具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头研制

油气勘探开发过程中,难钻地层钻井效率低、钻头寿命短是影响深井、超深井钻井周期和成本的瓶颈问题。钻头工作过程中切削结构轮流与井壁接触而产生的多边形效应是导致钻头不稳定工作、切削齿冲击失效的主要因素。为提高钻头工作稳定性,提出了具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头新结构,并针对四川盆地茅口组Ø311.2 mm井段常规PDC钻头冲击失效严重的问题,设计了3+3+3型(3个主刀翼、3个牙轮以及3个独立缓冲刀翼)的独立缓冲结构复合钻头,开展了全尺寸钻头室内钻进对比实验,并在川渝页岩气区块茅口组—栖霞组地层进行了实钻应用。研究结果表明:①独立缓冲结构复合钻头在常规复合钻头的牙轮切削结构和固定切削结构之间的空隙部位增设独立缓冲刀翼,有效缓解了多边形效应,对PDC齿形成很好的缓冲保护,同时分担了过大的钻压,限制了切削齿吃入深度,进而防止了钻头产生粘滑振动;②独立缓冲结构复合钻头钻压和扭矩波动小,扭矩为PDC钻头的1/5;③独立缓冲结构复合钻头取得了单只钻头进尺170 m的记录,比邻井同层位单只PDC钻头最高进尺提高了73.5%。结论认为,独立缓冲刀翼对提高钻头的稳定性起到了关键作用,不仅提高了钻头寿命,而且有效提高了复杂难钻地层及复杂结构井的综合钻井时效,有效降低了油气勘探开发成本。

计及禁区影响的风电场布局优化研究

本研究基于查表法判别风电机组与禁区的相对位置,而后将该方法嵌入基于改进帝王蝶算法的风电场布局优化模型中,求解同时满足禁区约束和输出功率最大化的布局结果。应用本模型优化含禁区的2 km×2 km风电场布局,得到布局方案及其适应度数值。结果表明,优化的布局方案能够有效避开禁区,且相比无禁区情况下的布局,有禁区时布局方案的适应度削弱0.5%。与传统帝王蝶、粒子群算法和差分自适应帝王蝶算法对比,进行30次单独运行,本算法在多次结果中均得到满足约束的布局方案,表现出较好的全局搜索能力以及寻优精度。

一种立式弹丸回转自动弹仓设计

针对链式回转弹仓的链式回转结构存在多边形效应比较突出的问题,设计一种立式弹丸回转机构的自动弹仓。采用多个链节对应一个储弹筒的方式,减小输送链所用链节的节距,进而减小回转弹仓的多边形效应及动载荷,提高弹丸传送的平稳性和准确性;在低速转动和高速转动2种不同情况下,对立式弹丸回转弹仓传送一发弹丸的运动过程进行动力学仿真。结果表明:弹丸横向运动误差小,纵向跳动量小,满足运动平稳、传输可靠的要求。

链板输送机瞬时速度及其影响

本课题通过对“改向效应”和“多边形效应”2个因素的分析,预估了链板输送机瞬时速度波动范围,并用实际测量数据对预估结果加以验证。通过分析链板输送机瞬时速度波动对纸卷造成的影响,得出瞬时速度波动率超过30%,链板输送机输送损纸现象无法完全消除的结论。

连续油管注入头夹持系统碰撞研究

连续油管注入头夹持系统中的夹持块轴承出现过碰撞碎裂的情况,作为减振部件夹持块垫片的刚度很重要。文中基于动力学基本理论,构建了连续油管注入头夹持系统多体动力学模型。在考虑系统刚度的前提下,针对夹持块垫片刚度对夹持块轴承和滑道板碰撞力的影响做了对比分析;同时,在不同的夹持块垫片厚度下对单个夹持块轴承进行了瞬态动力学碰撞分析。研究结果表明:由于链轮多边形效应,夹持块进入滑道板区域时轴承会与滑道板发生碰撞,滑道板端部采用倒圆弧设计能有效减缓夹持块轴承受到的横向冲击;合适的夹持块垫片刚度与厚度能有效起到减缓夹持块轴承与滑道板碰撞冲击的作用。

