基于ANSYS工艺参数对钻杆端部成形性能影响的仿真分析

钻杆的底端联接有钻头,钻头工作过程中,载荷会通过钻杆与钻头的联接部位传递到钻杆,这就要求钻杆与钻头的联接部位具有较高的强度,因而,钻杆生产过程中通常会将钻杆与钻头的联接部位即钻杆的底端部进行增粗处理,以提高其强度。钻杆端部增粗过程中的加热温度、挤压速度等参数是影响其成形质量的关键因素。采用ANSYS软件模拟分析不同工艺参数下的钻杆增粗过程中的变形规律,以此为工艺参数的优化提供依据。     

筛孔螺旋钻杆专用钻头设计及结构优化

筛孔螺旋钻杆对于松软突出煤层钻进具有较好的护孔效果,但因其特殊的内、外双排渣通道结构,普通的钻头破落煤体后煤渣无法在钻头处进入筛孔螺旋钻杆内排渣通道。为此,对钻头结构进行改进,设计了一种筛孔螺旋钻杆专用钻头。分析了钻头结构以及工作原理,优化了钻头柄部排渣槽结构,提高了钻头强度。钻头与筛孔螺旋钻杆联接后,排渣槽直接与钻杆内排渣通道连通,钻头破落的煤体一部分直接进入钻杆内排渣通道,提高了排渣效率。     

松软煤层三翼螺旋钻头结构设计及有限元分析

与螺旋钻杆匹配的螺旋钻头选择是松软煤层钻进成孔的重要环节。通过松软煤层螺旋钻进用三翼螺旋钻头的结构设计原则,对钻头结构进行仿真设计,并对钻头翼片进行理论强度校核,应用ANSYS软件对钻头翼片进行有限元分析,得出钻头翼片应力的分布情况,为三翼螺旋钻头的进一步优化设计及合理改进提供了理论依据。     

钻机埋钻事故处理的一种新方法

1993年12月在山西太原某工地施工过程中，因井口塌方，将φ800mm钻头连同φ89mm的钻杆一起埋于地下一35m处。塌方的材料有石块、砖块及装满石子的编织袋，掩埋高度是6m。埋钻后用干斤顶法、高压水喷往法和小钻头钻孔法都没有成功。后来用运动合成的方法解决了。其工作过程是：1．在地表面，让被埋钻的钻杆围绕孔的中心线作回转运动，钻杆的运动轨迹为倒圆锥体，见附图a；2．让处理事故的小钻头，连同钻杆，作自转运动和垂直向下运动，见附图b；3．让以上两个运动会成，小钻头在工作面的运动却为：①本身自转；②围绕被埋钻杆公转；③自转和…     

分离式螺旋钻具截割与输送协同优化研究

螺旋钻具被广泛应用于矿山开采、探索与安全保障等领域，是矿山设备中的重要组成部分。针对钻具最佳截割转速与输送转速不匹配问题，提出新型分离式钻具结构，实现钻头截割转速与钻杆输送转速独立控制，利用离散元数值模拟与力学分析法分别建立钻头截割比能耗与钻杆输送比能耗数学模型，通过多目标优化理论以钻具截割比能耗和输送比能耗之和最小为目标，对钻具截割与输送参数进行协同优化，优化结果表明：钻具截割与输送总装机功率不变条件下，传统钻具截割与输送共用同一个电机具有功率集中优势，钻具在不同工况下均能达到电机额定功率输出，有效提高钻具进给速度增加钻具单位时间的开采效率，而分离式钻具将电机总功率进行拆分，一部分用于钻头截割，一部分用于钻杆输送，两部分相互独立，钻具开采过程中截割电机额定功率输出，而输送电机输出功率根据物料输送需求进行调整，从而导致输送电机一部分功率不能完全发挥处于闲置状态。由于钻具进给速度较低，当钻杆与钻头转动同速时，将会导致钻杆单位时间输送能力高于钻头单位时间截割能力，造成钻杆一部分做工为无效功，造成电机能耗浪费，而分离式钻具能够根据钻头截割能力对钻杆的输送能力进行匹配，避免输送电机做过多无效功...     

