br>[0302]Si、S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0303]A-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0304] a --為井架起升角度（〇~90度）
[0305] ②計(jì)算力臂c與起升角a的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡化為一定點(diǎn)。
[0307]式中：
[0308] S3-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0309] B-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0310] a --為井架起升角度（〇~90度）
[0311] ③計(jì)算力臂a與起升角a的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡化為一定點(diǎn)。
[0313]式中：
[0314]S4、S5-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0315] C-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0316]a--為井架起升角度（〇~90度）
[0317] ④計(jì)算起升大繩拉力F、快繩拉力P與起升角a的關(guān)系式：做為初步計(jì)算，忽略了 空間小角度、繩索的變形以及游車、大鉤的重力。
[0319]式中：
[0320]F-為起升大繩拉力F
[0321]P-為快繩拉力
[0322]a--為井架起升角度（〇~90度）
[0323] L-為井架起升到a角度時(shí)，該段起升大繩的長度
[0324] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0325]Si、S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0326] ⑤計(jì)算起升力P與起升角a的關(guān)系式：
[0329]式中：
[0330] Gf-為井架自重
[0331] G2-為天車自重
[0332] P-為快繩拉力
[0333] a--為井架起升角度（〇~90度）
[0334] L-為井架起升到a角度時(shí)，該段起升大繩的長度
[0335] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0336]SpSpS^SpSs-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0337] 陸地鉆機(jī)操作模擬方法包括：用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)井架/底座的起升/下放操 作的方法、用于模擬陸地鉆機(jī)起鉆和下鉆操作的方法、用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的方法 以及用于模擬陸地鉆機(jī)事故應(yīng)急操作的方法。
[0338] 其中用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)井架/底座的起升/下放操作的方法主要模擬了鉆機(jī) 安裝過程中的井架的起升下放操作，以及底座的起升下放操作，要求培訓(xùn)學(xué)員正確掌握對 應(yīng)操作步驟以及安全要求，做到平穩(wěn)安全的完成對應(yīng)操作，其具體包括以下操作步驟，：
[0339] (1)井架起升操作步驟：如附圖8所示，開始作業(yè)，操作絞車并緩慢繃緊起升大繩， 在提升井架預(yù)定高度，優(yōu)選為〇. 2米后，進(jìn)行首次檢查，然后下放井架至坐穩(wěn)于支架上，再 將井架提升至預(yù)定高度，優(yōu)選為〇. 2米后，進(jìn)行二次檢查，然后下放井架至坐穩(wěn)于支架上， 兩次檢查均合格后，正式起升井架，首先起升井架至與地面呈60度角，操作液壓緩沖油缸， 伸出預(yù)定長度，優(yōu)選為〇. 48米，保持一定時(shí)間后，再起升井架至與地面呈大約80度角，操作 液壓緩沖油缸回收至原始位置，以使井架依靠自重緩慢靠穩(wěn)于人字架上，待井架立直后，打 上U型卡，結(jié)束作業(yè)；