20kg铝锭表面“水波纹”问题的研究

针对20kg铝锭铸造机组生产中铝锭表面出现影响外观质量的"水波纹"问题,从生产实际状况分析了由于扒渣不干净和不平稳形成了同心圆状水波纹;由于水的汽化和氢气的逸出形成了泡状水波纹,从铸造设备本身的结构分析了由于运输链的爬行和多边形效应以及在生产过程中的振动等原因产生的沟槽状水波纹.提出了控制扒渣平稳性以改善同心圆状水波纹,控制铸模的质量和铝水浇铸温度以改善泡状水波纹,采用齿轮 凸轮机构、分段导轨技术和提高加工和安装主动链轮的精度以减小运输链的运行不平稳性,采用新的脱模机构、打字方式和减震等措施改善了沟槽状水波纹,有效提高了产品的表面质量.

单自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真研究

根据刨煤机运行的工况,考虑煤给予刨头的刨削阻力为随机变化的量,建立了刨煤机单自由度非线性随机动力学模型,同时考虑了刨链预紧力、多边形效应因素的影响。并以某参数为实例利用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化。研究结果表明随机刨削阻力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化影响较明显,链轮多边形效应则影响较小。本研究为分析刨煤机运行和刨链可靠性提供依据。

新型同步带多边形效应对运动性能影响的研究

同步带已广泛应用于传动运动和动力领域。然而,由于同步带和带轮间的多边形效应,影响了传动精度。根据新设计的同步带和带轮齿形参数建立了传动误差模型,新设计的模型与几种常用同步带进行了比较。分析表明导致降低传动精度的同步带直线移动误差、速度波动及从动轮转速误差归结于同步带与带轮(齿廓)的结构参数,计算结果证明设计同步带具有较高的传动精度。

铝锭表面波纹的成因和改善

针对20kg铝锭铸造机组生产的铝锭表面波纹较大的问题,从设计方案、制造精度、外部环境和干扰因素等方面进行了分析,提出了多项改进措施,实践证明,这些措施行之有效,明显消除了波纹,有效提高了产品的表面质量。

基于RecurDyn的链式回转弹仓多边形效应分析

某大口径火炮弹药装填系统弹仓采用的是大节距、链轮齿数少、低转速的链式回转结构,其多边形效应特性比较突出,会导致弹仓回转运动具有明显的不稳定现象。利用多刚体动力学软件RecurDyn和UG软件建立弹仓仿真模型,对主、从动链轮不同相位布置形式和主、从动链轮轴的单、双轴不同驱动模式两个方面分别进行仿真运算,得到弹仓运动速度曲线和链轮输入扭矩曲线,通过对比分析数据曲线,从而明确减小弹仓回转多边形效应的措施,为链式回转弹仓的设计提供依据。

影响铝锭表面质量的因素分析和改善措施

针对生产中铝锭表面出现的飞边、夹渣、表面波纹过大等影响外观质量的因素,从生产实际出发,分析认为由于铝液流量不稳或扒渣速度过快而形成飞边、夹渣;由于扒渣不平稳形成同心圆状水波纹;由于水的汽化和氢气的逸出形成泡状水波纹;从设备本身的结构分析认为由于链条的多边形效应和爬行以及在生产过程中的冲击、振动等是产生沟槽状水波纹的原因.从铸造工艺、设备、设备维护与管理3个方面提出改善措施.实践证明,这些措施的综合运用能有效提高铝锭的表面质量.

