些部分强度远远超出设计要求，造成材料浪费，成本增加。部分专家根据经验采用去除材料的方法减轻幅板的重量，但对圆形幅板材料去除得过多或者去除部位不当，都会造成滚筒强度降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]—种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构，动力绞车滚筒装置由滚筒主体和轮毂组成，其主要技术特征在于轮毂上的圆形幅板采用拓扑优化的SMP算法，滚筒两端幅板的形状类似轮辐状。
[0007]所述的轮辐状的幅板结构尺寸及形状随着滚筒的工作条件变化得出与之匹配的尺寸及形状。
[0008]本发明的优点和效果在于石油钻机用动力绞车滚筒装置由滚筒主体和轮毂组成。轮毂上的圆形幅板采用拓扑优化的SIMP算法，在满足结构强度要求的前提下，对其结构进行优化，使其重量实现轻量化。经过SMP算法优化后，滚筒两端幅板的形状类似轮辐状，轮辐的结构尺寸和形状随着滚筒的工作条件的变化得出与之匹配的形状和尺寸。通过改变该滚筒两端幅板的结构形状，使该装置在满足工况的条件下，所需材料最少，性价比最高。
【附图说明】
[0009]图1本发明结构原理不意图。
[0010]图中各标号表示对应的部件名称如下:
[0011]轮毂1、滚筒主体2、轮辐3、钢丝绳4。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示:
[0013]绞车滚筒由滚筒主体2和两边的轮毂I构成，且分别铸造成型，通过焊接连接在一起，轮毂I上轮辐3即圆形幅板利用Abaqus拓扑优化方法进行优化。
[0014]本发明的应用过程说明如下:
[0015]钻机作业时，当绞车达到提载极限，滚筒受到的力为最大快绳拉力。在下钻过程中，快绳拉力对滚筒壁产生的载荷有弯矩、扭矩以及缠紧的钢丝绳4对筒壁的外压力。在下放钻柱结束刹车时，滚筒不仅受到钻柱的拉力，还受到盘刹的最大制动力矩。根据上述滚筒受力工况，利用Abaqus的拓扑优化，可使迭代后零部件体积减少，达到优化滚筒的目的。
[0016]该绞车滚筒装置由于采用了经过拓扑优化后的滚筒，在满足滚筒强度要求的前提下，只需改变幅板的结构就能使该绞车滚筒装置的重量得到减轻。该绞车滚筒装置能减少生产成本，具着较高的市场价值和经济性。
【主权项】
1.一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构，动力绞车滚筒装置由滚筒主体和轮毂组成，其特征在于轮毂上的圆形幅板采用拓扑优化的SMP算法，滚筒两端幅板的形状类似轮辐状。2.根据权利要求1所述的一种石油钻机用动力绞车滚筒轮辐结构，其特征在于所述的轮辐状的幅板结构尺寸及形状随着滚筒的工作条件变化得出与之匹配的尺寸及形状。
【文档编号】B66D1/30GK105923560SQ201610478986
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】赵毅红, 郑志伟, 黄博文, 陈荣发, 董然, 赵有伟
【申请人】扬州大学