深孔振动钻削

介绍了振动钻削方法和加工特点,分析了振动钻削的断屑机理和工艺参数的选择。     

孔轴向振动钻削轴向力和扭矩分析与仿真

首先对轴向振动钻削情况下三区段的轴向力和扭矩进行分析,为理论计算提供参考;接着采用有限元成形软件Deform-3D对普通钻削和轴向振动钻削进行仿真,获取加工时的轴向力、扭矩的变化曲线,与普通钻削情况下的曲线做对比,得出轴向振动钻削情况下的轴向力及扭矩大幅降低,因而轴向振动钻削是改变切削效能的一种新颖的加工方法。     

SiCp/Al-MMCs的超声振动钻削力特性研究

通过一系列实验,使用不同材质的硬质合金麻花钻,对不同重量百分含量的SiC_p/Al -MMCs进行了普通钻削与超声振动钻削的对比研究,并比较了在加工中转速和进给量的变化对轴向力及扭矩的影响,得出了相应的结论。     

基于回归正交试验的枪钻振动钻削研究

枪钻轴向振动钻削深孔的过程中,钻削力的变化情况复杂,且对深孔的加工质量、刀具的磨损度都有影响,尤其是轴向力和扭矩。为了获得枪钻轴向振动钻孔的轴向力和扭矩受振动参数的影响规律,运用正交试验,结合有限元模拟软件Deform-3D,对枪钻钻头轴向振动钻孔过程进行正交仿真试验,并用多元线性回归法对试验数据进行分析,建立起轴向力和扭矩的回归经验公式。     

钻削加工切削参数的优化

钻削加工用量的选择对于提高生产率、降低生产成本、提高产品质量等都有着直接的影响。本文通过对钻削加工切削参数数学模型的建立 ,对钻削用量进行优化 ,并结合实例 ,给出了最优参数 ,验证了该模型的正确性和可行性     

不锈钢小深孔高速钻削加工参数优化

在讨论不锈钢小深孔高速钻削加工中主轴转速和进给量对钻头寿命影响的基础上,通过钻削试验确定了不锈钢小深孔高速钻削加工参数优化的范围和优化方向。研究结果不仅有利于提高不锈钢小深孔的加工效率、降低加工成本,对其他类型材料的高速钻削加工也有借鉴意义。     

细长孔的钻削参数优化

针对轴齿轮细长孔加工效率低、质量差、成本高等问题,采用数控机床配合枪钻装置,在保证机床精度、操作者技能、钻杆刚性、工件加工精度等最优工况下,通过改变枪钻钻削角 γ 和匹配的钻削参数进行细长孔钻削试验,得出枪钻的最佳钻削角和匹配的钻削参数.选用最佳工艺参数加工细长孔减少了进刀、退刀及磨刀次数,减少了断刀、取刀次数.每件加工时间由原来的20～24 h缩短到8 h;加工5件细长孔的枪钻使用量由原来4套变为1套;超声波壁厚检测和装配测试合格率为100％,满足了细长孔的加工精度要求.     

麻花钻在钛合金深孔加工中的应用研究

针对钛合金材料深孔钻削的加工特性,对钻削系统、钻头结构、刀具材料和进给量进行了分析研究,达到改善钛合金深孔钻削加工性能的目的。同时使用修磨过钻头横刃并优化几何参数的麻花钻钻头对钛合金材料进行深孔钻削试验,钻削直径20 mm深120 mm的通孔。通过对试验结果的分析,确定出合理的钻头几何参数。     

岩层破裂状态与钻削机构振动响应特性研究

针对煤巷顶板煤岩的复杂性及顶板岩层破坏难以有效控制、预测问题,考虑钻头与煤岩相互作用产生耦合振动,通过分析锚杆钻头的受力及其振动特性,以煤岩硬度f=4.2,3.5,2.55为例研究钻削机构钻削完整岩石与破碎岩石时的耦合振动特性。利用最小二乘法原理拟合振动曲线,消除趋势项,并对曲线进行平滑处理。研究表明:在相同钻削条件下随煤岩硬度的增加,钻削机构横向振动半径有所增大;钻削相同硬度煤岩的完整岩石和破碎岩石时钻削机构横向振动半径随煤岩破裂程度的增加而减小。可据此来判断煤巷锚孔内煤岩破碎的范围,进而预测顶板是否存在冒顶隐患及冒顶隐患的程度,亦可据此判断煤巷锚孔内稳定岩层的位置和厚度,为顶板支护参数的设计提供技术支持。     

