文摘

机械自动垂直钻井工具(MAVDT)已经逐渐引起了人们的关注作为钻井工具,可以实现主动修正在严酷的工作环境如高温高压。重力感应机制可以感知偏差和偏差信号转换成控制信号驱动执行机构纠正偏差。它是核心组件的机械自动垂直钻井工具。分析了在重力传感机制基于结构分析的机械自动垂直钻井工具。然后,重力感应机制的一般动力学方程建立了基于达朗贝尔原理。关键响应位置加速度值为零作为研究对象来完成的初步设计和分析传感机制。通过分析,可以发现有一个冲突的响应精度和控制稳定性重力传感机制。响应精度高往往意味着控制稳定性差。对重力传感机制确定的结构参数,是有限度的许用摩擦系数的值。当推力轴承的摩擦系数超过极限值,重力感应机制不能实现倾向反应无论多么大倾角和偏转角。 The friction coefficient between the disc valves and the force between the disc valves of the gravity sensing mechanism have a linear effect on the performance of the mechanism, and the smaller the deviation angle, the greater the influence coefficient of the force or the friction coefficient between the disc valves on the length of the gravity sensing mechanism. During the process of dynamic swing, the dynamic stable position of the gravity sensing mechanism is related to the relative relationship between the restoring force of the mechanism and the friction damping. To be precise, it is related to the potential energy zero point and the speed zero point during the gravity sensing mechanism swing process before it reaches the dynamic stable position.

1。介绍

作为一种活跃的洞矫正工具,自动垂直钻井工具(AVDT)被认为是一种先进的垂直钻技术,改变了传统轨迹控制方法。这个新的旋转可操纵的垂直钻井系统不仅可以防止钻孔偏离垂直还积极正确的倾斜钻孔垂直度。自从第一次申请“大陆深钻项目”在1990年,AVDT取得了巨大的发展,已广泛应用于工程。贝克休斯公司和旗下的Verti-Trak Power-V由斯伦贝谢有限是他们(的典型代表1- - - - - -4]。但是,随着技术的发展,要求井深增加,有越来越多的高温高压井的工程。由于大量的电子元件,传统AVDT再也不能满足手术的需要(5- - - - - -8]。

与传统的电子控制AVDT相比,机械自动垂直钻井工具(MAVDT)可以实现连续活跃校正在重力的作用下只有通过纯机械结构。这个工具很简单,制造和维护成本低。更重要的是,全金属结构设计可以承受更高的温度和高温环境,例如超深水井和垂直井异常地热梯度。所以,成为唯一的方法来实现主动修正在高温和超深油井钻探9- - - - - -11]。

由于高精度和高灵敏度电子控制系统是废弃的,偏差控制只取决于特征重块的机械稳定平台保持低的重力的作用下,所以重力传感机制是一个关键的组件对感知偏差和控制其执行机构实现偏差反应。它的性能是非常重要的机械自动垂直钻井工具。由于技术封锁,很少发表研究机械自动垂直钻井工具(12,13]。

Comeaux et al。5讨论一个新系统,是一个纯粹的流体力学的解决方案没有电子产品。系统自动启动修正在一定程度上偏离垂直的一小部分(理想值0.2°)。但是,本文只介绍了设计原则和使用工具,并不特别讨论了设计过程和结构。

马等。6引入一个新的AVDT基于恢复支撑结构(EBS)。一旦发生了偏差,工具恢复力矩是由重力抵消重力锁控制导轴承的力,所以,矫直。在文章中,EBS的受力分析提供结构和静态设计方法。

事实上,MAVDT的工作过程是动态的(14- - - - - -17]。通常安装在钻头与井底旋转装配操作期间,将受到轴向振动的影响,横向振动、扭转振动,或其他因素,这将影响响应的准确性和稳定的平台。因此,工具的工作性能最终会动态地变化。李等人。9]介绍一种MAVDT机械传感机制与重力敏感,透露下重力块的动态扭转振动的影响,发现虽然扭转振动的频率减少,下属期后逐渐出现转速值小于1 rad / s。然而,静态设计仍然是用于传感机制的设计过程。