[0340] (2)底座起升操作步驟：如附圖9所示，開始作業(yè)，起升底座人字架，在底座人字架 下端打入銷軸后拆掉上座與基座間銷軸，當(dāng)起升底座至上座離開基座預(yù)定高度，優(yōu)選為〇. 2 米后，進(jìn)行安全檢查，然后下放上座，至將上座坐穩(wěn)于基座上，檢查合格后，正式起升底座， 在起升底座過程中，操作液壓緩沖油缸伸出預(yù)定長度，優(yōu)選為〇. 6米，當(dāng)上座與地面呈大約 80度角時(shí)，操作液壓緩沖油缸縮回，使上座依靠自重緩慢坐穩(wěn)于底座人字架上，在上座與底 座人字架上端打入銷軸，結(jié)束作業(yè)；
[0341] (3)底座下放操作步驟：如附圖10所示，開始作業(yè)，拆掉上座與底座人字架上端的 銷軸，利用緩沖油缸，將上座推離垂直位置，使上座依靠自身重力不斷下降，控制下降速度， 使上座坐穩(wěn)在基座上，在上座與基座間穿入銷軸，然后拆掉底座人字架下端銷軸，利用絞車 緩慢下放底座人字架到初始位置，結(jié)束作業(yè)；
[0342] (4)井架下放操作步驟：如附圖11所示，開始作業(yè)，首先拆掉人字架與井架之間的 U型卡，利用緩沖油缸，將井架推離垂直位置，使井架依靠自身重力不斷下降，當(dāng)井架下降至 預(yù)定高度，優(yōu)選為〇. 5米時(shí)，剎車停留5分鐘后，再緩慢下放至井架坐穩(wěn)于支架上，結(jié)束作 業(yè)。
[0343] 其中用于模擬陸地鉆機(jī)起鉆和下鉆操作的方法，主要模擬了起鉆和下鉆的工藝過 程，要求培訓(xùn)學(xué)員正確掌握起下鉆的工藝流程，做到平穩(wěn)起下鉆，其具體包括以下操作步 驟：
[0344] (1)正常下鉆操作步驟：如附圖12所示，開始作業(yè)，首先起控吊卡，使吊環(huán)前傾， 擺立柱，按下吊環(huán)中位鈕后上提鉆具，擺到井口，然后上扣，上提再移開吊卡，實(shí)現(xiàn)鉆具的下 放，裝上井口卡瓦，壓下絞車離合器，摘開吊卡，判斷是否繼續(xù)下鉆，如果是，則返回起控吊 卡，如果否，則結(jié)束本次作業(yè)；
[0345] (2)下鉆遇阻操作步驟：如附圖13所示，開始作業(yè)，在正常下鉆過程中，如果遇阻， 則接通頂驅(qū)，沖阻劃眼后結(jié)束本次作業(yè)，否則未遇阻則返回正常下鉆操作；
[0346] (3)正常起鉆操作步驟：如附圖14所示，開始作業(yè)，首先開啟計(jì)量泵，關(guān)閉吊卡后 上提鉆具，移開井口卡瓦，再提升鉆具，將卡瓦移動(dòng)到井口后，卸扣后卸下立柱，判斷是否起 鉆，如果繼續(xù)起鉆則返回開始作業(yè)，否則結(jié)束本次作業(yè)；
[0347] (4)起鉆遇卡操作步驟：如附圖15所示，開始作業(yè)，在正常起鉆過程中，如果遇卡， 則接通頂驅(qū)，循環(huán)解卡，倒劃眼，結(jié)束本次作業(yè)，如果未遇卡則返回正常起鉆。
[0348] 其中用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的方法，主要模擬了典型鉆井工況，要求培訓(xùn)學(xué) 員正確掌握鉆進(jìn)工藝流程，做到均勻鉆進(jìn)。同時(shí)掌握復(fù)雜地層的鉆進(jìn)技術(shù)，其具體包括以下 操作步驟：
[0349] (1)正常鉆進(jìn)接立柱操作步驟：如附圖16所示，開始作業(yè)，循環(huán)泥漿，輕壓跑合后 正常鉆進(jìn)，卸下頂驅(qū)后接立柱，摘開吊卡結(jié)束作業(yè)；
[0350] (2)憋跳下的鉆進(jìn)操作步驟：如附圖17所示，開始作業(yè)，正常鉆進(jìn)，如果未出現(xiàn)憋 跳則正常鉆進(jìn)，如果出現(xiàn)憋跳則上提鉆柱，改變轉(zhuǎn)速，鉆壓，下放鉆進(jìn)，如果憋跳未減弱，則 返回至上提鉆柱，循環(huán)至憋跳減弱，然后對憋跳段劃眼，結(jié)束作業(yè)；
[0351] (3)高壓地層的鉆進(jìn)操作步驟：如附圖18所示，開始作業(yè)，循環(huán)泥衆(zhòng)，正常鉆進(jìn)，如 果未出現(xiàn)溢流則正常鉆進(jìn)，如果出現(xiàn)溢流則加大泥漿密度后，繼續(xù)鉆機(jī)，最后結(jié)束作業(yè)；
[0352] (4)低壓地層的鉆進(jìn)操作步驟：如附圖19所示，開始作業(yè)，循環(huán)泥衆(zhòng)，正常鉆進(jìn)，如 果未出現(xiàn)泥漿漏失，則繼續(xù)正常鉆進(jìn)，如果出現(xiàn)泥漿漏失則加大泥漿粘度后，繼續(xù)鉆進(jìn)，最 后結(jié)束作業(yè)。
