开题报告李栋栋1221终-精品文档整理.pptx

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1、学硕二年级螺杆钻具定子内轮廓测量系统设计与结构优化汇报学生：李栋栋 指导老师：王洪喜（教授）西安工业大学汇报时间：2020年12月22日专硕二年级 目 录Contents1课题背景、国内外研究动态及实践应用价值2研究方案（技术路线、研究方法及实验手段）3研究内容及拟解决的工程实践问题45预期效果6要课题进度及安排创新点课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值Part 11.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值1.1 课题的背景 螺杆钻具是如今钻井作业中

2、十分重要的工具，在石油勘探和油田开发过程中钻井一直十分重要，因为钻井工作是勘探和开发过程中最重要的一个环节，而螺杆钻具就是钻井工作中不可或缺的器具。图1所示。图 1 螺杆钻具定子结构示意图1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值使用从日本进口的5英寸S135内外加厚螺杆钻具定子，在全部使用新钻具的情况下，仅在4个月时间300多余支螺杆钻具定子端面压陷，导致胀裂；胜利油田滇黔桂油田新疆塔里木探区发生20多起螺杆钻具定子内螺纹纵裂失效；内外加厚新钻具内螺纹

3、端面压陷及膨胀失效事故。原因分析螺杆钻具定子生产时有缺陷，质量检测技术不成熟；使用过程中没有进行磨损检测、寿命预估等措施。1.1 课题的背景石油管材研究中心1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值课题来源：本课题是针对以上工程问题而拟定的，本课题是一项拟定的横向项目。课题来源1.1 课题的背景1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外

4、研究动态及实践应用价值1.2 课题的国内外研究动态2008年，Benoit 针对管状零件内径磨损检测困难，提出了涡流阵技术，通过通电线圈产生涡流、两套定心轮进行定位来实现细长管内径磨损的测量。定心机构每个支点接触面积小，用于光滑管类零件的细长管类零件。2012年，军械工程学院研制了伞状光栅测径仪。利用双伞弹性定心机构完成了不同火炮身管内膛线的自动定心。依次按“米”字型转动测杆手柄，传感器完成测量。双伞定心机构与炮膛线接触面为各个伞针，不适用于螺杆钻具定子内轮廓的定心。1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动

5、态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值1.2 课题的国内外研究动态2012年12月，邢书剑针对内径测量自动定心问题，提出了双椎体主轴同步定心的方法。通过行走电机驱动测量系统在被测轴孔内自由移动到目标位置后，定心驱动电机实现测量系统自动定心，构建测量基准轴线，然后由扫描驱动电机带动同步扫描连接机构绕测量基准轴线旋转进行一周的测量。双锥体与定心支撑臂16之间的摩擦力大，与内径接触面积小，适用于光滑管类零件的细长管类零件。1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外

6、研究动态及实践应用价值1.2 课题的国内外研究动态2017年，郑立评等人针对不同口径的火炮身管自动动心，提出了伞状定心结构测量仪器，该仪器由伞状定心机构和测量机构组成。测量精度达到0.1mm。实现了不同直径自动定心，但定心误差较大，适用于不同直径光滑内圆自动定心。1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值1.2 课题的国内外研究动态2019年，胡备等人提出了一种基于激光位移传感器测量火炮身管内径的测试系统。该装置通过控制步进电机带动激光位移传感器进行测量

7、并绘制出身管内径实际轮廓和标准圆，完成了对火炮内轮廓进行描绘。提出测量系统原理，没有详细的定心机构结构。2021年，王磊等人提出了一种激光与视觉复合的火炮内膛线检测方法。该方法采用激光位移传感器获取火炮膛线截面位移数据后通过RANSAC算法排除异点，对得到的阴、阳线数据进行拟合与优化，计算出膛线直径。定心机构较简单，不适用于不同内径自动定心。1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值1.2 课题的国内外研究动态美国Qi2公司 横跨多个螺距，接触面积较大，

8、利用“收缩、膨胀”的机械结构实现不同内径的自动定心。暂无专利。1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值总结虽然国内外学者在细长管内轮廓测量方面做出了较多的研究工作，但是对于螺杆钻具定子内轮廓的测量，尤其是在国内，到目前为止尚未有理论研究和产品设备。细长管内管内轮廓廓测量系量系统定心机构定心机构结构构测量精度量精度传感器感器优点点不足不足涡流阵技术8个周向均布滚轮支撑0.03mm涡流电流阵列精度较高接触面积小伞状光栅测径仪双伞弹性定心结构0.02mm窥膛

