壓裂泵動(dòng)力端連桿輕量化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油天然氣的需求量不斷增加，頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)采已成為國(guó)家能源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略之一。壓裂泵是非常規(guī)油氣資源氣開(kāi)發(fā)中壓裂作業(yè)技術(shù)的核心設(shè)備，連桿是壓裂泵動(dòng)力端主要的傳動(dòng)部件之一，在工作中受到拉伸、壓縮和彎曲等交變載荷作用，容易在高應(yīng)力區(qū)域發(fā)生疲勞破壞，這就要求連桿在工作時(shí)不僅具有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性能，還要求連桿的形狀合理，質(zhì)量盡可能輕，以減小連桿在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力。隨著壓裂泵朝大排量、大功率、高泵

2、壓的方向發(fā)展，連桿的工作環(huán)境越來(lái)越惡劣。因此，進(jìn)行連桿輕量化設(shè)計(jì)，對(duì)提高連桿工作的可靠性和使用壽命，確保壓裂泵能多段連續(xù)作業(yè)有重要的意義。
　　本課題以某型號(hào)壓裂泵動(dòng)力端連桿為研究對(duì)象，用接觸有限元法對(duì)連桿靜態(tài)特性進(jìn)行分析，找出了結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)連桿進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。主要完成了以下工作:
　　1.連桿運(yùn)動(dòng)和受力分析。采用解析法對(duì)連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況進(jìn)行了分析，找到連桿所受作用力隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的關(guān)

3、系式，并繪制了連桿在一個(gè)工作周期內(nèi)的載荷譜，得到了拉壓工況下連桿所受的最大載荷，為連桿有限元分析施加載荷邊界條件提供依據(jù)。
　　2.連桿靜態(tài)特性分析。首先利用接觸有限元法（考慮十字頭銷(xiāo)、曲軸對(duì)連桿的影響）對(duì)連桿螺栓的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，然后對(duì)連桿體與軸承座結(jié)合面不合理的螺栓布局進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使每個(gè)螺栓的受載均勻，在此基礎(chǔ)上，對(duì)連桿在最大拉工況和最大壓工況進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到了連桿在兩種工況下的應(yīng)力分布和變形情況，并對(duì)連桿高應(yīng)力區(qū)域的疲

4、勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核，通過(guò)對(duì)連桿靜力分析，找到了結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)以及需要改進(jìn)的部位，為后續(xù)連桿的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了依據(jù)。
　　3.連桿輕量化設(shè)計(jì)。首先對(duì)連桿進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，找到了結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)的部位，在此基礎(chǔ)上，以連桿質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)軸承蓋壁厚、連桿應(yīng)力集中點(diǎn)及桿身等相關(guān)尺寸進(jìn)行了靈敏度分析，找出了對(duì)連桿質(zhì)量影響較大的尺寸，通過(guò)施加應(yīng)力約束和邊界約束條件，對(duì)連桿進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后對(duì)優(yōu)化后的連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)性能分析，驗(yàn)證了運(yùn)用