[0353] 其中用于模擬陸地鉆機(jī)事故應(yīng)急操作的方法，主要模擬了鉆井過程中常見的故障 及復(fù)雜情況例如主控軟件產(chǎn)生事故，要求培訓(xùn)學(xué)員通過模擬器反應(yīng)出的現(xiàn)象例如各種儀表 的變化來判斷事故類型，并正確處理事故，其具體包括以下操作步驟：
[0354] (1)粘附卡鉆操作步驟：如附圖20所示，開始作業(yè)，起鉆柱，判斷絞車剎車是否 有故障，若沒有故障則繼續(xù)起鉆柱，若有故障則嘗試地上提和下放鉆具，接上頂驅(qū)后再上 提，下放鉆具兩次，然后開頂驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)，上提下放后一次解卡完畢，再使頂驅(qū)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束作 業(yè)；
[0355] (2)沉紗卡鉆操作步驟：如附圖21所示，開始作業(yè)，正常起鉆，判斷是否沉紗卡鉆， 如果沒有則返回正常起鉆，如果沉紗卡鉆則活動(dòng)鉆具，接通頂驅(qū)，小排量的循環(huán)泥漿，判斷 泵壓是否正常，如果不正常則返回循環(huán)泥漿，如果泵壓正常則大排量循環(huán)泥漿，最后結(jié)束作 業(yè)；
[0356] (3)泥包卡鉆操作步驟：如附圖22所示，開始作業(yè)，輕壓跑合，正常鉆進(jìn)，判斷是否 泥包卡鉆，如果沒有則返回正常起鉆，如果泥包卡鉆則加大循環(huán)泥漿的排量，高速劃眼，調(diào) 整泥漿的性能后繼續(xù)鉆進(jìn)，最后結(jié)束作業(yè)；
[0357] (4)公錐打撈操作步驟：如附圖23所示，開始作業(yè)，沖洗魚頭，下探落魚，判斷是否 探到，若沒有探到，則返回繼續(xù)下探，若談到，則引扣，造扣，試提鉆柱，提出落魚，最后結(jié)束 作業(yè)；
[0358] (5)落物磨銑操作步驟：如附圖24所示，開始作業(yè)，沖洗井底，磨銑2次后，繼續(xù)磨 銑直到磨鞋破損后，結(jié)束作業(yè)。
[0359] 上述方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了高度仿真的頂部驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)模擬，增強(qiáng)了教學(xué)培訓(xùn) 現(xiàn)場感，縮短了培訓(xùn)周期，提高了培訓(xùn)效果，降低了培訓(xùn)成本。
[0360] 陸地鉆機(jī)安裝操作模擬系統(tǒng)還包括鉆機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)，所述虛擬裝配系統(tǒng)通過數(shù) 據(jù)傳輸互動(dòng)的方式來進(jìn)行安裝模擬，所述虛擬裝配系統(tǒng)包括順序選擇模塊、位置選擇模塊 以及裝配過程展示模塊；其中順序選擇模塊中包括：用于存儲(chǔ)鉆機(jī)各部件的圖片信息的數(shù) 據(jù)陣列，其中數(shù)據(jù)陣列中為每個(gè)部件賦予一個(gè)物品編號(hào)以及正確的安裝項(xiàng)，一個(gè)用以顯示 相關(guān)物體的對應(yīng)物體項(xiàng)以及實(shí)時(shí)地將執(zhí)行步驟發(fā)給展示模塊的步驟數(shù)項(xiàng)；用于用戶確定輸 入的按鈕，按鈕與位置選擇模塊進(jìn)行通信；在進(jìn)行安裝時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生出當(dāng)前分?jǐn)?shù)以及應(yīng)該 進(jìn)行裝配的物品編號(hào)，通過按鈕來判斷用戶是否進(jìn)行確定輸入以判斷用戶選擇的裝配順序 是否正確，具體為：假設(shè)在當(dāng)前分?jǐn)?shù)為1時(shí)，用戶選擇的部件的物品編號(hào)部位1且按了確定 按鈕時(shí)，需要對其進(jìn)行提示，外顯閃出一個(gè)順序選擇錯(cuò)誤的文字信息，否則，在選擇正確時(shí) 就將物品編號(hào)傳到至位置選擇模塊。