9、传感器满足阿贝原则精度较高接触面积小伞状定心结构测量仪双伞定心结构0.1mm光栅测量测量仪器两头有锥孔，便于延长接触面积小美国Qi2公司3个周向均布支撑杆0.05mm激光位移传感器满足阿贝原则接触面积大接触面积大1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值细长管内管内轮廓廓测量系量系统定心机构定心机构结构构测量精度量精度传感器感器优点点不足不足B283测经仪8个周向均布滚轮支撑0.05mm不满足阿贝原则接触面积小伞状光栅测径仪双伞弹性定心结构0.02mm窥

10、膛传感器满足阿贝原则接触面积小伞状定心结构测量仪美国Qi2公司0.05mm总结1.课题的背景和应用价值2.研究内容及拟解决的工程实践问题3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排1.背景、研究动态、应用价值1.课题的背景、国内外研究动态及实践应用价值1.3 研究课题的实践应用价值课题螺杆钻具定子内轮廓的测量系统采用平行四边形同步定心机构与激光位移传感器相结合的螺杆钻具定子内轮廓测量系统螺杆钻具定子内轮廓测量系统具有非常广阔的应用前景和实践应用价值，具体主要体现在以下3个方面：（1）实现螺杆钻具定子内轮廓精确定心（2）在螺杆钻具定子生产制造中实现产品质量检测（3）实现磨损（为寿命预估

11、提供依据）、锈斑、零件缺陷检测研究内容及拟解决的工程实践问题Part 21.背景、研究动态、应用价值2.国内外研究现状3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排2.研究内容及拟解决的工程实践问题2.研究内容及拟解决的工程实践问题2.1 研究课题的主要内容（1）测量系统的总体方案（2）研究系统定心机构的结构设计（3）传感器部分（4）实验部分在全面考察国内外螺杆钻具定子内轮廓测量技术发展历程的基础上，提出螺杆钻具定子内轮廓测量系统的总体设计方案。换径调节环粗调弹簧预紧力的设计；定心机构在定子内轮廓中进行力的分析，弹簧预紧力使支撑杆与定子内轮廓可靠接触；优化定心机构的结构；定心机构的详细

12、设计。通过其支架的旋转实现传感器的周向测量；综合测量精度达到0.05mm，径向测量位移30mm，拟采用激光位移传感器，据此对传感器选型；采用编码器控制传感器采样。螺杆钻定子内轮廓测量系统对螺杆钻具定子内轮廓进行实验测量，并对测量结果进行分析。1.背景、研究动态、应用价值2.国内外研究现状3.研究方案 4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排2.研究内容及拟解决的工程实践问题2.研究内容及拟解决的工程实践问题2.1 研究课题拟解决的工程实践问题（1）产品质量检测 通过测量轮廓数据与标准轮廓数据对比，在螺杆钻具定子生产制造中实现产品质量检测。（3）实现零件缺陷、锈斑检测对于刚生产的螺杆钻具定子内轮

13、廓的缺陷检测，提高螺杆钻具定子的可靠性。对已使用一段时间的螺杆钻具定子进行内轮廓检测，其数据与新钻具定子检测数据对比，以便提前更换合格的定子，避免使用过程中的失效引发事故。（2）寿命预估对已磨损的螺杆钻具定子内轮廓进行检测，为螺杆钻具的寿命预估所需要的评价参数和故障诊断提供指导。课题的研究方法Part 31.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.1 课题的技术路线 对细长管内轮廓相关文献进行调研，以火炮身管内膛线的检测作为细长管内轮廓测量的典型来研究。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内

14、容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方法 螺杆钻具定子内轮廓测量系统的研究与设计采用文献综合研究法，通过查阅细长管内轮廓测量相关文献，以火炮身管内膛线的检测系统作为细长管内轮廓测量系统的典型对螺杆钻具定子内轮廓测量系统展开研究与设计并进行文章的构思。（1）系统测量方法 调节换径环后，手动插入定子内孔，旋转手柄带动激光位移传感器完成周向测量。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方法（2