本文首先分析了MAVDT的重力感应机制。它可以发现,恢复力和摩擦阻力的影响性能的主要部件是重力感应机制;恢复力和摩擦阻力有关重力传感机制的偏差角和摩擦系数之间的力盘阀等等。达朗贝尔原理可以用来建立传感机制的动态方程。之后,重力加速度的传感机制设置为一分之零,和重力传感机制的临界状态影响因素和关键影响因素响应重力感应的准确性和稳定机制。最后,介绍了多体动力学和数值分析是用来分析重力传感机制的运动特征在不同的初始条件。通过引入动态运动模型的重力感应机制更为合理,和运动特征的重力传感机制和响应机制的偏差可以进一步理解,也有利于优化重力传感机理和结构进一步改善响应MAVDT的准确性和稳定性。

2。模型和方法

2.1。达朗贝尔原理

达朗贝尔原理(17- - - - - -21)是一个通用的方法来解决这个问题的非自由粒子系统动力学。这个方法可以用来研究动力学的不平衡利用静力学研究平衡问题,所以它也被称为动态静态方法。达朗贝尔的数学表达式 在哪里是主要的粒子添加到质量,是限制粒子的约束力,是粒子的加速。

达朗贝尔建议的主要力量可以分解成两个部分,和 ,这是

约束力是平衡的吗 ,这是

用于生成惯性力吗 ,这是

因此,方程(1)与静力学平衡方程形式是一致的,和它的物理意义是主要的力量 ,收到的每个粒子系统的粒子,和约束力和惯性力成为系统的平衡力量。在静力学方程,什么是平衡力系是粒子外部对象的力量,但是,在达朗贝尔原理的数学表达式,固有的惯性力是粒子和引入“虚拟力”是为方便解决问题,以便动态问题可以像静态平衡问题处理。

利用达朗贝尔原理分析的运动传感机制可以实现统一的静态平衡分析和动态分析模型。当惯性力分析设置为0,传感机制的临界状态进行分析,然后介绍惯性力分析其运动状态的变化。

2.2。MAVDT分析和数学模型的重力传感机制

如图1、MAVDT包括重力重块、轴承、外管、盘形阀控制结构。

重力块重力传感机制的核心组件的偏差。倾角存在时,重力块会产生反作用力矩总是指向井筒的偏低。李等人。9)证明,如图2当重块的夹角 ,最大的反作用力矩产生见以下方程: 在是恢复力矩,N·m;重力块的重力,N;和的内外直径重力块,分别m;重力块的密度,公斤/米³;重力加速度,价值在本文9.8 m / s²;和的长度是重力块,m。

轴承包括径向轴承和轴向推力轴承。径向轴承是用来实现重力块和外管之间的连接,允许他们自由旋转相对drivenness下恢复力矩。的摩擦阻力矩这部分的总是相反的方向重力重块的相对运动和外芯棒。减少的影响重块的重量在响应精度,实现工具的高灵敏度倾角响应,滚动球轴承通常用作轴向推力轴承。摩擦阻力扭矩这个轴承产生的重力块在相对运动是一样的径向轴承和总是相反的相对运动方向重力块和外管。的值和可以通过以下方程: 在径向轴承的等效摩擦半径,m;是轴向推力轴承的等效摩擦半径,m;径向轴承的摩擦系数;和轴向推力轴承的摩擦系数。

摩擦阻力扭矩阀瓣阀之间的相对运动产生的上阀瓣阀和更低的阀瓣阀之间。上盘阀和重力块圆周方向的一个关键连接。重力的驱动下,他们总是稳定在底部的偏差或倾向于朝着底部的偏差。摩擦转矩的方向重力传感机制的运动相对重力块之间的相对运动方向和主体,并不总是相反的运动方向的重力块。