[0361] 在位置選擇模塊中，其接受來自順序選擇模塊所輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)其輸入的數(shù)據(jù) 物體編號(hào)來生成3個(gè)選擇位并將其創(chuàng)建為一個(gè)陣列，陣列的第一列為物體編號(hào)，第二列為3 個(gè)透明物體的組，第三列為該物體本身，第4列為特殊情況下顯示的物體，第5列為特殊情 況下消失的物體，第6列為GROUP中的正確答案，第7列為步驟數(shù)，還包括收到數(shù)據(jù)后用Row Search找出該編號(hào)的對應(yīng)行然后GetRow該行提取出第2列數(shù)據(jù)（group)進(jìn)行show/HIDE 操作。當(dāng)選中了參考物體后，從陣列中提取正確答案名稱（第6列中的數(shù)據(jù)），判斷二者之 間是否相等。如果相等：從陣列中提取第2列數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏操作，然后show出第3列。（也 就是物體本身），根據(jù)情況處理第4列和第5列數(shù)據(jù)，并發(fā)送第7列中的編號(hào)到3號(hào)環(huán)幕程 序；如果不相等，彈出對話框，提示用戶選擇錯(cuò)誤（可以用delayer進(jìn)行2秒延遲消失）。
[0362] 在裝配展示模塊中，同樣需要制作一個(gè)陣列，陣列第一列為物體編號(hào)。第二列為 物體相應(yīng)裝配動(dòng)畫。第三列為動(dòng)畫最后幀數(shù)的圖片。收到數(shù)據(jù)后用RowSearch找出該編 號(hào)的對應(yīng)行然后GetRow該行提取出第2列數(shù)據(jù)動(dòng)畫。第一步取出相應(yīng)動(dòng)畫后利用video player播放動(dòng)畫，當(dāng)動(dòng)畫播放完畢后利用CustomPacketsender發(fā)送數(shù)據(jù)給順序選擇模 塊，這里不需要發(fā)送編號(hào)，只發(fā)送分?jǐn)?shù)和一個(gè)標(biāo)記，當(dāng)順序選擇模塊接收后更新分?jǐn)?shù)以及激 活確定按鈕。優(yōu)選地，在裝配展示模塊中還包括有起落井架底座模塊，該模塊包括起升動(dòng) 畫模塊、液壓緩沖油缸模塊以及作業(yè)狀態(tài)功能顯示模塊；其中作業(yè)狀態(tài)功能顯示模塊利用 UDP來接收需顯示的作業(yè)概述信息，通過標(biāo)記分割符來進(jìn)行換行處理判斷，最后用2D圖片 的展示方式在屏幕中顯示相應(yīng)的文字信息；起升動(dòng)畫模塊運(yùn)用可控動(dòng)畫，通過3DSMAX導(dǎo)出 井架底座的起升下放動(dòng)畫。在VIRT00LS中對動(dòng)畫進(jìn)行幀數(shù)播放控制，將主控部分傳輸過來 的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的動(dòng)畫幀數(shù)后對模型進(jìn)行對應(yīng)變化操作；液壓緩沖油缸模塊 在環(huán)幕上設(shè)立2個(gè)小窗口來作為當(dāng)前狀態(tài)的展示，分別表示左液缸和右液缸，通過判斷作 業(yè)號(hào)的信息來判斷小窗口中是顯示井架部分還是底座部分的液壓緩沖油缸，該模塊利用一 個(gè)頂點(diǎn)3DFRAME來和液壓缸進(jìn)行距離判斷，以方便測量液壓缸已經(jīng)伸出的距離，來判斷當(dāng) 前是否還可進(jìn)行位移操作。通過把井架或底座設(shè)置成移動(dòng)障礙物，把液壓緩沖油缸設(shè)置成 固定障礙物，利用碰撞檢測的相關(guān)程序來進(jìn)行碰撞判斷，如達(dá)到事故相關(guān)要求則播放相應(yīng) 的事故動(dòng)畫。
[0363] 本申請還涉及陸地鉆機(jī)操作說明書的演示系統(tǒng)和方法，其中所述陸地鉆機(jī)操作說 明書的演示系統(tǒng)包括井場整體演示模塊和內(nèi)部結(jié)構(gòu)演示模塊；其中井場整體演示模塊以安 裝順序編號(hào)介紹井場上的各個(gè)部件，并由底座構(gòu)成演示模塊、井架構(gòu)成演示模塊以及灌區(qū) 演示模塊三部分構(gòu)成，通過多級索引的方式組織，其中通過上述演示模塊，可將每個(gè)部件通 過兩個(gè)視圖進(jìn)行演示：全局視圖和局部視圖，全局視圖展示部件在整個(gè)井場中的位置，局部 視圖為該部件的大圖，展示該部件的具體形象和參數(shù)。而內(nèi)部結(jié)構(gòu)演示模塊則展示轉(zhuǎn)盤、絞 車和泥漿泵三大重要又相對復(fù)雜的部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，展示通過爆炸圖方式，將各個(gè)部件的 重要內(nèi)部零件的形態(tài)、位置、功能做說明，從而讓用戶了解其基本工作機(jī)理。
