高速滑动轴承三牙轮钻头的研制与探讨

目前的ＸＨＰ系列钻头只适合于高钻压，低转速的工作参数下作用，而现场为了提高钻井速度，降低成本和提高经济效益，往往要求提高钻头的使用转速，显然，ＸＨＰ系列钻头的轴承寿命与此不相适应。为此，开发了能适应高速转速工作参数下保持较长寿命的高速滑动车承钻头。     

关于牙轮钻头滑动轴承配合间隙的讨论

牙轮钻头大径向滑动轴承的配合间隙值对整个钻头的工作性能有很大影响。从润滑理论的分析表明，最小油膜厚度随半径间隙变化的幅度很小；从接触力学理论的分析表明，适当减小径向间隙值，可以降低轴承接触压力峰值；从摩擦发热角度的分析表明，减小配合间隙可以降低摩擦发热和磨损量；普通合金钢滑动轴承半径间隙值不小于0．05mm，硬质合金硬-硬轴承半径间隙不小于0．035mm时可避免出现热卡死现象。最后结合牙轮钻头实际制造过程，提出适当减小现有轴承径向间隙值的措施。     

含渗碳层和铜合金牙轮钻头轴承的面接触分析

应用ANSYS的参数化设计语言APDL, 研究了牙轮钻头滑动轴承表面渗碳层和镶嵌的铜合金对轴承强度的影响。首先建立了牙轮钻头滑动轴承三维接触有限元模型, 然后利用网格划分技术分别对其表面渗碳层、镶嵌的铜合金和钻头本体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。结果表明, 轴承接触应力峰值和Mises应力峰值位于铜合金和渗碳层结合部位。这一现象与实际使用的牙轮钻头滑动轴承失效的部位相吻合, 说明接触有限元分析的结果是正确可靠的。     

牙轮钻头滑动轴承间隙的设计及加工控制

根据多年从事钻头研究的经验,结合钻头理论研究及试验成果,对钻头滑动轴承设计中的轴承间隙进行分析,以期对钻头的设计及加工提供有益参考。对同一轴承大、小轴的间隙应采用相同的尺寸,且在实际加工中将间隙值控制在0.07～0.13 mm为优,其方法是减小牙轮、牙掌轴承尺寸的公差带并在组装过程中对牙轮牙掌进行选配;牙轮窜动量是轴承设计的重要组成部分,C点面间隙是轴承设计的延伸部分,现在最小C点面间隙的设计公称值一般在0.15～0.25mm,实际加工值控制在0.12～0.30 mm,对牙轮窜动量和C点面间隙的加工控制只有选配方法。     

牙轮钻头滑动轴承稀土CNSB多元共渗工艺

牙轮钻头滑动辆承的发展趋向是“以硬代软”,凡能提高材料硬度和减小摩擦副材料之间亲合粘结力的热处理方法,均可提高其抗胶合性能。文中介绍了滑动轴承材料１５ＣｒＮｉ３ＭｏＡ钢试件碳、氮、硫、硼多元共渗工艺。通过显微组织、显微硬度及摩擦学性能测试表明,稀土多元共渗渗层相结构及硬度分布恰恰有利于提高１５Ｃ钢的抗粘着磨损能力。该工艺用于牙轮钻头滑动轴承是可行的。     

牙轮钻头滑动轴承材料抗胶合性能的试验研究

严重的粘着磨损，即胶合，是三牙轮钻头滑动轴承最主要的失效形式，是影响钻头工作寿命和机械钻速的制约因素，在工况条件相同的前提下，评价牙轮钻头滑动轴承材料抗胶合性能的参量应该是压强与滑动速度乘积的极限值，滑动摩擦因数和粘着磨损量，现文介绍并研究了几种材料这３个参量的测试方法及结果，该方法用于评定牙轮钻头滑动轴承材料的抗胶合性能是可行的，也可用于评定共它金属或合金的抗胶合性能。     

牙轮钻头滑动轴承润滑状态分析

本文通过对牙轮钻头滑动轴承磨损原因的探讨，分析了轴承润滑状况，指出改善润清条件的基本途径，为以后润滑脂的研究指明了方向。     

单牙轮钻头滑动轴承组接触应力分布研究

为了提高单牙轮钻头滑动轴承的使用寿命 ,采用有限元软件对其轴承组的接触应力分布进行了研究。得出结论 :(1)接触应力的大小与轴承组的磨损情况直接相关 ,通过降低轴承组的最大接触应力及使接触应力的分布更合理可改善其磨损 ;(2 )钻头的最大接触应力出现在止推面 ,在保持牙轮和牙爪止推面垂直度接近的前提下 ,尽量同步减小其垂直度可降低最大接触应力 ;(3)止推面接触应力呈明显的上大下小的阶梯分布 ,适当增加小轴颈的直径 ,可使止推面接触应力分布更均匀 ;(4)调整牙轮止推面和小轴孔之间的倒角可降低倒角处应力 ;(5 )只有合理的轴倾角才能使外载荷的合力方向垂直向上 ,以避免钻头过大摆动而影响钻进。     

确定牙轮钻头组合滑动轴承形状公差新方法

高精度组合滑动轴承形状公差的理论计算一直是一个难题。根据通用滑动轴承的表面几何特性,研究了形状公差与滑动轴承的接触强度之间的关系,提出了用接触强度极限设计原理确定形状公差的一种新方法。利用该方法,研究了牙轮钻头组合滑动轴承的小径孔圆柱度公差、大径孔的圆柱度公差和止推面垂直度公差的变化规律。结果表明,当形状公差超过某一临界值时,其接触应力会急剧上升。     

