复采掘进过程中的探放水钻探设备分析

针对复采掘进过程中的探放水钻孔常常出现塌钻、压钻、卡钻和退钻难等问题,从出现原因、设备型号和技术措施三方面进行分析。分析表明,钻机向前钻进的过程中,“压酥”煤体就容易受到钻杆钻进扰动,使得钻杆外壁“压酥”煤体在应力作用下向钻杆中心应力传递,从而导致难钻进现象;使用PDC刮刀钻头、刻槽钻杆或多棱钻杆和大扭矩钻机在复采煤层中钻进效果较好;采用注浆套管技术可有效解决难钻进的问题。该研究成果可指导复采或软岩探放水的施工,保障安全生产。     

基于钻杆转速和钻屑量测定煤体应力实验研究

通过对钻孔过程中煤岩体应力场、钻杆转速及钻杆排屑力、排屑扭矩进行理论分析,提出利用钻杆转速和钻屑量综合预测煤体应力大小的可行性,并利用自主研制的钻孔多参量测试设备进行实验室试验和现场钻孔实验。研究结果表明:在钻进速度、钻杆参数一致的条件下,钻杆转速与煤体应力呈负相关趋势,钻屑量与煤体应力呈正相关趋势,且钻杆转速与钻屑量保持很好的对应关系,证实了依据钻杆转速和钻屑量来综合预测煤体应力大小、集中程度是可行的;依据现场测试数据可得某矿实际工作面卸压区、集中应力区及原始应力区的大致分布位置,且集中应力区钻杆转速最小约为517.2 r/min,对应的钻屑量最大为5.1 kg/m。依据大量钻屑转速测试数据,提出利用一孔双指标对冲击地压进行预测预报,为煤矿动力灾害的防治提供新思路。     

旋转钻机螺旋钻杆的优化设计

旋转钻机的螺旋钻杆是实现快速优质钻进的重要部件。为了提高钻进效率,选择螺旋钻杆的输煤能力为优化设计的目标建立数学模型.以螺旋钻杆结构参数(螺距、钻杆轴径)及螺旋转速为变量,并利用MATLAB优化工具箱进行计算获得螺旋钻杆结构参数的最优值。提高了螺旋钻杆的输送能力。优化结果对螺旋钻杆的设计、对钻机的改进具有重要的指导作用和工程应用价值。     

桩基础施工新技术专题讲座(二十七)旋转挤压灌注桩(上)

干作业长螺旋钻成孔灌注桩具有振动小、噪声低、不扰民、钻进速度快、施工方便等优点,但主要缺点是桩端或多或少留有虚土,只适用于在地下水位以上的土层中成孔. 近20多年来,国内外推出将通常长螺旋钻机只能进行干作业拓展到进行湿作业(即在地下水位以下成孔桩作业)的施工新技术,如欧洲的CFA工法桩(Continuous Flight Auger pile)、长螺旋挤压式灌注桩、长螺旋钻成孔全套管护壁法灌注桩及VB型桩等;国内的钻孔压浆灌注桩(本专题讲座(十))、长螺旋钻孔压灌混凝土桩、长螺旋钻孔压灌水泥浆护壁成桩法、长螺旋钻孔中心压灌泥浆护壁成桩法、长螺旋钻孔中心泵压混凝土植入钢筋笼灌注桩成桩法(本专题讲座(三))及部分挤土沉管灌注桩等. 欧洲研制开发出长螺旋挤压式灌注桩,如Vibex-Ⅲ型桩、Omega桩、VB型桩及Top Drive Rigs等.其工艺特点是:①钻杆是空心的,其外径为螺旋叶片外径的65％ ～ 80％.②当钻进至桩端设计标高后,可视需要通过钻杆中空部内向桩端部灌入一定量的干硬性混凝土,然后在桩端用落锤夯实形成扩大头.③钢筋笼可从钻杆中空部吊入.④从钻杆中空部灌入混凝土,边灌注混凝土边提起钻杆直至成桩.     

