关于牙轮钻头齿顶线方向问题的讨论

牙轮钻头齿顶线往往和牙轮锥面母线方向一致。国内外有些公司的做法是把齿顶线偏转,使之与刮切方向垂直以增大刮切岩石的面积和体积,但触底齿在井底的刮切方向变化多端,确定牙齿的刮切方向并非易事。鉴于此,探讨牙轮钻头齿顶线方向问题,得出3点结论(1)牙轮钻头牙齿齿顶线与它在井底的横向刮切方向的夹角对牙齿受力和破岩体积有直接影响,齿顶总是沿牙轮锥面母线方向是不妥的;(2)准确计算牙轮瞬时角速度,从而算得牙齿瞬时刮切距离,累计得到其总的刮切距离的方向,据此确定齿顶线方向,此思路正确;(3)用牙轮的平均角速度求得触底齿的平均刮切速度方向,从而确定齿顶线方向,在尚不能准确计算瞬时角速度的现状下,此做法比较稳妥。     

牙轮钻头的运动和受力分析

作者从近几年国内外学者研究和实验的牙轮钻头运动与受力的分析方法中,提出一些见解。例如:在分析运动时,认为整个钻头的运动常数取决于该钻头主导轮的主导齿圈运动的变化,牙轮角速度主要取决于牙轮的旋转力矩M_N和滑动阻力矩M_F。预料随机理论分析不久将可能应用分析式作定量计算。     

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。     

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。     

牙轮钻头焊缝失效分析

针对1#、2#、3#三只钻头的焊缝失效特征的分析，归纳出牙轮钻头焊缝的主要失效形式和其失效原因，以避免今后出现类似的失效情况。     

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。     

复合运动条件下牙轮钻头牙齿破岩仿真

牙轮钻头的破岩过程是通过其牙齿直接完成的,清楚牙齿的破岩过程对研究整个牙轮钻头的破岩机理有重要意义.本文基于大型非线性有限元分析软件LS-DYNA,对牙轮钻头牙齿破岩过程进行计算机仿真.通过对同一齿圈不同齿形牙齿破岩效果的比较,为合理选择每个齿圈上牙齿的齿形,提高牙轮钻头的破岩效率提供依据.通过对比不同齿形牙齿在相同条件下的应力,还可以对不同齿形在相同条件下的使用寿命作出评价.     

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。     

牙轮钻头牙齿受力研究

系统分析了牙轮钻头破岩过程中的受力和运动状态,给出牙轮钻头在运动过程中牙齿是否触底的判据后,研究了触底牙齿与井底岩石之间的作用规律。     

钻头牙轮加工中形位公差的有效控制及检测

针对三牙轮钻头设计、加工制造过程中长期忽视的形位公差控制免检的可靠性问题 ,对牙轮轴承的形位公差控制对轴承寿命的影响、形位公差设计及形位公差检测可行性等方面做了论述 ,提出牙轮内孔加工形位公差的检测手段和初步设想的检测标准件模型 ,以期实现牙轮轴承加工中形位公差有效规范的控制 ,达到提高牙轮钻头轴承使用寿命之目的。     

牙轮零件产品定义系统的研究

产品定义系统的集成保证了各种信息在零件设计制造过程中的高效利用，建立统一的零件信息模型正是ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ系统集成的关键。目前普遍采用的产品定义系统大多是针对常规回转类零件的，对形状不规则的复杂零件还未能形成一套通用的描述方式。本文在详细研究牙轮外形的基础上，提出了对复杂专用零件进行特征提取的方法，对这类零件建立了相应的数据模型，实现了零件信息的交互与集成。     

ADS技术在钻头应力分析中的应用

ＡＤＳ是一种Ｃ语言编写的用于开发ＡｕｔｏＣＡＤ的应用程序系统,ＶＢ是Ｗｉｎｄｏｗｓ环境的开发工具,提供了ＶＢＡＤＳ函数。利用ＶＢＡＤＳ程序向ＡｕｔｏＣＡＤ发送命令可生成三维网面图形。阐述了应用ＶＢＡＤＳ程序建立三维图形的基本方法和程序,介绍了这种方法在三牙轮钻头应力计算和分析中的应用,并给出应用此方法绘制的三牙轮钻头滑动轴承油膜压力三维图形,以及滚动轴承直线型滚动体和直线与圆弧相交型滚动体接触应力三维图形。这种方法也可用于其它机械零件的有限元分析。     