度量牙轮钻头滑动轴承粘着磨损失效的新准则

以现场失效的牙轮钻头滑动轴承解剖分析为依据 ,从理论上分析了其磨损失效过程 ,然后分析了影响牙轮钻头滑动轴承失效的主要因素 :摩擦系数、轴承配合接触表面压力的大小和分布以及相对运动速度等。最后对经典的混合摩擦滑动轴承的失效校核条件进行了改进 ,针对低速重载的牙轮钻头滑动轴承的特殊工况 ,提出了一种度量其失效的新判据。该判据的理论依据是牙轮钻头滑动轴承的局部摩擦能量损失不能超过其材料所规定的能量集度。     

牙轮钻头轴承套装配应力有限元分析及试验

应用弹性力学理论对新型牙轮钻头的轴承套过盈配合进行受力分析,指出该方法具有局限性。采用ANSYS有限元分析软件和接触问题的有限元法,对新型牙轮钻头轴承套的装配进行仿真研究,确定了装配过盈量的最佳值。通过试验验证了理论分析的正确性和结构改进的可行性。     

ZJ70DB型钻机底座承载能力的有限元分析

根据钻机底座的实际结构特点,利用有限元分析软件ANSYS建立底座三维有限元模型,对模型进行静态分析,评估钻机底座的承载能力。以ZJ70DB型钻机底座的应力分析过程为例,详细介绍了利用ANSYS来分析底座承载能力的方法。     

热采井套管螺纹连接有限元分析

针对注蒸汽热采井套管螺纹连接的性能进行了ANSYS计算分析，建立了套管螺纹连接的有限元计算模型，选择了接触分析模块，计算了热采井套管连接螺纹牙的受力分布，得出套管螺纹连接在热采井中的力学性能变化规律。     

偏心单牙轮钻头轴承接触应力分析

根据偏心单牙轮钻头的几何结构和受载特点建立了有限元计算模型,利用有限元软件分析了偏心单牙轮钻头轴承的接触应力.针对偏心单牙轮钻头的不同偏心距和轴承间隙,重点分析了大径向轴承轴颈底部的接触应力及在相同偏心距和不同间隙条件下止推面上的接触应力.结果表明,止推面、滚道、轴颈根部是牙掌轴颈应力最大的3个危险区域;轴颈底部的接触应力随偏心距增大而增大,且在正常公差范围内的间隙变化对接触应力的影响不明显;止推面上端的接触应力比下端大,制造时应加强止推面上端的强度和硬度.     

挠性抗回旋PDC钻头的有限元分析

回旋是导致PDC钻头早期失效的主要原因，介绍了一种基于挠性钻头的构想设计的抗回旋PDC钻头，阐述了其结构和抗回旋原理。对挠性钻头的公、母接头进行了有限元应力分析，说明了模型建立、网格划分以及约束和载荷施加过程中所采用的方法和关键技术。有限元分析结果表明挠性钻头的强度满足要求。     

金刚石钻头有限元应力分析

采用有限元分析方法对金刚石钻头进行了应力分析，重点研究了有限元分析时的两大难点：一是有限单元的离散，二是外载荷的处理。给出了有限元计算模型和外载荷值，并对计算结果按ＶＯＮ．ＭＩＳＥＳ屈服准则进行了分析，找出了应力分布形式及最大应力值。所有理论分析方法和研究结果均可直接用于生产设计。     

SL225型水龙头提环的应力与变形有限元分析

针对目前广泛使用的SL225型水龙头提环存在的结构性安全问题,利用ANSYS软件对其进行了有限元分析,分别得出了3种载荷形式下的整体应力与变形规律。结果表明,载荷为1 500 kN时,强度远大于要求,变形小于0.670 mm;载荷为2 250 kN时,轴孔处应力略高,基本能满足强度要求,变形小于1.104 mm;在3 500 kN载荷下,多处应力过高,强度不满足要求,整个变形小于1.607 mm。     

方钻杆旋塞阀的三维有限元接触分析

为了对方钻杆旋塞阀的旋钮、十字拨块和球阀之间的互作用情况进行分析,找出旋钮和十字拨块的应力薄弱点,建立了旋钮、十字拨块和球阀的三维有限元模型。采用C3D4单元对模型进行网格划分,限制球阀底端截面的所有自由度,限制旋钮和十字拨块X方向的移动和Y、Z方向的转动自由度,扭矩通过旋钮内六方孔中心上方的耦合点施加在旋钮内六方孔上。分析结果表明,十字拨块在旋转方向一侧的外侧边缘处应力最大,且应力最大处与十字拨块的失效位置相同;十字拨块的变形状态与失效后的塑性变形相同。     

钟摆钻具组合非线性屈曲的有限元分析

钟摆钻真组合是一种应用较为广泛的防斜技术。文章采用有限元分析软件ANSYS首先建立了钻柱的非线性屈曲有限元分析模型,确定了加载条件。通过对大、小两种钟摆钻具组合的实例计算,确定了以钻压、转速为代表的钻井参数对钻柱屈曲后最大挠度的影响.计算结果表明,影响下部钻柱屈曲的因素较复杂,除钻压外,转速的影响也是一个重要因素。本研究成果为合理选取钻井参数,优化钟摆钻具组合降斜能力提供了理论依据。     

3NB-1300型钻井泵曲轴有限元仿真

钻井泵曲轴是钻井泵中的重要部件,应用ANSYS有限元分析软件完成了曲轴的静强度计算,并进行了模态分析,获得了曲轴的特征频率和相应的振型。计算结果表明,在额定载荷作用下,曲轴的静强度过剩,前几阶模态频率远离曲轴的固有频率,不会产生共振。解决了曲轴实体模型仿真计算方法的难点。