基于UG平台的钻头牙轮参数化设计方法

以UG为二次开发平台,利用UG提供的二次开发工具UG/OPENGRIP与UG/OPEN API共同开发了钻头牙轮的参数化设计模块。详细介绍了开发模块的数据接口,以及使用UG/OPEN API读取牙轮数据参数,建立了牙轮二维轮廓,并用UG/OPENAPI函数调用GRIP程序旋转生成牙轮的三维回转实体并完成牙轮顶部的切顶斜面。利用牙轮轮廓资料参数的输入,可以快速进行牙轮基体的三维实体造型,极大地提高钻头牙轮的设计质量与设计效率,并为在UG环境下开发整个三牙轮钻头的CAD系统提供基础。     

三牙轮钻头计算机辅助设计系统的研究

针对三牙轮钻头设计各阶段的特点并兼顾与CAPP／CAM集成，采取专家系统、传统CAD、基于特征的参数化设计等三种方法开发了三牙轮钻头计算机辅助设计系统。为解决三牙轮钻头的手工啮合设计效率和精度低的问题，开发了计算机辅助啮合设计程序。根据钻头牙轮的设计特点，并考虑CIMS环境的要求，提出了基于特征拼装和特征单元化相结合的参数化设计方法，用于三牙轮钻头设计非常有效。该系统作为CIMS的子项，通过技术文档管理系统实现信息集成，为CAD／CAPP／CAM的集成奠定了基础。     

牙轮钻头实体模型的建立方法

分析了牙轮钻头的结构特点，介绍了应用PRO／E软件进行牙轮钻头零件造型和装配的方法，并用这些方法实现了钻头的数字化设计和装配。     

单牙轮钻头牙齿齿形研究

目前,单牙轮钻头的牙齿使用的是三牙轮钻头的牙齿。由于单牙轮钻头的结构、运动规律和破岩方式与三牙轮钻头有很大区别,使得单牙轮钻头特有的作用及潜力受到限制。建立了单牙轮钻头的坐标系,推导出几何公式,并引入有向距离的概念对单牙轮钻头的牙齿进行研究。根据等磨损原理,提出适用于单牙轮钻头的结构特点和运动规律的牙齿齿形,并提出新的布齿方案,即,在牙轮工作面的永远接触区域内使用轴对称的牙齿;在轮换接触区域内使用椭圆形牙齿。     

PDC钻头CAD系统研究与开发

借助Visual C 6.0软件和Pro/ENGINEER二次开发工具Pro/TOOLKIT开发了集参数化设计、自动装配和数据管理于一体的PDC钻头CAD系统.介绍了面向对象--PDC钻头CAD系统的总体技术,给出了其体系结构,建模、装配、数据管理等子系统的构成和功能,分析了PDC钻头参数化和智能布齿设计的关键技术及解决方案.该系统将有助于改变国内钻头产品的设计研制思路,缩短开发周期,提高国内钻头产品的设计水平.     

牙轮钻头牙齿外形的计算机描述

根据牙轮钻头牙齿的形状特点及结构参数，利用空间解析几何方法，建立了能在计算机上详细描述牙齿形状特点及尺寸大小的数学模型，实现了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿等钻头牙齿外形的计算机描述。这种模型是牙轮钻头工作行为的计算机仿真研究及钻头与岩石互作用仿真研究的基础模型之一。     

异形牙轮单牙轮钻头的计算机仿真模型研究

讨论了一种新型单牙轮钻头——异形牙轮单牙轮钻头。在钻头几何学和运动学的基础上，通过坐标变换方法实现了钻头上各牙齿的空间位置变换，建立了随钻运动的单牙轮钻头的计算机仿真模型。仿真模型可模拟钻头钻进过程中牙轮上各牙齿的形状、大小、钻头上各牙齿的布置及钻头钻进过程中各牙齿间的相互位置关系，是钻头与岩石相互作用仿真研究的核心问题，也是分析研究单牙轮钻头工作行为的基础。     

三牙轮钻头直径的工艺计算

保证三牙轮钻头的直径是钻头制造工艺的重点。给出各有关参数误差传递比计算公式和设计时各参数给定后钻头实际尺寸的校核方法;分析了装配时牙爪之间错位和焊接收缩对钻头直径的影响;提出了通过参数调整提高钻头一次装配合格率、钻头直径装配测量和超差调整的方法,并进行了钻头直径实例校核计算。     

信息交流

<正> 成都总机厂开发两种三牙轮钻头 四川石油管理局成都总机厂研制的12(1/4)XHP2S型三牙轮钻头是钻进软地层的一种理想工具。该型钻头采用了带储油补偿装置的滑动密封轴承,具有合理的高压喷射流道系统。在设计参数上选用了较大的轴颈偏移值和轴颈倾角,使钻头牙齿对地层有较大的刮切作用;同时还采用了破岩效率高的瓢     

牙轮钻头破岩机理的探讨和各齿圈载荷的预测

简要介绍以钻头牙齿作为传感器,在钻进岩石的实验工况下,对镶齿三牙轮钻头牙齿工作载荷进行三维(牙齿轴向、切向、径向)动态测试的实验原理和方法。经过对牙齿载荷谱的分析研究,着重阐述了作者对钻头牙齿与井底岩石相互作用机理的新认识,将牙齿载荷与钻头布齿结构参数的关系数学模型化,从而建立了在钻头设计中具有一定工程实用价值的镶齿钻头牙齿载荷的预测方法。     

