□ 李永飞 □ 周小明 □ 王小权 □ 曾兴昌 □ 王军伟

1.宝鸡石油机械有限责任公司 陕西宝鸡 721002 2.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司 陕西宝鸡 721002 3.长城钻探工程有限公司 北京 100101

1 设计背景

天车起升系统是钻机的重要组成部分[1-3]。提升钻杆时,钢丝绳通过天车导绳轮缠绕在绞车滚筒上。绞车滚筒为带有绳槽的圆柱结构。现有天车导绳轮结构如图1所示。随着绞车滚筒容绳量的增加,钢丝绳很容易产生乱绳现象。钢丝绳在绞车滚筒上左右移动,在导绳轮轮缘处会产生一个偏角[4],由此钢丝绳在导绳轮轮缘处会产生很大的侧向力,不仅加剧导绳轮偏磨,而且使导绳轮轴承工作工况更恶劣[5-7]。导绳轮与绞车滚筒工作示意图如图2所示。导绳轮焊接在天车架上,钢丝绳在绞车滚筒上进行轴向移动缠绕,与导绳轮径向中心面形成夹角α和β,α和β在一定范围内变化。由于导绳轮与绞车滚筒径向中心面存在偏心距e,因此α与β不相等。由此,导绳轮在绳槽出绳点会受到较大的侧向力F1与F2作用[8-9]。侧向力很容易使钢丝绳在绞车滚筒上产生乱绳现象,同时也会影响导绳轮的稳定性,加剧磨损,缩短轴承及钢丝绳的使用寿命。当侧向力过大时,会导致轴承压板的压紧螺钉松动,使轴承脱落。

笔者以如何减缓或消除导绳轮所受钢丝绳的侧向力为主要研究内容,对自适应天车导绳轮进行结构设计与受力分析。结果表明,所设计的自适应天车导绳轮从根本上消除了导绳轮在绳槽出绳点所受的侧向力,关键零部件的强度完全满足天车的使用要求。……