单牙轮钻头传动比测试与分析

单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比（传动比）是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响，分别设计了具有１５°、３０°和４５°轴倾角的牙爪，并作了测试与分析，获得了单牙轮钻头传动比的一些规律。由实验获知，轴倾角β和岩石性质等对传动比均有影响，还证实了单牙轮钻头传动比ｉ始终小于１，此特点为研制与井下动力钻具相匹配的钻头提供了新的途径。     

齿圈组合对牙轮钻头传动比的影响

用不同结构的两排齿圈组成实验牙轮，采用正交实验法，研究传动比ｉ（牙轮转速比钻头转速）的变化规律。研究表明，传动比与某一齿圈及井底模式相关，一旦初始井底形成，牙轮在一段时间内将以某一齿圈为“主齿圈”，并以较稳定的传动比运动。随着主锥上的内齿圈向副锥上的外齿圈靠近，内齿圈成为“主齿圈”的机率增大。当牙轮外形一定时，传动比值主要取决于齿圈的位置、外圈齿数及移轴距。随着内齿圈向外齿圈靠近，传动比值下降；外     

牙轮钻头齿圈传动比的试验研究

将钻头牙轮分离成单独齿圈，在一种典型岩石上进行破岩试验，测试其传动比，再用正交试验法研究结构因素对传动比的影响。分析结果表明，齿圈的传动比主要由齿圈位置与齿数决定；无齿齿圈的传动比是齿圈传动比的最大值，该值主要取决于齿圈位置；随齿数减少，齿圈传动比下降；诸因素对传动比的影响程度从大到小依次为：齿圈位置、齿数、齿圈位置与齿数的交互作用、移轴距。     

牙轮钻头传动比的计算模型

根据正交实验结果，考虑影响牙轮钻头传动比的主要因素，推导出了牙轮钻头传动比的计算模型。以实测传动比与计算传动比之差的绝对值为最小作为优选目标，采用两套L49（78）正交表构成内侧和外侧表，以待求系数作为假设的实验因素，安排模拟实验。用正交优选方法优选模型中的待求系数，确定了模型的定量关系。由该模型计算的牙轮钻头传动比值与实测值较接近。牙轮钻头传动比计算模型的建立，为牙轮钻头破岩机理分析及轴承设计提供了一定的理论依据。     

几何因素对牙轮钻头传动比的影响

在模拟钻井工况下，对由三排齿圈组成的实验牙轮，采用正交实验方法研究齿圈位置、各圈齿数和牙轮移轴距等诸因素对牙轮钻头传动比i值（牙轮转速／钻头转速）的影响。经分析得出：无齿（实际上相当于齿数为无穷大的极限情况）牙轮钻头的传动比是牙轮钻头传动比的最大值。随着牙轮各齿圈齿数的减少，i值下降，其中最外圈齿数影响最大，第二圈次之，第三圈齿数影响很小。当钻头基值和牙轮外形一定时，随着主锥上的齿圈向副锥上的齿圈靠近，i值下降；随着移轴距增大，i值增加。     

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。     

单牙轮钻头轴承载荷测试与分析

用带传感器的试验用单牙轮钻头，在改变轴倾角、钻压和转速的条件下进行钻头轴承载荷的台架试验，得到动载荷系数、轴向力、径向力、周向力、扭矩和牙轮传动比等数据。对实测和计算数据的分析表明，单牙轮钻头的动载荷系数基本不随钻压、转速和轴倾角变化，并且比三牙轮钻头低；轴向力和径向力随钻压的增加而增加，且受轴倾角的影响；周向力随扭矩的增加而增加；牙轮传动比小于１，基本不受钻压和转速的影响，但与轴倾角有关。有限元分析表明，轴承内部存在三个应力集中区域。     

牙轮钻头传动化的计算模型

根据正交实验结果，考虑影响牙轮钻头传动比的主要因素，推导出了牙轮钻头传动比的计算模型。以实测传动比与计算传动比之差的绝对值为最小作为优选目标，采用两套Ｌ４９（７＾８）正交表构成内侧和外侧表，以待求系数作为假设的实验因素，安排模拟实验。用正交优选方法优选模型中的待求系数，确定了模型的定量关系。     