三牙轮钻头轮体速比仿真模型研究

三牙轮钻头轮体速比对进行仿真研究，指导钻头结构设计、钻头选型等都起着关键性的作用。从理论上分析了三牙轮钻头的几何结构与牙齿受力的关系，确定牙轮存在一个主动齿圈，并结合最小功原理建立了求解轮体速比的模型，结合钻压以及岩石性质对轮体速比的影响，对该模型进行了修正。将钻头钻进砂岩时的台架试验牙轮/钻头速比实验值和利用模型计算所得牙轮/钻头速比计算值进行了对比，结果表明，该仿真模型能够有效地预测三牙轮钻头的轮体速比。     

牙轮轮背保径面的设计及计算机辅助计算

从分析三牙轮钻头的磨损和抗磨损机理入手，提出了牙轮轮背全形保径面的概念。给出了采用计算机辅助计算方法得到的牙轮轮背理论曲线方程、形状坐标值、图形和两种背齿的设计方案。探讨了牙轮轮背设计与钻头基本参数、整体结构和性能的关系，以及采用轮背全形保径后热量及受力对钻头轴承的影响。     

复合齿形牙轮钻头及其破岩机理研究

针对现有牙轮（钢齿、镶齿）钻头已难以对一些复杂地层进行有效钻进这一现状，根据对牙轮钻头破岩机理的新认识，研制了一种新型复合齿形牙轮钻头。该新型钻头是一种具有新型齿面结构的牙轮钻头，其牙轮上的牙齿由齿形齿和盘式齿复合而构成，并且各牙轮上齿形齿和盘式齿的布置方式可根据硬地层等复杂地层的特性和钻井要求进行调整。两种齿对岩石的破碎作用将会互相影响，使得破碎岩石更加容易。为此，概述了国内外在复合齿形牙轮钻头方面所做的研究工作，并详细分析了这种新型钻头的结构特点和破岩机理，指出要研制出具有良好性能的复合齿形牙轮钻头，主要应从破岩机理、布齿方法与齿面结构、齿面强化工艺、钻头整体性能台架试验及复合齿形牙轮钻头结构设计等方面进行深入研究。     

三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力测试分析

采用应力电测法对三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力进行了实际测试 ,测试结果表明 :单齿压入时 ,齿孔变形将受到牙轮纵横向刚度差异的影响 ,在一定过盈量情况下 ,齿孔变形呈椭圆趋势 ;随着过盈量的增加 ,齿孔孔表的周向应力和径向应力将全部变成拉应力 ,这是导致齿孔产生裂纹的重要因素 ;邻孔压齿对测试孔装配应力有明显的影响 ,影响程度与齿孔距有关 ;齿孔计算模型以及牙轮设计和加工过程中 ,必须考虑牙轮纵横向刚度以及邻孔压齿的影响。     

三牙轮钻头滑动轴承副接触有限元分析

采用ANSYS分析软件的参数化设计语言APDL,利用接触问题的有限元法,对三牙轮钻头牙轮和牙爪间的间隙进行了分析和研究。首先建立了三牙轮钻头滑动轴承三维模型,然后利用网格划分技术对牙轮和牙爪进行网格划分和单元属性定义,最后施加边界条件进行接触有限元分析求解。通过调整间隙,得出不同间隙的轴承接触Mises应力峰值。经过分析比较,推荐轴承Mises应力峰值较小的尺寸间隙,用以指导生产。     

三牙轮钻头运动学仿真模型及其运动特点研究

根据钻头几何学和运动学建立起了随钻运动的三牙轮钻头的计算机运动学仿真模型,该仿真模型既表示出了钻头上各牙齿的形状、大小和在钻头上的分布情况,又可真实反映钻头钻进过程中各牙齿的瞬时位置和相互关系。该研究不但为钻头与岩石互作用仿真建模做好了准备,也是分析研究牙轮钻头工作行为的基础。最后根据所建立的运动学仿真模型建立起了牙轮上发生纯滚动点的曲面方程,并分析了牙轮上各齿圈牙齿的运动特点和钻头的几何结构对牙轮／钻头速比（简称轮头速比）的影响,能更加清楚地认识钻头上各齿圈牙齿的刮削破岩方式;同时把牙轮的运动分解为各个齿圈的运动,也为建立钻头几何结构与轮头速比之间的关系提供了新途径。     

JZ—CIMS工程CAD子系统的规划

三牙轮钻头ＣＡＤ子系统是ＪＺ－ＣＩＭＳ工程不可缺少的重要组成部分，对它进行研究既有利于整个ＪＺ－ＣＩＭＳ工程的集成，又有利于提高三牙轮钻头的设计水平。文中从三牙轮钻头的方案设计、几何设计和结构设计三个方面介绍了ＪＺ－ＣＩＭＳ工程ＣＡＤ子系统的研究内涵。随着对钻井工艺的不断认识和对有关三牙轮钻头作深层次的机理研究，三牙轮钻头ＣＡＤ子系统将进一步得到充实和完善。     

应用工程数据库开发CAD/CAE集成系统

为了解决CAE零部件实体建模困难的问题,研究开发了基于统一工程数据库的CAD/CAE集成系统。工程数据库有利于CAD/CAE系统的集成,保持CAD、CAE的几何数据一致。详细介绍了工程数据库的设计、体系结构、工作原理及访问实现,并给出了工程应用实例。应用工程数据库原理在CAD系统中创建的参数化实体模型,可导入CAE系统中,从而实现CAD/CAE系统的集成,可极大提高CAE的建模效率。应用工程数据库技术对提高CAD/CAE效率及并行工程有重大意义。