针对旋扣钳对不同钻具进行拧卸时夹持角的差异性,对钻具半径和夹持角的关系进行了研究分析。得到夹持角后便可以确定旋扣钳在工作状态下的受力关系。通过分析旋扣钳的受力,推导得出油缸推力、夹持力等重要结果。利用所得公式和最大油缸推力对不同直径的钻具进行了实例计算。最后通过ADAMS软件对旋扣钳进行仿真,再次校验了研究的正确性。

动刚度是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。旋扣钳作为石油钻井平台井口关键设备之一,研究其动刚度,以提高其动力学性能。对气动旋扣钳的主件进行了动刚度研究,通过锤击法来测量气动旋扣钳主件的结构动刚度,得到了气动旋扣钳主件的动刚度曲线。由动刚度曲线得到的前四阶固有频率,与用有限元法模拟计算的前四阶固有频率吻合,误差小于10%。分析动刚度曲线,表明动刚度随频率的变化而变化,激振频率等于固有频率时动刚度最小。研究成果为进一步提高气动旋扣钳的动力学性能提供理论依据。

针对现有铁钻工旋扣钳转矩不足、紧扣效率低的问题,对铁钻工旋扣钳滚轮和钻杆的摩擦特性进行研究,分析了铁钻工上、卸扣过程中滚动摩擦力、静摩擦力的影响因素及提高旋扣钳转矩的方法。在此基础上,开展碳纤维滚轮的旋扣摩擦转矩试验研究,得出该材料滚动摩擦、静摩擦转矩相对现有钢制滚轮摩擦转矩可提高50%,旋扣钳滚轮使用该材料对钻杆损伤小、可提高旋扣转矩、提升上卸扣效率的结论。并给出继续优化材料的配方,改善耐磨性,跟踪油田现场应用及优化旋扣钳使用程序的发展建议。

旋扣钳是轨道式铁钻工的重要组成部分,其受力和运动特性对整机性能有重要影响。提出一种新型轨道式铁钻工旋扣钳,建立旋扣钳力学模型,利用ADAMS软件对其进行力学特性分析。随后,利用机构的结构分析与综合方法对旋扣钳关键铰点进行运动学分析。研究结果表明:旋扣钳在旋扣过程中的接触力与驱动力均在允许范围内,证明旋扣钳结构设计的合理性;建立旋扣钳关键铰点的位移方程、速度方程以及加速度方程,继而得到偏转角α2的活动范围为5°~76°、α3的活

轨道式铁钻工旋扣钳是一种旋扣工具,其工作原理是能夹持钻杆本体高速旋转,旋转时带动钻杆整体快速旋上或卸开接头螺纹,它和冲扣钳组合在一起构成了井口机械化工具—＂轨道式铁钻工＂。文中对轨道式铁钻工旋扣钳的结构、工作原理、技术参数、液压控制原理、电气控制系统及运动仿真等作了详尽的阐述。并结合现场的试验情况阐明了旋扣钳的结构参数设计合理,整体性能先进,布局紧凑,整体安装、拆卸及维护都很方便。同时也指出了该设计为油田工作者带来的好处。

研制了铁钻工旋扣钳升降装置,介绍了升降装置结构功能及主要技术参数,液压和电控控制系统及装置的研制情况。该装置目前已经完成厂内试验,经试验表明,该升降装置结构合理,自动化程度高,提高了现场的作业效率。

介绍了轨道式铁钻工的总体结构设计、 各个部件的工作原理、 整体设计参数、 液压系统工作原理、 电气系统控制原理. 并结合厂内的型式试验和功能试验情况, 阐明了轨道式铁钻工的结构参数设计优良, 整体运行良好, 布局设计紧凑, 各个部件安装、 拆卸及维护都很方便,同时提高了钻台面的安全性.

随着气动旋扣钳转速的提高产生振动问题也越来越严重为优化旋扣钳的动力学性能对其滚轮轴进行模态分析.首先对滚轮轴进行简化得出其振动力学模型通过理论法计算出滚轮轴的第一阶固有频率然后使用Ansys软件对滚轮轴进行模态分析获取了滚轮轴结构的固有频率及振型.结果表明：理论计算和软件计算误差为2.8％证明有限元软件对滚轮轴模态计算的准确性其结果可以为旋扣钳动力学性能的优化提供了依据.