液压式振动钻削系统研究及试验

在煤矿钻井发展过程中,一些矿用精密仪器,诸如测斜仪、轨迹仪等精密仪器需求量越来越大,在仪器加工过程中,钻孔对整个仪器的精度影响很大,传统的仪器钻孔加工采用的是普通钻床,采用普通钻床进行加工导致的直接后果就是加工精度极低,这使得国内仪器的精度很差,而振动钻削的出现则解决了这一问题,但目前国内对该技术尚处于研究阶段,因此,设计了一种液压式振动钻削设备,加工完成后对其进行了试验,试验结果显示该设备可行。     

超声波辅助PDC切削齿振动破岩仿真分析

PDC钻头在软至中硬地层钻进时具有钻速高、使用寿命长、设计灵活等显著优点,在钻井领域中的需求量逐年增加。而超声波钻进作为一种新型碎岩技术,由于在钻进过程中具有穿透能力强、钻进效率高等优点而获得了广泛关注。以超声波振动辅助PDC钻头破岩有望取得良好的钻进效果。为此,基于线型Drucker-Prager模型,利用ABAQUS软件建立了超声波辅助PDC钻进振动切削岩石的二维有限元模型,分析了不同超声波振动频率下PDC钻进破岩比功和切削力的变化规律,比较了超声波振动切削与常规切削岩屑形成过程的差异。研究结果表明,当激励频率从20 kHz至40 kHz增长的过程中,破岩比功与平均切削力都呈现先减少后增加的变化趋势,即存在一个最优频率位于25~30 kHz间,使破岩比功最小,钻进效率最高;超声波辅助振动切削的破岩方式与常规切削的塑性破坏不同,主要以脆性破坏为主,其切屑形成过程共分为4个阶段,且切削力保持为零的阶段较常规切削更为明显;当激励频率接近岩石固有频率时,超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20.5%,并更易产生大块岩屑,使岩石产生更多体积破碎,从而提高破岩效率。     

磁/惯性组合的钻具重力信息自适应提取

针对旋转导向钻井过程中底部钻具振动引起的姿态解算参数严重失真问题,提出一种磁/惯性组合的钻具重力信息自适应提取方法。建立钻具重力信息的联邦融合提取框架,选取基于陀螺数据的重力递推模型作为主滤波器,基于加速度计、磁强计数据观测的重力信息模型分别作为子滤波器;对子滤波器状态和观测模型进行抗差估计融合,通过自适应因子和等价权矩阵自适应调节状态、观测模型融合权值,得到重力信息局部抗差估计;对抗差融合的子滤波器进行联邦融合,进一步得到钻具重力信息的全局估计。设计了模拟钻采及实钻井实验,实验结果表明,提出的磁惯性组合钻具重力提取方法能够有效提取钻具动态重力信息,重力提取后结解算的井斜角误差控制在2.5°以内。     

基于岩石表面位移场的超声波振动下花岗岩损伤特性试验研究

超声波振动碎岩技术作为解决硬岩钻进难题的新方法,其技术可行性受到国内外学者的大量验证,但是对于超声波振动下硬岩破碎机理的认识还存在不足。超声波振动下岩石表面径向响应位移与内部损伤状态存在着必然的联系,本文通过监测岩石在超声波振动过程中表面不同深度处的径向响应位移,利用应力波传播理论从能量耗散角度分析了岩石表面不同深度监测点径向响应位移的时空演化与岩石内部损伤发展的关系,得出超声波振动下岩石损伤主要由振动头高频冲击岩石造成的Hertz锥形环状裂纹和超声波振动交变应力产生的疲劳拉伸裂纹造成的,Hertz锥形环状裂纹的扩展深度为10 mm,疲劳损伤裂纹主要在10~20 mm深度处产生,超声波振动下岩石发生局部宏观破碎前存在着明显的径向响应位移征兆,岩石表面径向响应位移可以作为超声波振动下的破坏判据。本文的研究对于丰富超声波振动下硬岩的破碎机理具有重要意义。     