双管定向钻进技术在祁南矿313工作面的应用

针对祁南矿313工作面碎软煤层中顺煤层长钻孔施工时,煤层倾角大和32#煤碎软的问题,利用双动力头钻机及配套钻具,开展钻杆、套管双管定向钻进工艺研究;通过关键设备选型、钻杆和钻杆钻头、套管和套管钻头钻具选配、风动定向钻进工艺参数优化以及提出钻杆在套管内大直径筛管护孔等方法及试验,有效提高顺煤层钻孔深度,实现顺煤层长钻孔轨迹可控,并提高了地层适应性。     

螺旋钻杆的有限元分析及运动仿真

以某矿现有旋转钻机为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS WorkBench对钻杆进行了受力分析及参数优化,获得了钻杆质量最小时钻杆轴内径和螺旋叶片厚度值。运用ADAMS软件建立了钻杆钻进系统刚-柔体模型,通过对钻进过程的运动仿真,得到了钻杆在钻进工作中的接触及变形情况,并分析了钻杆完全钻进过程中的屈曲行为。研究结果为钻机的改进及钻进效率的提高提供了理论参考。     

基于响应面法的潜孔钻机卸扣钳卡瓦结构优化设计

卡瓦结构对于潜孔钻机卸扣过程中钻杆的变形有重要影响。采用有限元法对其夹持钻杆变形量进行分析,以减小卡瓦质量和钻杆变形量为目标,对卡瓦几何结构参数进行实验设计与响应面建模,在此基础上采用多目标优化遗传算法并结合实际工艺参数得到最优设计方案。优化后卡瓦结构在同等工况下卡瓦质量下降了27%,夹持钻杆变形量减少了31.9%,为潜孔钻机卸扣钳卡瓦设计提供了理论指导。     

钻杆动态性能综合试验系统设计

由于钻头和钻杆的尺寸差异,钻杆在承受扭矩和轴向力的同时,产生较大的纵向振动、横向振动以及扭转振动,极易发生断裂事故,以目前常用钻杆规格为例,研究设计一套钻杆动态性能综合实验系统,对钻杆进行性能实验和破坏性实验,从而得到科学的钻杆性能实验数据。     

基于MOFWA算法的采煤机螺旋钻杆参数的多目标优化设计

为了提升钻式采煤机的采煤效率,选取了以螺旋钻杆的内径、螺旋外径升角、螺旋内径升角及螺距为变量,并依据实际生产需要,选取以螺旋钻杆的能耗最低和最大输煤生产率为优化目标,并将多目标烟花算法(MOFWA)应用到螺旋钻杆参数优化过程中。实验结果表明,在保证采煤机各项参数要求的基础上,钻式采煤机的输煤生产率提高了30.83%,能耗则降低了4.89%。总体上提高了采煤机的采煤效率,可为钻式采煤机螺旋钻杆的参数设计提供依据。     

钻机式采煤机工作机构关键部位设计研究

钻机式采煤机的工作机构是整机中的核心部件,是实现长距离割煤、输煤于一体的关键,也是整机设计中的难点。钻机式采煤机的长距离采煤主要通过不断添接钻杆实现,因此在换接钻杆过程中,如何高效的实现钻杆换接是提高采煤效率的关键,同时工作机构割煤通过钻头截割煤岩实现,因此,研究钻杆的幻速联接装置和优化钻头,提高截割效率至关重要。本文在分析了原有结构在使用过程中存在的问题和不足,并在此基础上提出合理的方案和设计。     

卡夹式打捞钻头及打捞工艺

针对丝锥打捞存在不易造扣和套铣打捞在对深孔、复杂轨迹孔及下行孔进行打捞时无法卡住孔内断落钻杆等问题,设计了2种卡夹式打捞钻头;介绍了卡瓦夹持式打捞钻头结构及特点,叙述了卡夹式打捞工艺流程,给出了卡夹式打捞钻头卡紧钻杆的条件。     

基于中空螺旋钻的锚杆回收技术研究与应用

为了研究开发一种煤矿井下锚杆回收的装置,采用中空螺旋钻的设计思路,先对总体方案进行设计,然后对具体部件的功能、参数进行设计。根据设计结果进行产品的试制,对于不同的产品设计方案进行现场优化试验研究,通过考察每种回收方案的回收时间、排渣效果、劳动强度、稳定性及回收锚杆的完整性等指标,优化得出最佳设计钻杆内径28 mm,外径38 mm,管壁厚5 mm,螺旋叶片高10 mm,螺旋叶片宽8 mm;钻头采用三截齿钻头,内径26 mm,外径60 mm;防啃内环内径22 mm,外径24 mm,厚1 mm。     