事实上,盘之间的摩擦阻力扭矩阀门阀瓣阀结构密切相关。本研究中使用的盘形阀结构如图3。之间的摩擦力矩的理论计算公式上、下阀瓣阀门可以简化如下: 在是摩擦阻力扭矩N·m;盘形阀的摩擦系数;是流体的法向力计算出的盘形阀,可以吗 ,在哪里之间的压力分布上、下阀瓣阀门和是流体压力的有效面积之间的上、下阀瓣阀门;相当于摩擦半径的上、下阀瓣阀,m。

如图2,重力感应机制之间的角度和垂直的初始状态;之间的角度是重力感应机制的重心和井筒的偏低。根据分析的重力传感机理和达朗贝尔原理,传感机制的一般动力学方程在这个过程中可以得到如下: 在哪里r是平台质心的距离的中心旋转,m;一个是旋转角加速度, 。从方程(5)- (10)和(11),重力感应的一般方程的动力学机制可以得到如下:

关键影响因素的响应精度和稳定性传感机制进行分析的基础上(12),稳定位置传感机制的动态分析,用数值分析方法分析了深化的稳定特征的理解机制。

3所示。重力感应的设计机制MAVDT基于达朗贝尔原理

重力感应机制,响应精度是指平台可以实现的最小倾角响应,和稳定性是指稳定位置之间的偏差角传感机理和偏低的倾向在这种倾角。重力感应机制需要一定程度的反应稳定在一定范围的倾向;即传感机制必须开始回复当倾角和偏转角度 ,和加速度的平台 在这个时间。和通用动力方程可以转换为静态平衡形式如下:

分析中包含的参数方程(13),结构的限制,可调节范围的内外直径重力块和 ,轴承摩擦半径和 ,和阀瓣阀等效摩擦半径很小,可以被视为定值作为重力块密度和重力加速度 。但是,摩擦系数 , ,和选择按照理想状态的经验值。压强差双方的盘形阀影响支持力的盘形阀是一个近似值获得根据工具性能要求和工作原理,以及是区域的上部和下部阀轴承压差。

基于先前的研究和结构设计、参数的理论值参与传感机制如表所示1在这篇文章中。

代入参数表1到以下方程:

它可以简化如下:

因此,重力感应机制的长度可以根据预期响应计算角度吗和稳定的角度 。

在方程(15),推导和可以用来获得改变的长度吗响应倾角和稳定的偏转角 ,分别,见以下方程:

然后,重力块的长度之间的关系和长度变化率稳定的角度不同反应条件下倾斜角度可以得到如图4。反应好倾角之间的关系与重力块的长度和倾斜角度不同的条件下稳定的角度的变化率重力块的长度可以得到如图5。

这个角之间的飞机产生的重力块的重心和转动轴和井筒偏低的范围从0到2π。当它超过π力的方向是相反的,积极的方向发展。因此,它是合理的,计算重力块长度变成了负值。在这个时候,只有值和变化趋势。从图可以看出4当重力块的最大允许偏转角是相同的,当反应偏差角降低,响应精度要求的增加,所需的重力块长度增加,重力块长度变化的速率对应的偏转角逐渐增加。当偏差角响应是一样的,重力块的时间越长,偏转角度越小当重力传感机制达到稳定。当偏转角范围内 或 ,重力块的长度稳定的角是负相关 。当偏转角范围内 ,重力块的长度和稳定的角度呈正相关吗 。和越接近平面形成的低侧倾角和自旋轴变化率越大重力块的长度 。这是由于重力块最大的恢复力的位置垂直于偏低,重力块长度的增加需要克服摩擦力是最小的。另一方面,如果重力块是需要稳定的偏转角范围越小,所需的长度增加重力块长度大;和稳定的角度越小,越需要的重力块的长度变化率降低稳定角。它还表明,相同条件下的精度偏差反应,重力块的长度越大,所需的质心角越小重力传感机制的反应偏离偏低位置。这个角度可以被认为是静态稳定性角度,但当静态稳定性角度降低到一定值,进一步改善所需的重力块的长度是巨大的。同时,它可以发现,当重力块的长度不变,如果精度要求的偏差反应增加,所需的偏转角稳定性增加;即静态稳定角逐渐增加。

