三维CAD助北石顶驱走向世界

潘多拉

谈到CAXA三维创新设计软件对北石厂顶驱装置研发的所起的作用，北石厂总工程师邹连阳说：“我们用最先进的技术设计出了最好的产品！一年时间完成从设计到样机，没有三维设计软件是不可能的，我们将3年时间变成了1年时间，从我们的亲身感受可以把CAXA三维创新设计在顶驱装置设计中归纳为：一挥而就（快速） 一次成功（节省） 一步到位（优化）。”邹总还具体说明了三个一的含义：

一挥而就，体现在快速。从2003年1月立项，2004年1月就完成了整体设计。在短短一年时间就把价值800万的顶驱装置设计出来了！一般传统设计至少需要三年的时间才能完成，但是我们在一年之间就完成了从设计到做出样机的整个过程。

一次成功，设计上没有返工，实验上没有失败。此顶驱装置2004年1月进行试验，2004年3月份就直接上井工作了。这个价值800万的装置，如果我们按照传统方式做个样机出来试验，没有问题再生产成品去买，首先样机的800万是肯定要花的，而且如果样机不合格，多次返工重新修改和生产样机要花多少钱就可想而知了。但是利用CAXA三维创新设计软件，我们只需要做个虚拟的样机，然后直接做一个成品。所以一次成功节省了大量的金钱和时间，这个效率非常明显。
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$ h; G) ~: P8 p" U一步到位，三维数字化设计非常直观可见，可以做看得到想得到的任何东西，由于可以在二维环境里面直接看到三维样机，还可以随意的翻过来掉过去，上下左右看，能看到所有的想到和没想到的缺陷，所以产品出来后，从2003年起步，到2006年的今天，三年时间过去了，90％的设计和三年前完全一样，没有大的返工率，也没有重新设计，这种一步到位也节约了大量的时间和金钱。
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举个简单的例子如顶驱中提环的设计，此零件我们完全是从三维设计开始的，没有二维图，我们在三维环境中经过反复的设计仿真，最后为了使提环应力分布更合理，将圆截面改为方截面，同时改善了提环上部内侧局部应力分布。

1、初始设计及计算结果
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由计算结果知销子孔处局部应力过大不满足API要求，所以对其结构进行改进。

2、第一次改进后结构及计算结果
将销子连接处圆柱面改为方形。由计算结果知销子孔处局部应力较初始设计有所改善。但是还不能满足强度要求。

3、第二次改进后结构及计算结果
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2 k) K- s! l' M; p' f- D. z再次改进结构，加大销子孔中心和提环最下部的距离。由计算结果知销子孔处局部应力正好满足API安全系数2.25的要求。

4、最终结构及计算结果
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为了使提环应力分布更合理，将圆截面改为方截面。改进后销子孔处局部应力满足要求。同时改善了提环上部内侧局部应力分布。

还有顶驱中的减速箱，在三维设计中进行了19次的修改，一直没出二维图纸，在19次修改后，才生产二维图纸拿到德国进行加工的。如果使用传统的方式利用二维图纸进行木模，需要花费的时间和资金就可想而知了。
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2005年北石厂又承担国家发改委重大科技项目，中石油2005年重大科技专项9000米钻机暨配套顶驱装置，这个项目在2005年1月14日立项，2005年9月份出产品，10月份产品出现场，12月份产品安装完成了，现在已经在使用了。这个项目又一次验证了CAXA三维创新软件的三个一：一挥而就、一次成功、一步到位。如果仔细算利用CAXA三维创新设计软件单在这个项目上节省的资金是可以算得出来的。除了顶驱装置，在其他主导产品上也是类似的使用效果，就无法一一估算了。

北石厂自行研制生产的顶驱装置荣获了中国石油天然气集团公司2005年度技术创新一等奖、2005年中国石油集团科技十大进展奖以及2006年度国家科技进步奖的候选项目。截至到2006年3月顶驱销售超过30台，出口的国家包括美国、巴基斯坦、哈萨克斯坦、沙特、埃塞俄比亚、伊拉克和伊朗七个国家。该重大钻井装备获得了多项国家专利技术，填补了国内空白，代表着钻井工艺技术和机电液一体化石油专用设备制造的最高水平，是钻井装备的一次革命，是21世纪钻井装备的发展方向