硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明：钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。     

异形单牙轮钻头井底牙齿轨迹的Matlab仿真

首次使用Matlab软件进行单牙轮钻头的计算机模拟仿真,通过矩阵变换得到牙轮模型,并绘制出楔形齿井底牙齿轨迹图,通过岩石破碎体积的计算,得到了异形牙轮与球形牙轮的牙齿轨迹在井底覆盖方面的比较。对牙轮及牙齿的设计有指导意义。     

基于UG的三牙轮钻头参数化设计及仿真钻进

以UG软件为设计平台,运用知识融合技术等手段,分别建立牙轮钻头的牙轮体、牙齿参数化模型,并且进行牙轮齿槽造型,使用合理约束将牙轮与牙齿、牙轮与牙轮之间进行装配,然后在UG运动仿真模块中,对三牙轮钻头设置载荷约束与边界条件,确定初始条件,模拟牙轮钻头在井底钻进运动,并开发仿真钻进插件,得到三牙轮钻头在钻进过程中的井底齿坑...     

硬地层复合钻头破岩特性与提速机理研究

PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头,能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足,使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性,推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学,采用Drucker-Prager准则描述岩石本构关系,塑形应变作为破岩判据,通过有限元法建立全尺寸复合钻头和PDC钻头动态破岩的非线性动力学模型,分析了复合钻头作用下硬地层岩石的破坏机制,对比了硬地层中两种钻头的动态破岩过程。结果表明:复合钻头钻井能满足井壁稳定性的要求,然而一旦井壁失稳,井壁岩石将大块脱落;以拉应力破岩为主是复合钻头在硬地层中大幅提高机械钻速的原因之一;硬地层中复合钻头扭转振动低于PDC钻头,破岩效率更高;由于牙轮滚动的多边形效应,复合钻头沿钻进方向对岩石的冲击较PDC钻头更大,能更快钻进硬地层。     

牙轮钻头纵向横向扭转振动动力学仿真研究

随着石油资源钻探难度的不断加大，有效地预测和控制井下钻头和钻柱动力学性能和运动规律，以提高钻头和钻柱的强度，实现对井眼轨迹的精确控制是目前钻井工程中的拟解决的关键技术难题。根据牙轮钻头的实际振动状态，分析了钻头产生各种振动的机理，讨论了钻头－岩石互作用力，用能量法建立了考虑牙轮钻头纵向、横向、扭转三个方向振动相互耦合的系统动力学模型，并结合实例对牙轮钻头系统进行了动态仿真。     

牙轮钻头滑动轴承失效分析

收集了近几年20只现场失效牙轮钻头,对其轴承表面金相组织和硬度以及影响牙轮钻头滑动轴承失效的主要因素进行了分析。结果表明,牙轮钻头在工作过程中温度升高引起的轴承表面金相组织发生改变、硬度降低、抗磨性能减弱,是导致牙轮钻头轴承在高转速下快速失效的根本原因;牙轮钻头轴承的主要失效形式就是粘着磨损,其中载荷工况、相对滑动速度和表面涂层是影响牙轮钻头滑动轴承摩擦学性能的主要因素;采用在原轴承基础上加入浮动套的方法降低原轴承的相对滑动速度,是目前提高牙轮钻头滑动轴承摩擦学性能,延长轴承在高速钻井下使用寿命的有效途径。     

牙轮钻机钻井时钻头纵向振动特性影响牙轮轴端磨损机理分析

牙轮钻头轴端的磨损是多方面因素造成的,主要从牙轮钻机钻井时钻头纵向振动特性对牙轮轴端的影响进行牙轮轴端磨损机理分析,首先建立三牙轮钻头纵向动力学模型,并在此基础上对三牙轮钻头进行振动特性分析,探究牙轮纵向振动对牙轮轴端磨损的影响,建立牙轮微动磨损数值计算模型,得出牙轮轴端的磨损体积主要受牙轮轴和轴承的接触面的法向压力和牙轮轴和轴承之间的切向相对滑移距离影响。最后对三牙轮钻头的磨损机理进行分析,对牙轮钻头寿命的提高的研究有积极的推动作用。     