在设计过程中,通常要求机械自动垂直钻井工具可以实现偏差反应时 。根据实际情况,可以稍微增加,但它不应太大。因此,只有偏向角 分析了在图5。从图可以看出,当倾角是常数,稳定角吗是负相关的长度吗重力的块。需要稳定角越小,重力块所需的时间越长,更大的变化的速度重力块的长度,这意味着需要稳定角越小,变化越大重力块的长度需要提高响应精度;偏转角不变时,随着反应以及倾角减少,所需的重力块长度的增加,和重力块的长度的变化率逐渐增加;当重力块的长度是常数,需要稳定角越小,好倾角越大需要实现响应。

对重力块平台,响应倾角和稳定的角度都是重要的性能参数。在设计过程中,预计其响应精度相对较高;也就是说,响应倾角将相对较小,另一方面,它也希望稳定性会更好,这意味着可以回应的偏转角也相对较小,但它可以看出响应精度重力传感机制是负相关的容许稳定偏转角通过数值分析如图4和5。如果需要一个参数增加,它将不可避免地需要牺牲另一个参数的准确性,和它的关系曲线是重力感应的其他参数的影响机制。与此同时,也发现,对重力感应机制,无论多久重力块,总有最低限制偏差角和允许的响应稳定的偏转角。极限值也选择其他平台的相关参数。

如前一篇文章中所述,平台设计过程中一些参数是固定的或有限的结构;可调范围窄。然而,一些参数选择是基于经验或耦合设计根据其他参数要求设计。是否具有相同的长度影响重力感应机制,以及影响重力感应的反应机制,需要深入分析,以确定影响的核心参数和核心组件的性能工具。这是有利于澄清后续工作的方向。因此,的基础上确定重力块的长度之间的关系和响应角度和稳定性的角度,分析了轴承摩擦系数的影响 , ,和和阀瓣阀轴承压力在重力传感机制的长度。这是必要的,进一步获得最优倾角之间的关系好,稳定的偏转角,重力感应机制的长度,进一步提高反应和工作能力的极限重力传感机制。

4所示。分析的关键影响因素MAVDT重力传感机制的性能

4.1。推力轴承的摩擦系数的影响在重力传感机制的性能

结合方程(13)和(14),并设置止推轴承的摩擦系数作为一个变量,然后重力块长度之间的关系推力轴承的摩擦系数和倾角的响应和稳定的角度可以得到如下:

推力球轴承是在设计过程中选择,结合摩擦系数的经验值;本文选择分析其影响重力块的长度范围内的[0.001,0.01]。

当稳定的角度 ,重力块的长度之间的关系和推力轴承的摩擦系数在不同倾斜角度可以得到:

然后,采取的导数 ,变化速率的重力块的长度的改变推力球轴承的摩擦系数在不同倾斜角度可以得到:

如图6,当倾角的响应是常数,推力轴承的摩擦系数增加,重力块的长度增加,利率的变化也增加了。尤其重要的是要注意,当相应的倾角 是必需的,和其他参数保持不变,然后有一个最大的选择当前推力轴承的摩擦系数在选择范围内。例如,当倾角响应 ,推力轴承的摩擦系数必须小于0.0038。否则,无论多么重力块的长度增加,倾斜的反应是不能实现的。同样的,当重力块的长度是常数,推力轴承的摩擦系数越大,井倾角越大所需实现的响应,摩擦系数越大,长度变化速率越大,表明此时响应精度损失的速度也在增加。

4.2。径向轴承的摩擦系数的影响在重力传感机制的性能

相似性,结合方程(13)和(14)和设置径向轴承的摩擦系数作为一个变量,然后重力块长度之间的关系径向轴承的摩擦系数和倾角的响应和稳定的角度可以得到如下方程所示:

