□ 張志偉 □ 郝建旭 □ 李永飛

1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司 陜西寶雞 7210022.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心 陜西寶雞 721002

1 研究背景

鉆井泵組是鉆機(jī)的主要部件,基于鉆機(jī)的布局具有多種結(jié)構(gòu)形式,因此存在較多的重復(fù)設(shè)計(jì)。對(duì)泵組劃分出一些通用性較強(qiáng)的功能模塊,設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)鉆機(jī)的配置要求對(duì)這些模塊進(jìn)行選擇,可以構(gòu)成不同配置的泵組,在工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用中已較為普遍[1-3]。鉆井泵組主要由鉆井泵、底座、灌注系統(tǒng)、潤(rùn)滑油路、噴淋系統(tǒng)、動(dòng)力裝置等部件組成,這些部件之間的接口一般不變。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)人員而言,接口需要逐一核對(duì),尤其是核對(duì)不同泵組部件之間借用的情況。

對(duì)鉆井泵組進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的目的是減少重復(fù)性設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)能夠很好地展現(xiàn)泵組的整體結(jié)構(gòu)布局,避免出現(xiàn)相同或類(lèi)似結(jié)構(gòu)的重復(fù)設(shè)計(jì),從而有效縮短泵組產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,增強(qiáng)產(chǎn)品宣傳與用戶交流,具有現(xiàn)實(shí)意義[4-5]。

2 模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 模塊劃分

鉆井泵組的結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括鉆井泵、底座、灌注系統(tǒng)、潤(rùn)滑油路、噴淋系統(tǒng)、動(dòng)力裝置等部件。鉆井泵組設(shè)計(jì)時(shí),這些部件間的接口一般不發(fā)生變化,并且這些部件與鉆井泵組都存在互相對(duì)應(yīng)的接口裝配關(guān)系。

▲圖1 鉆井泵組結(jié)構(gòu)

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理論，將泵組劃分為相對(duì)獨(dú)立的九個(gè)模塊。模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以形成不同的模塊實(shí)體[6-9]。鉆井泵組模塊劃分如圖2及表1所示。

▲圖2 鉆井泵組模塊劃分

表1 鉆井泵組模塊劃分

2.2 接口規(guī)劃

鉆井泵組模塊接口劃分見(jiàn)表2,在鉆井泵組結(jié)構(gòu)不變的前提下,這些接口不會(huì)變化。在接口規(guī)劃時(shí),將兩個(gè)部件用于連接的接口部分分別設(shè)計(jì)為針端、孔端形式,然后通過(guò)接口實(shí)體坐標(biāo)系的方向設(shè)定兩個(gè)模塊的安裝方向。鉆井泵組模塊化設(shè)計(jì)中,規(guī)定坐標(biāo)系Z軸由針端指向孔端。因鉆井泵組部件存在較多的接口,故需要對(duì)不同的接口坐標(biāo)系進(jìn)行命名。當(dāng)選擇不同模塊時(shí),可以通過(guò)不同的接口信息進(jìn)行鉆井泵組的自動(dòng)裝配,并最終形成功能相同但配置不同的鉆井泵組[10]。部分接口實(shí)體如圖3所示。

表2 鉆井泵組模塊接口劃分

2.3 骨架建模

鉆井泵組模塊骨架劃分見(jiàn)表3。鉆井泵組各模塊及接口劃分后,由于不同模塊有空間布局的限制,因此根據(jù)每個(gè)模塊的最大允許空間要求來(lái)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)。部分骨架實(shí)體如圖4所示。各個(gè)骨架通過(guò)相對(duì)應(yīng)的接口裝配成鉆井泵組模板后,不應(yīng)存在干涉的情況。

▲圖3 部分接口實(shí)體

表3 鉆井泵組模塊骨架劃分

2.4 骨架模型裝配

鉆井泵組各模塊的骨架建模完成后,按照規(guī)劃好的接口信息,將各骨架模型通過(guò)相應(yīng)的接口坐標(biāo)位置關(guān)系裝配為鉆井泵組模板,如圖5所示。后期不同的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊時(shí),應(yīng)以骨架的包掠空間為邊界,以骨架上的接口為基礎(chǔ),對(duì)骨架所對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.5 泵組模塊實(shí)體設(shè)計(jì)與擴(kuò)展

鉆井泵組骨架模型裝配完成后,設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要在模塊骨架及接口的基礎(chǔ)上進(jìn)行各個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì),部分模塊實(shí)體如圖6所示。由于不同的設(shè)計(jì)人員在模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)所參照的接口及骨架是不變的,因此各模塊設(shè)計(jì)完成后通過(guò)接口信息就可以裝配成相對(duì)應(yīng)類(lèi)型的鉆井泵組,并且各個(gè)模塊之間不會(huì)產(chǎn)生干涉。

▲圖4 部分骨架實(shí)體

▲圖5 鉆井泵組模板

▲圖6 部分模塊實(shí)體

3 基于軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

鉆井泵組接口實(shí)體、骨架實(shí)體、模塊實(shí)體統(tǒng)一導(dǎo)入Teamcenter軟件文件庫(kù),并在Rulestream產(chǎn)品配置器中形成可供選擇的各類(lèi)型鉆井泵組模板。模板選定后,Rulestreem產(chǎn)品配置器自動(dòng)調(diào)用相關(guān)的模塊,如圖7所示。模塊選擇完成后,在Rulestreem配置器中可以自動(dòng)生成鉆井泵組的配置清單,如圖8所示。同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)Unigraphics NX設(shè)計(jì)軟件，將所選的模塊自動(dòng)裝配成相對(duì)應(yīng)的鉆井泵組三維模型,如圖9所示。

▲圖7 模塊調(diào)用界面

▲圖8 鉆井泵組配置清單界面

▲圖9 鉆井泵組三維模型界面

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者研究了模塊化設(shè)計(jì)在鉆井泵組中的應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)將鉆井泵組部件之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化,并通過(guò)Rulestream配置器對(duì)不同類(lèi)型的鉆井泵組與相對(duì)應(yīng)的模塊建立裝配關(guān)系,縮短了鉆井泵組的設(shè)計(jì)周期。

通過(guò)Rulestream配置器,設(shè)計(jì)人員可以快速完成滿足需求的新鉆井泵組設(shè)計(jì),并且能夠直觀形象地向用戶進(jìn)行展示。

通過(guò)在Rulestream配置器中選擇對(duì)應(yīng)的鉆井泵組模塊,并通過(guò)自動(dòng)調(diào)用Unigraphics NX軟件,可以實(shí)現(xiàn)新鉆井泵組的快速自動(dòng)裝配,生成用于指導(dǎo)生產(chǎn)的產(chǎn)品配置單。

由于鉆井泵組各模塊是以不干涉骨架模型及不變接口為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,因此不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)鉆井泵組時(shí),不會(huì)出現(xiàn)模塊間的干涉,從而保證了鉆井泵組裝配的正確性。

通過(guò)對(duì)鉆井泵組模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),形成每個(gè)模塊的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù),同時(shí)導(dǎo)出相應(yīng)的配置清單,可用于指導(dǎo)生產(chǎn)。