混合钻头切削齿工作部位几何面离散化研究

为更好地研究混合钻头的性能，分析混合钻头与岩石相互作用机制，使用C#语言对混合钻头牙齿的几何表面进行离散化，再将离散化得到的数据导入MATLAB软件生成模型。结果表明：用离散点绘制的牙齿模型与牙齿的三维实体模型基本一致，牙齿离散化的可行性和准确度非常高。切削齿工作部位几何面离散化有利于改进牙齿设计，优化钻头结构，从而提高破岩效率，为后续钻头的工作行为研究及钻头与岩石相互作用的研究提供参考。     

钻头圆锥钻齿切削岩石数值模拟以及一种新的解析估算模型

旋挖钻钻头圆锥形钻齿切削岩石破碎机理研究,能为旋挖钻钻头结构优化设计与钻进效率提升提供相关技术支持.基于修正的Drucker-Prager塑性模型,建立了圆锥钻齿切削岩石的数值仿真模型,并测试了抗拉强度、抗压强度两种准则计算结果的差异和岩石剪胀角对数值仿真计算的影响.同时,结合岩石抗压强度、内聚力以及摩擦角,给出了一种...     

基于ABAQUS的硬质合金齿强度分析

随着国内勘探力度不断加大,钻井深度不断提高,牙轮钻头在深部地层钻进中发挥着重要作用。在高钻压、高转速下,小尺寸三牙轮钻头硬质合金齿受的动载大,且齿的尺寸相对较小,常常发生硬质合金齿的松动、断裂、脱落。因此,对小尺寸牙轮钻头的硬质合金齿结构进行强度分析研究,具有十分重要的意义。以小尺寸三牙轮钻头硬质合金齿为研究对象,建立了3种牙齿模型;通过ABAQUS软件对硬质合金齿进行静强度分析,获得了牙齿结构Mises应力分布情况;通过Fe-Safe软件对硬质合金齿作疲劳强度分析,获得了疲劳寿命和安全系数;对强度较差的1号楔形齿进行结构优化,强度提升明显;对指导小尺寸牙轮钻头牙齿结构设计具有一定意义。     

端面摇摆式微型电机研究

提出了一种低速大力矩的微型电磁电机——端面摇摆式微型电磁电机。其工作原理为：在旋转电磁力的作用下,电机锥形转子在定子的内锥面上作纯滚动,从而产生输出轴的转动。我们采用精密机械的精细加工技术制作了外径为Φ5mm电机样机。经测试,其转速范围为20-860r/min,扭矩输出大于10μNm.实验结果表明,这种微型电机在相同的输入功率下,比同体积的其他电机有更大的力矩输出,因此具有广泛的应用前景。     

Analysis of flow and stresses in a tube stretch-reducing hot rolling schedule

Analytical expressions for the roll-pass geometry, velocity, strain, strain rate and stress components are obtained for steady-state tube stretch-reducing hot rolling. From these expressions the reduction in tube diameter and wall thickness, inter-stand tensions, roll load and rolling torque have been determined in relation to the roll gap opening and the inter-stand velocity increase ratio. The results have shown that increasing the interstand velocity increase ratio will increase the inter-stand tension while the roll load remains almost unchanged. The rolling torque increases with the increase of the back inter-stand velocity increase ratio and decreases with the increase of the ratio at the front. There is a limiting value for the inter-stand velocity increase ratio at which the rolling process will tend to become unstable. The analysis has been validated by comparing the theoretical results with on-line power measurements on an industrial tube stretch-reducing hot rolling mill.     