三牙轮钻头牙齿动载的测试

文章介绍的测试牙轮牙齿动载的方法,可以获得钻头工作状态下同一瞬时各牙轮各齿圈牙齿上的受载情况。作者利用轴向力、切向力和径向力对一个牙齿上的载荷进行了讨论,研究出有关牙齿载荷的一些性质。作者称,这种测试方法适合于各型三牙轮钻头。     

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。     

三牙轮钻头牙爪应力分析

用有限元法对某型三牙轮钻头的２号牙轮－牙爪进行了静力计算，求得不同轴承间隙时牙爪轴颈及止推面上的接触应力分布规律。大轴颈上接触面法向应为沿轴线分布不均匀，靠近根部应力最大，沿轴颈轴线方向逐渐减小，但在卡簧槽边处又升高；小轴颈上应力比大轴颈小。在钻压加扭矩共同作用下，牙爪轴颈和止推面上的压应力分布不对称，接触区域发生偏移，止推面上接触区偏移较多。轴承间隙对轴颈应力的影响大于对止推面应力的影响。     

三牙轮钻头数控编程管理系统

三牙轮钻头数控编程综合管理系统是基于FOXPROW2．5／WINDOWS小型关系数据库语言而建立的牙轮，牙掌数据库，可实现对NC文档原始数据 的追加，修改，删除，浏览，报表输出和数据库维持等功能，具有查询方便，快速和数据不易丢失等特点。另外以EXPEDITE3－D／WINDOWS计算机辅助制造系统为基础建立的三牙轮钻头生产所需的刀具数据库和刀具图库，极大地满足了编程人员要求，还能防止加工过程中的刀具干涉。     

浅谈牙轮钻头失效分析

结合钻头失效分析的实例，充分说明钻头失效分析工作对提高钻头加工质量，指导用户使用钻头以及研制新钻头的重要意义，并简要地提出了几点完善钻头失效分析工作的建议。     

牙轮钻头失效的故障树分析

针对牙轮钻头的实际工作情况,采用故障树分析法,分析了牙轮钻头失效的各种原因及影响因素,建立了牙轮钻头失效的故障树,并利用下行法找出该故障树的最小割集;计算了系统的结构重要度系数,并对计算所得结果进行初步分析。     

三牙轮钻头井底运动仿真分析

在三牙轮钻头实体模型的基础上建立了三牙轮钻头的运动模型,利用Pro/E软件的Mechanism功能对三牙轮钻头进行了仿真运动分析,模拟出三牙轮钻头牙齿的运动轨迹,直观分析布齿方式和齿数对井底破碎面积的影响,以及轮体速比对井底轨迹的影响。     

81／2XHP2S—1和81／2HP2型牙轮钻头传动比及机械钻速的试验研究

介绍了在室内钻头试验台架上用资中砂岩和嘉一灰岩对８１／２ＸＨＰ２Ｓ—１型和８／２ＨＰ２型三牙轮钻头所进行的大量试验。试验中，通过数据采集和数据处理系统测出了这两种钻头钻进时的钻压、扭矩、传动比和机械钻速。试验结果表明，钻头的机械钻速与传动比、齿面结构、岩石性质及钻井参数有密切的关联，为改进这两种钻头的设计提供了重要依据。     

牙轮钻头牙轮动力学特性的计算机仿真

分析了牙轮及牙齿的运动和受力情况,在一定假设的基础上建立了牙齿运动和受力、牙轮扭矩、角速度和角加速度的仿真模型。根据牙轮运动和受力互为因果关系这一事实,提出了牙轮动力学特性的计算机仿真实验方法,并对多种牙轮钻头和岩石进行了仿真实验。计算机仿真实验结果与台架实验结果吻合良好。由于不需要假设牙轮的具体运动,也不需要根据上一仿真步骤中钻头与岩石的互作用力来考虑下一仿真步骤中钻头牙轮的运动,该方法可使牙轮钻头工作行为的仿真更加符合实际情况。     

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。     

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。