一种多功能小行星采样器的设计

对距离地球较远的小行星表面进行松散土壤和岩石的采样任务时,需要采集不同深度的土壤样品并就地进行分析,并将有价值的数据传回地球。为此研究一种多功能采样器,进行钻进机构、取样机构和密封加热机构等关键组成部分的设计,能实现土壤和岩石样品的采样、体积测量和加热任务。由于钻进过程中,钻杆的约束条件发生变化,为分析钻杆的稳定性,建立动态压杆稳定模型,计算钻杆稳定的临界载荷;考虑钻孔深度变化、钻杆导向约束等不断变化的条件,分析钻杆振动频率的变化规律,利用ANSYS软件仿真,得到了钻杆随钻进深度变化的一阶固有频率区间。对耦合的密封力和加热开关接触力进行计算,得到了满足要求的可靠驱动扭矩。通过原理样机的制作与试验,验证了多功能采样器的设计合理性,达到了质量轻、功耗小、功能多、采样量大的效果。     

深孔钻削过载保护方法

对深孔钻削过程中出现扭矩增大及折断钻头、钻杆问题进行分析,介绍一种安装于钻杆主轴与电动机轴连接中的扭矩传感器,在进给系统的传动链中安装电磁离合器的深孔钻削过载保护方法。     

潜孔钻机推进力自动控制策略研究

通过对潜孔钻机凿岩过程的力学特征和钻孔偏斜机理的研究,提出了控制钻孔偏斜的推进力自动控制方案,并进行了试验。实践表明,该控制方案性能稳定,能够随着孔过程中孔内钻杆自重的变化及孔内因素的变化自动改变推进器的推进力,使钻头对孔底的轴压力自动变化,从而有效地控制钻孔偏斜。     

采煤机扭矩轴设计

基于有限元分析软件ANSYS和大型数学计算软件MATLAB对某煤机公司设计的薄煤层采煤机扭矩轴进行可靠性分析,获取不同深度的U型卸荷槽、不同开口角度的V型卸荷槽扭矩轴的应力变化规律;拟合出扭矩轴最大应力-时间变化曲线,并优化出扭矩轴卸荷槽的结构尺寸,同时结合由机械系统运动学和动力学自动分析软件ADAMS,仿真生成的扭矩轴所受峰值时刻的动载荷,验证改进后扭矩轴的可靠性和合理性.     

基于单颗粒算法的螺旋钻杆输煤率的参数优化

以单颗粒运动算法的理论为基础,分析松软煤层螺旋钻进过程中的受力情况,从而推导出影响螺旋钻杆转速的因素。进一步通过对垂直钻进时螺旋钻杆的煤粒质量输送率的计算分析,得到影响输送率的结构参数,主要是直径比系数ε,螺旋升角α,煤粒与水平方向夹角ψ,填充率。用Matlab软件进行整体结构优化,得到改进后的钻杆结构参数,通过比较使输煤率提高了9.4%,给螺旋钻杆的参数化设计奠定了基础,为提高螺旋钻杆的输煤率提供了一种有效的方法。     

矿用螺旋式钻杆的疲劳应力分析

螺旋钻杆是松软煤层钻孔过程中的重要钻具。因此,针对六方形接头螺旋钻杆建立了有限元模型,并将分析模型导入ANSYS对其进行仿真疲劳分析,得到六方形螺旋钻杆的应力集中点,疲劳寿命及疲劳安全因子图等,为结构优化设计提供了理论依据。     

钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆（如普通钻杆、方钻杆等）上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。     

金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的仿真有限元分析

利用DEFORM - 3D有限元软件对金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的过程进行了动态仿真,分析了钻削速度、进给量对加工过程中刀具的轴向力、扭矩以及工件温度的影响.结果表明:随着进给量的增加,钻削过程中钻头的轴向力、扭矩和工件的温度都有所增加;随着钻削速度的增加,钻削过程中钻头的轴向力和扭矩的变化不大,但工件的...     