分析摩擦系数的影响在重力块的长度的范围[0.001,0.25],分裂成两个间隔的[0.001,0.25]和[0.001,0.01]的范围根据滚动轴承和滑动轴承的摩擦系数。

当稳定的角度 ,重力块的长度之间的关系和径向轴承的摩擦系数在不同倾斜角度可以得到:

然后,采取的导数 ,变化速率重力块的长度与径向轴承的摩擦系数的变化在不同倾斜角度可以得到:

从图可以看出7当倾角响应好是恒定的径向轴承的摩擦系数在0.001到0.25范围,随着径向轴承的摩擦系数增加,重力块长度的增加,变化的速度也增加。和增加 ,增长率的变化速率也增加。当分析是在0.001至0.01的范围,它可以发现,尽管重力块的长度和增长率都在增加增加,增量很小。这表明,当选择滚动轴承径向轴承,它对响应的影响重力传感机制是小,精度也可以证实的增长率曲线如图7 (b)。与此同时,当重力块的长度是常数,推力轴承的摩擦系数就越大 ,好倾角越大所需要的反应,就越大 ,长度变化的速率就越大 ,表明响应精度损失率也将增加。然而,它可以发现,当摩擦系数在0.001 ~ 0.01的范围和重力块的长度是固定的,改变的对响应精度没有影响。

总之,径向轴承的摩擦系数一个相对较小的影响重力感应的反应机制。特别是,当滚动轴承被选中时,人们普遍认为,此时的摩擦系数不会超过0.01及其对响应的准确性的影响几乎是忽略。但应该注意的是,如果响应稳定性要求高,也就是说,稳定角是需要特别小,将成为重大的影响。

4.3。阀瓣阀之间的摩擦系数的影响和流体的法向力在重力传感机制的性能

阀瓣阀之间的摩擦系数和流体之间的法向力阀瓣阀门也有类似的对阀瓣阀门之间的摩阻扭矩的影响,所以他们放在一起进行比较分析。

同样的分析方法被用来作为前;结合方程(13)和(14),并设置阀瓣阀门之间的摩擦系数和流体之间的法向力阀瓣阀门作为变量,然后,重力块长度的关系和与阀瓣阀门之间的摩擦系数和流体之间的法向力阀瓣阀门 ,当响应倾角分别角和稳定 ,可以得到如下方程所示:

当稳定的角度 ,重力块的长度之间的关系和与阀瓣阀门之间的摩擦系数和流体的法向力 ,分别在不同倾斜角度可以得到:

然后,求导和 ,分别;然后,改变利率和重力块的长度与阀瓣阀门之间的摩擦系数的变化和流体的法向力在不同倾斜角度可以得到:

从图可以看出8当所需的反应偏向角是一样的,阀瓣阀门之间的摩擦系数增加,重力块的长度线性增加,随着响应精度要求的增加,即偏向角减少,增长速度逐渐增加。然而,它可以发现,倾角的减小 ,重力块长度的变化率将改变突然在某个位置和增长率将减少,直到它变成了负值。这是因为有一个响应限制重力感应机制,和极限值与其他轴承的摩擦阻力所描述的在前面的分析。

从图可以看出9流体的法向力作用于阀瓣阀门具有相同的影响重力块的长度在不同倾斜角度阀瓣阀之间的摩擦系数都是线性相关,但山坡上是不同的。

摩擦系数和流体的法向力阀瓣阀之间的两个关键因素影响重力传感机制的性能通过阀瓣阀控制机制。通过上面的分析,可以发现其对重力块的长度影响重力传感机制是线性的,和响应精度越高,影响越大。