[0364] 本申請還涉及陸地鉆機(jī)三維動(dòng)畫的生成方法，其中所述陸地鉆機(jī)三維動(dòng)畫包括底 座，井架及灌區(qū)的安裝，井架及底座的起升，其中包含198個(gè)部件每一步的詳細(xì)安裝過程， 以及井架及底座的起升過程，注意事項(xiàng)及事故動(dòng)畫。通過觀看動(dòng)畫可以快速清楚的了解整 個(gè)陸地鉆機(jī)安裝起升的全過程。
[0365] 上述三維動(dòng)畫的生成方法包括如下步驟：
[0366] 1.素材采集；前期在鉆機(jī)安裝工地現(xiàn)場進(jìn)行視屏及照片素材的采集，鉆機(jī)實(shí)際安 裝的每個(gè)步驟都通過攝像機(jī)進(jìn)行全程拍攝，對現(xiàn)場設(shè)備的零部件進(jìn)行三個(gè)方向拍照，收集 所有設(shè)備的外形數(shù)據(jù)。
[0367] 2.建模；通過采集到的素材進(jìn)行建模工作。前期3D建模工具為3Dsmax，模型的尺 寸完全按照實(shí)際鉆機(jī)物件的尺寸等比例制作。為了確保動(dòng)畫質(zhì)量，模型從3DsmaX導(dǎo)入MAYA 進(jìn)行細(xì)化。模型包括鉆臺(tái)、井場和環(huán)境，鉆臺(tái)部分包括：井架、絞車、頂驅(qū)、大鉤、貓頭、立管 管匯、液壓大鉗、旋扣鉗、油管鉗、節(jié)流控制箱、立桿盒、井架房間、安全卡瓦、鉆桿、油管、方 鉆桿、短接、鉆鋌、考克、吊卡、單向閥、卡瓦、司控房；井場部分包括：發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、泥漿 泵、泥漿池、節(jié)流管匯、分離器、遠(yuǎn)程控制臺(tái)；環(huán)境部分包括：井場自然環(huán)境模擬以及人物模 型。其中鉆臺(tái)部分和井場部分通過幾何建模的方式進(jìn)行建模，具體為通過層次建模法進(jìn)行 建模，其利用屬性結(jié)構(gòu)來表示物體的各部分組成，較高層次構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)勢必改變較低層次 構(gòu)建的空間位置。例如：鉆井平臺(tái)上的動(dòng)力鉗，它由動(dòng)力鉗的主體、轉(zhuǎn)盤、氣壓閥部件構(gòu)成。 在執(zhí)行上扣操作時(shí)，動(dòng)力鉗的主體向前運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤與之同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)。自然環(huán)境模擬 以及人物模型則通過人物建模的方式進(jìn)行建模，人物建模首先需要建立人物模型，包括人 物的皮膚貼圖，人物身體模型的建立。在人物身體模型建立后，使用Photoshop為人物制作 皮膚貼圖，人物建模完成后，為人物建立骨骼，并給每塊骨骼分配權(quán)重，以決定皮膚受骨骼 運(yùn)動(dòng)的影響程度。根據(jù)圖形程序的需要，為平臺(tái)上的人物角色制作骨骼動(dòng)畫，例如：上卸貓 頭、上卸卡瓦動(dòng)作，并保存為能夠讀取并單獨(dú)控制的格式。
[0368] 3.模型動(dòng)作；3D模型制作完成后，根據(jù)實(shí)際鉆機(jī)安裝操作規(guī)程，確認(rèn)了安裝步驟 及流程，開始進(jìn)行3D模型的動(dòng)作調(diào)整工作，從第一步畫基線圖開始，之后每一個(gè)物件的安 裝包括吊車的動(dòng)作調(diào)整，物件安裝到位的動(dòng)畫以及上銷子的動(dòng)作調(diào)整。
[0369] 4.模型貼圖及材質(zhì)；模型的貼圖及材質(zhì)完全按照真實(shí)鉆機(jī)的光澤與色彩制作，保 證動(dòng)畫中每個(gè)物件都與實(shí)際情況相同，然后將這些材質(zhì)賦予已經(jīng)建好的模型。
[0370] 5.背景設(shè)置；動(dòng)畫中鉆機(jī)安裝地點(diǎn)選擇在荒漠進(jìn)行，所以選用了低矮的巖石及沙 漠作為背景。
[0371] 6.燈光設(shè)置；為了模擬真實(shí)環(huán)境下的光照，讓整個(gè)鉆機(jī)安裝場景的光影效果更加 真實(shí)，在整個(gè)場景中制作了上百展的燈光整列，用來模擬天空的光照及太陽的照射。
[0372] 7.鏡頭設(shè)置；鏡頭對準(zhǔn)