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钻机移摆管机构设计及其结构分析

李静  
【摘要】:钻杆自动化操作系统是实现钻机自动化的重要组成部分,对于提高工作效率,减少工人劳动强度有着重要的意义。国外在这方面的研究已经趋于成熟,国内的研究和应用则相对较少。本文以实现DR-150钻机钻杆操作系统的自动化为目标,依据加接(拧卸)钻杆的实际工序,设计出一套与DR-150钻机相配套的移摆管机构。 本论文在移摆管机构的总体方案、机构设计、驱动系统等方面进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作: 首先,论述了移摆管机构的发展现状,分析了本论文研究的内容和意义。其次在深入分析和研究已有的研究成果的基础上,通过对比论证,确立了移摆管机构的总体设计方案。在总体方案确定的丛础上,对移摆管机构的末端夹持器、腕部和臂部进行了详细设计。选用液压驱动作为整个系统的驱动方式,设计整个机构的液压系统,并对液压油路中各液压元件进行分析和选型。接着,运用机器人学理论对该移摆管机构进行了运动学和动力学分析,推导出其运动学和动力学方程。最后,借助于三维建模软件Pro/Engineer建立了移摆管机构的三维模型,利用Pro/Engineer系统的机构运动分析模块(Mechanism)对机构的运动过程仿真模拟,观察机构的整体运动轨迹和零件之间的相对运动,并测量主体位置、速度和加速度的变化情况,绘制出机构的位移、速度和加速度曲线图。 本课题将机械手作为一个独立的辅助设备安装于钻机上,以实现钻杆装卸的自动化,将机械手有效地应用于地质钻探中。其研究意义在于减少了工人的劳动强度,提高了钻机工作可靠性和生产效率,对提升我国钻机自动化研究水平产生积极的推动作用。


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