15、）系统自动定心机构设计方案定心机构设计原则 定心机构的设计原则是不论身管内径如何变化，定心机构都能保证测量装置的轴线与身管的轴线保持重合，进而保证测点直径与螺杆钻具定子内轮廓直径重合。图 26螺杆钻具定子内轮廓剖视图1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方法（2）系统自动定心机构设计方案工作原理 根据待测内径大小调节好换径调节环并锁定，然后插入螺杆钻具定子内径中，弹簧预紧力会根据内径大小自动以合适的摩擦力使支撑杆与螺杆钻具内轮廓可靠接触，从而定心机构膨胀达到自动定心。1.

16、背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方法（3）系统自动定心机构设计方案定心机构在管内运行的摩擦力分析 当定心装置在待测截面时，弹簧预紧力F使支撑臂作用与支撑杆，最后支撑杆以正压力N与螺杆钻具定子内轮廓始终保证接触，实现了定心机构的中心轴与螺杆钻具定子内轮廓中心重合，从而完成定心机构的自动定心。机械简图如图 所示。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方

17、法（2）系统自动定心机构设计方案定心机构 结构优化 通过分析计算分析计算自动定心机构支撑杆与螺杆钻具定子内轮廓之间始终保持着可靠的接触来保证螺杆钻具定子中心轴线与测量轴线重合，对定心机构的结构优化，进一步对定心机构的各个零件进行详细设计进行详细设计。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.2 课题的研究方法（3）系统传感器部分传感器选型 1.拟采用激光位移传感器进行轮廓数据的采集；2.所达到的测量精度要求0.05mm，对激光位移传感器选型。传感器支架的旋转及采样方案 1.转动手柄带动传感

18、器支架实现激光位移传感器的周向旋转；2.编码器控制激光位移传感器按照旋转一定的角度进行采样。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.3实验手段 阅读国内外相关细长管内轮廓测量技术的相关文献，主要查阅了以火炮身管膛线检测为典型的测量技术，在此基础上提出了螺杆钻定子内轮廓测量系统的总体方案。本课题在调研火炮身管双伞结构的定心机构基础上利用三维建模软件Solidwoorks建立以一种新型的平行四边形同步定心机构的三维模型。定心机构设计采取的实验手段系统的总体方案采取的手段1.背景、研究动态、应

19、用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.3实验手段优化定心结构 为了解决在定心时定心机构与螺杆钻具定子内轮廓没有悬空的问题，火炮身管内膛线比螺杆钻具定子缠线细，螺距小，因此研究了增大接触面积的方法。1.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题要目的和内容4.创新点5.预期效果6.课题进度及安排3.研究方案3.课题的研究方案3.3实验手段力学分析手段 1.先用Solidworks对定心机构进行三维建模。2.再用有限元分析软件Ansys Workbench对其进行仿真分析，得到其 力学特性。实验

20、手段 1.对螺杆钻具定子内轮廓进行实验测量，并分析其结果。创新点Part 41.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题3.课题的主要目的和内容 5.预期效果6.课题进度及安排4.创新点4.创新点创新点新点完成螺杆钻具定子内轮廓测量系统定心机构的机械设计。预期效果Part 51.背景、研究动态、应用价值2.研究内容、拟解决的工程实践问题3.课题的主要目的和内容 4.创新点6.课题进度及安排5.预期效果5.预期效果预期效果期效果设计出一种适用于螺杆钻具定子直径100-200mm；长度5-10m的螺杆钻具定子内轮廓的测量。完成测量系统自动定心机构的研究与设计完成定心机构的力学分析对定心机构进行详细设计完成螺杆钻具定子内轮廓的测量系统进行螺杆钻具定子内轮廓的测量实验，并分析结果课题进度及安排Part 6课题进度及安排2021.92021.122022.32022.72022.122023.2查阅相关资料给出总体方案准备开题进行定心机构的力学分析进行定心机构的详细设计准备中期完成测量系统的搭建，进行实验对所做工作进行检查、完善撰写毕业论文准备毕业答辩时间段一时间段二时间段三时间段四时间段五感谢各位老师批评指正！2021汇报学生：李栋栋 指导老师：王洪喜