辗环机轴系锥面联接的有限元分析

在辗环机轴系联轴器中,对锥面联接零件传递转矩的受力情况进行分析,运用CAD软件UG高级仿真模块对锥体联接结构件进行有限元分析,并对不同锥角对传递扭矩大小进行研究,对设计锥面联接零件具有指导意义,可作为实际设计制造时的参考。     

航空自润滑关节轴承的内锥面滚铆工具设计

依据航空标准的规定要求,研究了一种新型的翻边固定的滚铆工具,以实现滚轮纯滚动、表面质量好、对轴承启动力矩影响小的质量目标。根据速度合成定理研究了滚轮实现纯滚动的条件,设计了内锥面的滚轮;以滚铆MS14101-9关节轴承为例,研究了两种滚轮对轴承外圈座圈之间的贴合度、轴承内外圈等效应力、轴向推出力、翻边表面质量的影响;最后,通过虚拟正交试验,以航空标准规定的轴承启动力矩范围为约束,以翻边固定后的轴承内圈外球面位移变化量为优化指标,研究了内锥面滚轮的滚铆工具的翻边载荷和公转转速的参数优化。研究结果表明：内锥面滚轮的工具可实现良好的工艺质量;当翻边工具的翻边载荷4000 N、公转转速200 r/min时,可以保障翻边固定后工艺质量指标和轴承启动力矩在航空标准规定范围内。     

双沟球轴承外圈冷辗扩数值模拟与试验研究

毛坯尺寸和芯辊进给速度是环件冷辗扩工艺参数研究的重要内容,通过对一组毛坯和芯辊进给速度进行模拟优化,分析比较了不同宽径比和进给速度对辗扩力及辗扩力矩的影响,得出了最优参数,并采用优化参数进行试验,得到了合格的双沟球轴承外圈产品。     

附加轴向力对离心风机自由端滚动轴承温升的影响

摩擦力矩的大小决定了轴承的功率消耗和发热量的大小,发热量的大小直接影响轴承的温升,严重时直接导致轴承的失效。结合算例对SKF推出的滚动轴承摩擦力矩的计算模型及其影响因素进行了分析,重点探讨了附加轴向力对离心风机自由端轴承摩擦力矩的影响。在离心风机自由端滚动轴承设计选型中,通常不考虑轴向力的影响,但结果表明,附加轴向力对自由端轴承摩擦力矩影响显著。本文为离心风机自由端滚动轴承设计选型提供工程实用价值。     

Grey Relation between Nonlinear Characteristic and Dynamic Uncertainty of Rolling Bearing Friction Torque

The rolling bcaring friction torque which is characterized by its uncertainty and nonlinearity affects heavily the dynamic performance of a system such as missiles, spacecrafls and radars, etc. It is difficult to use the classical statistical theory to evaluate the dynamic evaluation of the rolling bearing friction torque for the lack of prior information about both probability distribution and trends. For this reason, based on the information poor system theory and combined with the correlation dimension in chaos theory, the concepts about the mean of the dynamic fluctuant range (MDFR) and the grey relation are proposed to resolve the problem about evaluating the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque. Friction torque experiments are done for three types of the rolling bearings marked with HKTA, HKTB and HKTC separately; meantime, the correlation dimension and MDFR are calculated to describe the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the friction torque, respectively. And the experiments reveal that there is a certain grey relation between the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque, viz. MDFR will become the nonlinear increasing trend with the correlation dimension increasing. Under the condition of fewer characteristic data and the lack of prior information about both probability distribution and trends, the unitive evaluation for the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque is realized with the grey confidence level of 87.7%-96.3%.     

An upper bound method for analysis of three-dimensional deformation in the flat rolling of bars

A new upper bound method for the analysis of three-dimensional deformation in the flat rolling of bars is proposed. In the conventional upper bound method, stress distribution is not calculated. Hence, a new method of calculating stress distribution is proposed in which the hydrostatic stress in each element and the contact stress on the contact surface between material and roll in each element are calculated. In the conventional upper bound method, the structure of the computer program also depends highly on the kinematically admissible velocity fields assumed. Hence, a new method of analysis in which the structure of the computer program depends minimally on the kinematically admissible velocity fields assumed is proposed. In the analysis of strip rolling, the calculated roll force and roll torque agree with the roll force and roll torque calculated from Sims’ slab method. In the analysis of the flat rolling of bars, the calculated width spread agrees with the width spread obtained by experiments reported in the literature. The effects of a reduction in thickness, roll radius, material width-to-height ratio, front tension, back tension, and front and back tensions on the width spread, forward slip, roll force and roll torque are demonstrated. Hence, the validity of the new upper bound method is confirmed.