5。重力感应机制的动态特性分析

在前一篇文章中,传感机制的临界状态开始意识到设计和分析的响应。同时,几个关键参数的相互关系影响传感机制的性能包括机制的长度、角度的倾斜,重心之间的角的机制和偏低,偏转角,轴承的摩擦系数和流体轴向力之间的上、下阀瓣阀门获得,但这只能获得关键的传感机制的反应条件,只有完成了稳定平台的初步设计。在实际使用中,重力感应机制的工作过程是一个动态的过程。在一定的倾角,重力感应机制将不只是在关键的偏转角,和盘之间的负载阀并不总是稳定的,当重平台的起始位置大于临界偏转角,重力感应机制反应是受惯性影响,最后稳定角度不同于关键的偏转角。实际稳定位置具有重要影响垂直钻井工具推动战略,在稳定所需的时间也会直接影响校正精度的工具,因此深入分析平台的动态特性是必要的。

5.1。动态分析模型对重力传感机制

通过分析动态平台的通用方程,它可以发现,平台的运动是一个非线性动态和分析解决方案是难以解决的问题。因此,采用数值分析已成为一个更可行的方法通过模拟。根据前面的平台的分析和设计,三维实体模型如图10建立,其主要参数设置见表1。

在这个研究中,重力块的长度平台的仿真模型被设置为1050毫米。因为负载的变化之间的阀瓣阀门有一个近似的影响稳定的偏转角和响应倾角,平台的动态特性在不同倾斜角度和偏转角下阀瓣阀门之间的负载 分析了本研究在研究过程中减少变量。

在模型建立之后,应该设置的约束模型之前首先进行仿真分析。机械结构,实现组件之间的运动约束通过设置之间的运动对组件。对运动和相关组件参与这个示例如表所示2。

此外,模拟的摩擦关系需要定义每个组件的摩擦阻尼的影响运动的重力感应机制。正如上面提到的,重力感应的摩擦机制主要来自三个来源;第一个是相对径向轴承的摩擦阻力和重力块组件(包括填充物(3),重力块(4),和安装座(5));第二个是相对轴向推力轴承之间的摩擦阻力和重力块组件;最后是较低的盘形阀之间的相对运动和上盘阀。在仿真过程中,零件之间的摩擦是通过添加定义接触,摩擦模型采用库仑摩擦模型。

5.2。好倾角的影响重力感应机制的动态特性

在前一篇文章中,定义阀瓣阀之间的力量,之间的角度是重力感应机制的质心和偏低的倾向,然后呢倾角。然后,当 和 ,的振荡曲线的中心平台的质量Y方向在不同倾斜角度可以得到如图11。

一旦之间的力加载阀瓣阀门是常数,阀瓣阀门之间的摩擦阻力是固定的。如图11,如果倾角的数量增加,质量中心的摇摆的最低点势能逐渐增加,但振幅逐渐减小。如图12的频域响应分析质心的重力感应的机制Y方向不同倾斜角度下显示倾角增加,重力感应的摆动周期机制变得更加明显,这类似于质心运动曲线的变化趋势如图11。并与倾角的增加, ,重力感应机制的摇摆的频率逐渐增加。

它可以通过分析发现稳定的位置和重力传感机制不是线性的稳定时间与倾角有关 ,但总的来说,倾角的摇摆的循环次数的增加,重力感应机制显著增加,和稳定所需的时间逐渐增加,而稳定位置逐渐转向势能的最低点。这是因为倾角的增加会导致增加圆周组件,和最初的势能也更大。因此,不断摩擦的情况下,需要更长的时间能量转换。随着圆周方向的力的增加,所需的偏转角克服摩擦力在同一倾角也较小,所以它的稳定位置逐渐转向的方向低势能。

5.3。摩擦阻力的影响重力传感机制的动态性能

正如上面提到的,之间的摩擦系数径向轴承和止推轴承和重力块重力感应机制,阀瓣阀门之间的摩擦系数,阀瓣阀门之间的交互的法向力的作用下流体压力有重要影响的设计重力传感机制。同时,平台不稳定临界点的响应过程中动态的行动。然而,它的动态稳定位置有更直接的意义的表现平台。因此,有必要分析每个关键设计参数的影响在这个平台的动态性能。