螺杆钻具转子系统不对中的故障产生机理与诊断

螺杆钻具是由多个可以旋转的转轴通过万向联轴器连接成的一个轴系,主要用来传递转矩从而带动钻头运动。但是在安装或者在万向联轴器自身磨损消耗下,钻具会出现轴线上的不对中,进而引发一系列故障,比如螺杆钻具的螺杆马达转子联轴器偏移、轴承移动、转轴发生形变、油膜失稳等,导致机器发生振动并造成一系列的危害。因此,在实验室条件下,研究井下动力钻具不对中的故障产生机理,掌握不同故障的特征,并及时进行故障诊断,对减小或避免由于转子联轴器不对中而产生的故障具有十分重要的意义。本文借助于DHRMT双跨转子台高度模拟井下的钻具故障,设置转子不对中的不同故障类型,通过实验获得钻具转子不对中故障造成的振动特征,为井下动力钻具设计及改进提供参考依据。     

硬岩定向钻进螺杆钻具性能分析及应用

螺杆钻具是煤矿井下定向钻进的主要孔内动力钻具。针对在硬质岩层定向钻进中的工艺匹配和工艺参数优化问题,以某型螺杆钻具为例,分析了螺杆钻具的理论特性和测试工作特性。从硬岩钻进的特点出发,讨论了岩石荷载与钻速的关系,给出了螺杆钻具在硬岩中钻进的工艺参数设计方法。通过在淮南某矿的应用,阐明了工艺参数优化的过程,总结出了螺杆钻具在实际工作状态下给进力和压降的关系。     

基于离散元的超声波振动辅助TBM滚刀碎岩分析

超声振动辅助碎岩技术以其弱化岩石强度、降低切削力、加快钻进速度等优势受到广泛关注,将超声振动技术与滚刀结合,能有效提升隧道硬岩施工滚刀破岩效率。采用颗粒流离散元软件对超声波振动辅助滚刀碎岩过程进行了模拟研究,结果表明,超声波振动能够产生周期性应力波并向岩石内部传播,在岩石的近表面区域出现较强的拉应力,有助于浅层岩石的张拉破坏。超声波振动提升了岩石内部裂纹的生成规模,加快了裂纹的生成速度,提前了裂纹初次萌生时间,对滚刀的破岩性能有良好的增益效果。超声波振动下岩石裂纹生成更加平稳,减少了跃进式破碎现象,能够避免因剧烈振动产生的冲击载荷对滚刀产生异常磨损和破坏,对延长滚刀寿命具有促进作用。     

冲击—回转式凿岩扭矩的计算与分析

在冲击—回转式凿岩机向岩石钻进过程中,旋转中的钻具承受着两种力矩的作用:一是驱动其旋转的动力矩;二是被钻岩石阻止其旋转的阻力矩。驱动力矩必须大于阻力矩,方可使凿岩机稳定而正常地运转。本文分析了阻力矩的构成及影响因素,建立了相应的参数计算公式和阻力矩的计算公式。为此,可根据钻头结构参数、工作状态和岩石条件。预估各种冲击—回转式凿岩必须予以保证的驱动力矩,为各种螺旋副回转机构、潜孔凿岩钻具的设计、回转电机的选择及工作状态参数的确定等提供了可靠的理论依据。     

扩孔工况下反井钻机钻具受力研究及工程应用

本论文基于铁矿极硬岩石条件,对反井钻机钻具在扩孔工况下的受力进行简化,研究钻具在扩孔工况下的受力,充分考虑钻头振动荷载、钻具与岩层相互作用、偶然荷载等因素对钻具受力造成的影响,得出扩孔状态下钻杆受到的拉力、扭矩公式。通过分析岩石条件,获取岩石抗压强度,将钻杆所受扩孔拉力、扭矩的计算公式应用在反井工程中取得良好的结果,工程实践表明,研究成果对计算处于极硬岩石下扩孔工况钻杆的扩孔拉力、扭矩具有借鉴意义。     

基于ANSYS软件的钻杆扭转振动分析

钻杆是钻进工程中十分重要的部件,解析法难以完成精确地和全面地认识钻杆的任务,ANSYS大型软件却提供了可能.以钻杆的扭振为切入点,用ANSYS软件对2000 m以内钻杆在垂直孔、不考虑接头影响和忽略钻头几何尺寸条件下的整体扭转振动进行分析,得到钻杆壁厚、钻杆长度、钻铤长度对固有频率的影响及具有意义的一些认识,同时获得钻杆柱扭转振动的一、二、三、四阶固有振型.