麻花钻加工20Cr的断屑仿真分析

利用有限元软件DEFORM-3D,对麻花钻钻削20Cr的断屑过程进行了仿真分析。根据塑性材料断裂强度理论,以切屑卷曲变形为断屑判据。通过模拟分析,得出了工件的等效应力、应变及其分布,以及工件上P点最大等效应变的变化规律,阐释了该点最大等效应变与切屑卷曲变形的正相关性。提出并验证了P点最大等效应变的峰值可作为麻花钻加工20Cr的断屑判据。     

双扩口管接头拧紧过程中密封状态分析

为研究汽车制动管双扩口管接头在拧紧过程中的密封性能,借助有限元分析方法构建弹塑性材料模型,研究轴向位移载荷对密封性能的影响;分析管接头在拧紧过程的摩擦力矩,得出轴向拧紧力与扭矩的关系公式;结合金属多线性强化模型与ANSYS非线性仿真,分析双扩口管接头在拧紧过程中的应力与接触面压力动态变化过程,通过扭矩高压泄漏性实验验证仿真方法的有效性。结果表明:随着位移载荷的增大,管接头蘑菇头最大应力与变形增大,接触面压力和密封宽度增大,且接触压力分布区域稳定,在接触面上形成两道密封环;而随着位移载荷的增大,蘑菇头厚度逐渐降低,其表面凹陷加深,当位移载荷增大到一定值时,蘑菇头存在被切断的风险。     

基于BP神经网络的金刚石涂层钻头失效在线检测

为了找到金刚石涂层钻头在钻削过程中钻头失效的在线检测方法,本文对钻头失效的形式进行了分析,然后对钻头失效发生时钻削扭矩的特性进行了研究。采用Kistler 9277A5测力机来检测钻削过程的扭矩值;在分析了扭矩特性的基础上,选取扭矩斜率等5个参数作为神经网络的输入;然后通过BP神经网络的建模,得出钻削过程中钻头的失效模型。验证结果表明,本文提出的基于BP神经网络的检测方法可以有效的检测金刚石涂层钻头钻削加工过程中的失效情况。     

浅孔钻钻削过程中的有限元动态仿真

基于Deform 3D有限元软件平台,采用数值仿真技术,建立了浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型。动态模拟了浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中变形工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩及评估刀片的磨损情况。     

GH4169高温合金薄壁钻削加工钻削力的仿真研究

GH4169高温合金薄壁钻孔与常规的高温合金厚壁钻孔相比有其特殊性,应用有限元分析软件对硬质合金钻头钻削镍基高温合金平板薄壁件的动态过程进行建模,总结钻削过程中钻削力的变化特点以及进给量和钻削速度对钻削力的影响。研究结果表明:当钻尖高度大于薄壁件厚度时,根据钻头与薄壁件的相对位置,可将钻削过程分为三个阶段,在不同阶段钻削力变化特点不同;轴向力和扭矩随着钻削速度的增加而增加,但轴向力增加幅度不大;轴向力和扭矩均随着进给量的增大而明显增大;进给量对钻削力和扭矩的影响较钻削速度明显。     

钻削GH4169高温合金薄壁件钻削力仿真研究

GH4169高温合金的薄壁钻孔与厚壁钻孔相比有特殊性,运用ABAQUS软件进行钻削GH4169高温合金薄壁件的仿真,研究钻削加工过程中钻削参数和工件厚度对钻削力的影响规律及变化特征,分析应力的分布规律。结果表明:钻削初期,横刃的挤压和主切削刃切削长度的增加使钻削力和扭矩增大;稳定钻削阶段,横刃切出后,主切削刃切削长度不变切削直径增加,钻削力和扭矩稳定增加;钻削后期,副切削刃参与切削,主切削刃切削长度减小,轴向钻削力和扭矩减小,但副刃与孔壁的挤压摩擦,曲线波动较大;钻削速度、进给量及工件厚度的增加都会导致轴向钻削力和扭矩的增加;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。