根据分析在前一篇文章中,阀瓣阀门之间的摩擦阻力是影响性能的一个重要因素重力感应机制,它是线性相关的阀瓣阀门之间的相互作用力和阀瓣阀门之间的摩擦系数。本节需要的重力传感机制稳定的偏转角 和倾角 选择为研究对象。让轴承摩擦系数和阀瓣阀门和其他参数之间的摩擦系数是常数和加载10 N, 100 N, 300 N, 500 N, 650 N之间的上、下阀瓣阀门,分别。然后,观察和分析摇摆质心的轨迹Y方向如图13。

从图可以看出13,作为上、下阀瓣阀门之间的负载增加,重力感应的摇摆的循环次数机制的重心Y方向逐渐降低,稳定时间逐渐缩短,其稳定位置逐渐偏离零轴(零势能点)的位置。后负荷增加到650 N,它是稳定的初始位置不摆动。

但是,类似于改变倾角,当加载力减小,重力感应机制的稳定位置逐渐转向势能零点的方向。它也可以发现,当加载力达到300 N,重心也稳定在势能零点。尽管稳定位置逐渐偏离零势能点,直到没有反应随着负载的增加,稳定所需的时间逐渐增加。

理解摩擦阻尼的影响在重力感应的运动机制,负载增加的数量分析,和重力传感机制在不同负载下的摇摆曲线如图所示14。

当上部和下部阀瓣阀门之间的交互负载很大,传感机制上的摩擦力比较大,和加速度传感机制的圆周方向很小,所以它并不足以摇摆的平台,较低的一边倾斜。较低的倾向是定义为零势能的位置。在这个阶段,阀瓣阀门之间的交互负载减少,稳定的位置传感机制逐渐转向势能零点的方向,和稳定时间逐渐缩短。这是因为随着负载的减小,摩擦逐渐减少,和增加初始加速度,所以传感机制可以达到稳定位置更快。

负载之间的交互的进一步降低上部和下部阀瓣阀门、稳定平台的初始加速度是大到足以穿过零势能点,但是由于摩擦力对复原力矩的摆动到另一边,加速度的方向是相反方向的速度,导致速度逐渐减小为零。这时,复原力矩的值在其生成稳定的位置并不足以克服摩擦力的作用,使它再次摇摆。在这个阶段,如图14 (b)随着负载的降低,稳定位置逐渐偏离偏低的偏差。达到稳定所需的时间也缩短了随着负载的减少。

的进一步减少负载,当传感机制波动到另一边的势能零点和速度首次降到零,这个职位的反作用力矩值大于摩擦阻力值和加速度值大于零,指向零点的势能。因此,重力感应机制不稳定在第一速度零点位置但将再次势能零点方向,如图14 (c);在这个阶段,稳定的立场是一样的,如图(14日)。同样,随着负载的减少,它逐渐转向的方向势能为零,随着负载的降低和稳定时间减少。

通过进一步分析重力传感机制的摇摆曲线随着负载的减少,它可以发现之间的关系稳定位置的重力传感机理和摩擦力状态有关,重力感应机制通过势能零点和速度的零点和恢复力矩的作用下摩擦。更精确地说,当负载传感机制不能穿过零势能点,稳定的位置传感机制逐渐转向势能为零的方向随着负载的减少。当它并不足以通过第一速度零点稳定的地位将逐渐偏离的方向势能零点随着负载的减少。传递速度零点后,它将再次进入循环,直到稳定在某一位置。但总的来说,稳定的位置逐渐转向势能为零的方向随着负载的减少,这也与之前的分析一致。

稳定时间增加随着负载的减少重力传感机制。但由于势能零点之间的间隔和速度是交叉的零点,稳定时间也缩短随着负载的减少。

分析盘之间的相互作用力的影响阀门的摆动频率重力感应机制,本文选择重力传感机制倾角 为研究对象,得出其重心摇摆曲线在不同负载下,如图15。可以发现,随着负载的减少,传感机制的摆动周期的数量逐渐增加,和稳定的时间逐渐增加。稳定的位置势能零点附近波动。但是当负载是10 N,它背离远离零势能点超过300 N,这也证明了稳定的位置是没有直接关系的负载。