牙轮钻头动力学模型的建立与仿真分析

在牙轮钻头几何学、运动学和钻头与岩石互作用静力学模型的基础上，对钻进过程进行适当简化后，建立了牙轮钻头动力学模型，主要包括钻头纵向动力学模型、钻头横向动力学模型和钻头扭转振动模型。在建立钻头动力学模型的基础上，完成了牙轮钻头动力学仿真分析软件的设计，利用该软件实现了对牙轮钻头动力学仿真分析计算，并与静力学模型的仿真计算结果进行分析对比，得出了影响钻头、钻柱动力学性能的因素除与钻头结构、牙齿结构、岩石性质和钻井参数有关外，还与钻具结构和钻具的组合形式有较大关系等结论。     

牙轮钻头滑动轴承混合润滑时的载荷计算

牙轮钻头滑动轴承实际工作时摩擦副之间处于混合润滑状态，此时金属微凸体和油膜一起承担载荷。文中给出了计算混合润滑时油膜和微凸体承载比例的计算方法，并以８１／２ＸＨＰ滑动轴承牙轮钻头为例，分析了钻头运转参数和最小油膜厚度对轴承摩擦副间载荷分配的影响，结果表明：钻头的运转参数直接影响轴承摩擦副间的润滑状况，在一定范围内，提高转速能够改善润滑状况。混合润滑时最小油膜厚度有一个下限门槛值，若低于此门槛值，则这种载荷分配计算方法不再适用。     

三牙轮钻头滑动轴承浮动衬套的抗胶合试验

带浮动衬套的滑动轴承已成功应用于三牙轮钻头，因高压喷射钻井工艺的需要，钻头轴承工作条件较为恶劣，导致浮动村套产生胶合卡死牙轮。为此，对用不同材料在不同热处理状态下的浮动村套进行了抗胶合试验。结果表明，Ｈ１３钢的中温气体硫氮共渗是制造钻头轴承浮动村套较为理想的材料和处理工艺，用它代替铍青铜合金固溶时效制造浮动村套是可行的，其磨损量为铍青铜合金村套的１／３，使用中能有效地防止浮动村套胶合卡死牙轮，可延长钻头使用寿命。     

牙轮钻头镶齿结合面应力分析的边界元法

应用二维弹性问题边界元法的基本理论，对过盈配合结合面间的应力状态进行了分析，用分块子矩阵的形式推导出相应的系统方程。以牙轮钻头镶齿过盈配合结合面间的应力状态分析为实例，编制了相应的过盈配合通用计算程序。计算结果表明，应用边界元法得到的牙轮钻头镶齿和孔之间的应力和位移的数值解与弹性力学的解析解相当接近。     

球形单牙轮钻头钻进过程的计算机仿真

从单牙轮钻头几何结构出发, 利用仿真技术, 建立了钻头运动模型、牙齿几何模型、井底模型和岩石与牙齿作用力模型等。在这些模型的基础上, 编制单牙轮钻头钻进过程仿真程序, 在计算机上模拟钻头破岩过程, 揭示了钻头与岩石互作用的大量细节, 并获得牙齿载荷和机械钻速等许多重要信息。仿真结果与台架试验结果很接近, 从而验证了仿真程序的正确性。采用该仿真程序可对不同钻井条件下不同结构单牙轮钻头的性能作出比较和判定, 也可预计尚未制成钻头的钻进能力。     

牙轮钻头轴承用GW50合金渗硼及性能分析

牙轮钻头滑动轴承的主要失效形式是胶合和磨粒磨损。钢结硬质合金GW50的力学性能介于硬质合金和合金钢之间，具有较高的弹性模量、硬度、抗弯抗压强度、冲击韧性和较好的冷热加工性能。试验分析表明，经料浆渗硼处理后，可进一步提高GW50钢结合金的表面硬度和耐磨性能，表面硬度可达1700HV0.2，弹性模量和冲击韧性值增加，摩擦系数更低，具有更好的综合性能，用于牙轮钻头滑动轴承是可行的。今后发展高速、重载和高寿命牙轮钻头的关键在于从轴承结构、材料和工艺寻找突破口。