输送链运行平稳性分析

从输送链的结构、运动和动力特性方面分析了影响其运动平稳性的诸因素 ,为提高运行平稳性提供理论基础。

新型内-外复合啮合齿形链啮合迹线的求解

在深入研究内-外复合啮合齿形链啮合机制的基础上,利用微分几何和坐标变换理论分别建立了新型内-外复合啮合齿形链与链轮在内啮合、内-外共同啮合和外啮合定位三个阶段的数学模型;得出了内-外复合啮合齿形链的啮合迹线;对比分析了内-外复合啮合齿形链和外啮合齿形链紧边中心线的波动量以及围链后链条中心距的波动量。计算及试验研究表明,新型内-外复合啮合齿形链的多边形效应明显小于外啮合齿形链。

多自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真

在单自由度刨煤机动力学模型的基础上,根据刨煤机的实际运行工况,建立了刨煤机多自由度非线性动力学模型,其中考虑了随机的煤壁作用力、刨链预紧力、链轮多边形效应因素的影响。并采用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了在各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化状态。结果表明随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化的影响较大,链轮多边形效应影响较小,并且随机的煤壁作用力弱化了链轮多边形效应的影响。对多自由度和单自由度刨煤机动力学模型进行了比较分析,得出各种因素的影响规律是一致的,多自由度动力学模型更符合实际工况。为分析刨煤机动力学问题以及提高刨链可靠性提供理论基础。

基于RecurDyn的圆环链传动系统仿真

针对圆环链传动系统在实际工况中运动状态复杂、常规手段难以分析这一现象,以煤矿井下刮板输送机链轮链条传动系统为参考建立其三维实体简化模型,在RecurDyn动力学仿真软件中进行分析。结果显示:由于多边形效应的存在,圆环链传动系统的运动学特性不稳定;不同传动位置链环运动学特性不相同。

单张纸印刷机收纸不稳的理论分析

从链传动的多边形效应入手,结合印刷机上支撑导轨的实际布局情况,对收纸链条进行运动学分析,从而得到单张纸印刷机收纸不稳的根本原因,并提出一些相应的改进措施。

新型内啮合齿形链啮合迹线及多边形效应研究

在分析新型内啮合圆销式齿形链啮合机理的基础上,利用坐标变换理论建立了内啮合齿形链啮合过程中不同阶段的数学模型,并利用最小二乘法拟合得出了内啮合齿形链的啮合迹线,对比分析了内啮合齿形链和外啮合齿形链紧边中心的运动轨迹和波动量。高速台架试验和计算结果表明,新型内啮合齿形链具有振动小、噪声低、传动平稳和耐磨损性能好等特点。

锯链传动片的有限元分析与疲劳寿命计算

油锯广泛应用于伐木、园林、建筑等行业,是锯截木材的主要工具。锯链是油锯的锯切部件。油锯工作时,锯链的速度高,所受载荷大,所以锯链的损坏形式主要是断裂和磨损。锯链的断裂可能发生在切齿片、传动片、连接片及链条的铆钉上。试验和实践表明由于其中的传动片厚度尺寸比其他零件小,所受应力最大,故是锯链中最易损坏的一个零件。针对国产JL10系列,分析了锯链的受载情况,其中利用数值近似和差分法提出了油锯锯链系统多边形效应动力学分析方法,得出多边形效应引起的动载荷在一个周期内的计算公式;应用弹性力学有限元程序在计算机上对处在不同工况下的传动片进行应力计算,并根据修正的材料S-N曲线,利用传统的名义应力法对传动片的疲劳寿命进行计算。

链速补偿机构设计

为了消除由于链的多边形效应引起的链速周期性变化,满足输送链运行的平衡性要求,采用齿轮 凸轮机构作为链速补偿机构,并用平面刚体位置变换法导出了凸轮的廓线方程.采用该补偿机构可消除多边形效应对输送链运行平稳性的影响.

基于ADAMS的新型齿形链啮合仿真分析

利用多体动力学仿真软件ADAMS建立了内-外复合啮合新型齿形链与链轮啮合传动系统的三维参数化实体模型,在分析新型齿形链与链轮的啮合机制的基础上,合理地定义了新型齿形链的结构参数,并进行了新型齿形链与链轮的啮合仿真试验研究,结果表明:这种啮合仿真试验研究是合理的。