摇摆曲线的频率响应分析重力传感机制的重心,执行和结果如图16。从图可以看出,随着负载的增加,重力感应的摇摆周期特征机制减弱,但摇摆频率仍基本稳定。

事实上,轴承的摩擦系数的影响以及阀瓣阀门之间的摩擦系数的摇摆重力传感机理进行了分析,结果类似于之间的相互作用力的影响上、下阀瓣阀门重力感应的swing法律机制;区别在于效应的大小。其中,阀瓣阀门之间的交互负载通常是相对较大的,以及阀瓣阀门之间的摩擦系数比轴承的摩擦系数大得多,所以阀瓣阀门之间的摩擦系数传感机制有更重要的影响。

6。讨论

本文介绍了动态方法在设计过程中MAVDT重力感应的机制。在这个过程中,有一些新发现:(1)有冲突的响应精度和控制稳定性传感机制。响应精度高往往意味着控制稳定性差。根据每个关键参数影响的分析平台的性能,对响应精度和稳定性的影响是相反的。(2)轴向推力轴承的摩擦系数的重力传感机制具有重要影响重力传感机制的性能。有一个极限值的许用摩擦系数对重力传感机制与某些结构参数。当推力轴承的摩擦系数超过极限值,重力感应机制将不能实现倾角响应在任意倾角和偏转角度。(3)盘之间的摩擦系数阀门和阀瓣阀门之间的力传感机制有一个线性传感性能的影响机制,以及偏差角越小,影响越大的力系数或阀瓣阀门之间的摩擦系数的长度重力传感机制。(4)在动态的过程中,重力感应机制的动态稳定位置与相对关系的恢复力重力传感机理和摩擦阻尼。更精确地说,它是与势能零点和速度零点之前在重力传感机制摇摆过程中达到动态稳定的位置。当负载传感机制不能穿过零势能点,稳定的位置传感机制逐渐转向势能为零的方向随着负载的减少。当它并不足以通过第一速度零点稳定的地位将逐渐偏离的方向势能零点随着负载的减少。传递速度零点后,它将再次进入循环,直到稳定在某一位置。但总的来说,稳定的位置逐渐转向势能为零的方向随着负载的减少。

这是有利于了解工具的动态工作特性和优化的性能工具。然而,工具的性能不仅受偏差角,位置偏转角,和阀瓣阀门之间的轴向载荷的变化在实际使用中,还通过井底轴向振动,旋转,粘滑运动,和其他因素,这将促进力传感机制的变化在工作更加复杂,动态特性的传感机制将不可避免地发生变化,这将影响MAVDT的实际工作性能。因此,这应该是集中在随后的研究工作。

7所示。结论

重力感应机制的一般动力学方程建立了基于达朗贝尔原理分析了在重力传感机制。由于其复杂的动力学方程形式和解决困难,本文以临界响应加速度值为零的位置传感机制为研究对象完成传感机制初步设计和分析力的影响上盘阀之间的传感机制的性能。基于恢复稳定平台的关键位置的分析,数值分析是用来分析倾角的影响和摩擦阻力的动态稳定位置重力传感机制。在这个过程中可以获得一些重要结论:(1)在实际的设计过程中,反应灵敏度和控制稳定性的要求应该根据项目的需要。他们必须平衡。(2)阀瓣阀之间的摩擦阻力对平台性能影响最大的。阀瓣阀可以优化减少阀瓣阀门之间的摩擦系数和流体压力作用于接触表面。(3)减少摩擦阻力有利于提高反应灵敏度,所以减少摩擦是机械设计中一个重要部分自动垂直钻井工具,但其影响应考虑稳定位置。

数据可用性

表中的数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。数据中的数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者((电子邮件保护))要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了中国国家重点研发项目(2016 yfe0202200),自然科学基金(51704264),中国地质科学院的基础研究基金(JYYWF20180501)和基础研究基金为中央大学(2-9-2018-096)。