钻进方向可调的高压气射流钻具

传统钻机大多依靠连接在钻杆前端的旋转钻头上的硬质合金块切割实现钻进,随着钻孔的钻进其钻头会被磨损。现介绍一种新型的钻进方向可调的高压气射流钻具,其钻杆不需要旋转即可进行钻进,解决了长钻孔施工时需要大转矩的问题;钻具的钻杆上引入了为钻杆提供前进或后退动力的行进机构,解决了长钻孔施工时钻杆前后运动动力不足的问题;钻具的钻头通过气体驱动旋转并释放出高压气体流,产生类似于水刀的效果,最终达到切削煤层或岩层的目的。方向可调的高压气射流钻具的新功能,能够克服传统钻机存在的诸多缺陷。     

煤层瓦斯含量测定方法优化及现场应用

针对现有瓦斯含量测定过程中存在问题进行了分析,研制出了反循环定点快速取样装置,该装置包括取样钻头、双套管钻杆、双通道汽水龙头、煤样收集装置等。装置采用端头杆一端与取样钻头相连,另一端与双套管钻杆连接;通过钻机驱动双壁钻杆带动取样钻头旋转产生煤渣,利用压风在钻孔底形成压风涡流,将煤样带入双壁钻杆内管吹出进入采样装置。同时利用CHP50M煤层瓦斯含量快速测定仪对收集的煤样进行测定,通过对煤层瓦斯含量测定进行优化的现场应用结果表明：取样时间小于3 min,取样深度大于100 m,取样成功后3~5 min后立刻得到煤层瓦斯含量结果,优化了煤层瓦斯含量测定方法。     

掘进机机载钻孔机械手多体动力学分析

为研究机械手在钻孔工作过程中的动力学响应情况,建立机械手的刚柔耦合动力学数学方程,再以有限元法和多体动力学软件为基础,建立机载钻孔机械手的刚柔耦合动力学模型。以钻头工作过程中的随机工作阻力为载荷,研究伸缩臂的大刚度小变形与钻杆的小刚度大变形对机械手的动态性能的影响。通过对比仿真结果可知,钻杆、伸缩臂的柔性变形对钻头的运动精度影响很大,但其对钻头的速度、加速度影响相对较弱。研究结果表明,利用刚柔耦合模型,能够有效模拟机械手在钻孔过程中的动力学响应过程,为机械手的智能控制研究提供依据。     

基于MATLAB和EDEM的螺旋钻杆优化设计

为研究松软煤层螺旋钻杆对输煤效率的影响规律,以螺旋钻杆近水平钻孔应用为例,通过分析螺旋排渣机理,确定了影响排粉效率的4个参数,利用MATLAB优化工具箱对螺旋钻杆参数进行优化。在此基础上,采用EDEM软件对输煤过程进行了仿真分析。针对煤粒沿钻具轴向移动速度和质量流率2个指标对钻杆排粉效率进行了评价。     

锚杆钻机回转式钻杆振动模态分析

回转式钻杆作为锚杆钻机的重要组成部分,在工作过程中经常发生断裂现象,造成钻孔事故,影响生产安全。建立了某型锚杆钻机钻杆和钻头的有限元模型,分析得到了钻杆和钻头的应力、应变云图。对工作状态下的钻杆开展约束模态分析,得出了钻杆主要阶次的固有频率和振型,并探讨了不同长度和直径的钻杆对固有频率的影响规律,为钻杆避开共振频率区域提供理论参考。     

滑动构造下"三软"不稳定突出煤层可伸缩无级变径钻头和三棱钻杆的研制应用

分析了传统钻头、钻杆在使用过程中的弊端,介绍了可伸缩无级变径钻头和三棱钻杆的研制及其优点。应用表明,使用可伸缩无级变径钻头和三棱钻杆提高了打钻效率和掘进速度。     

63ZGS73型三棱钻杆研制

研制的63ZGS73型三棱钻杆,能够在松软突出煤层中稳定钻进,减少在使用普通钻杆时经常出现的抱钻和钻杆断裂等孔内事故,对三棱钻杆结构、参数进行设计,确定三棱钻杆的结构组成和具体参数;对三棱钻杆工艺流程、焊接工艺和热处理工艺进行分析和优化,使焊缝质量得到提高,解决焊缝处断裂的问题;对三棱钻杆进行台架性能试验以及工业性能试验,校验钻杆整体性能,试验结果表明:三棱钻杆符合设计要求,满足现场使用需求。