受力分析在牙轮钻头失效分析中的应用

文章将物理学中的受力分析应用于KX84系列牙轮钻头的牙爪大跑道的失效分析。首先,文中基于“压力-压强”转换,根据轴压确定了牙轮钻头系统所承受的压力。其次,根据“切向力-法向力”分解,对牙轮钻头所受的压力进行受力分解,确定了牙爪大跑道所承受的压应力。最后,对切应力进行分析,确定了裂纹萌生的范围。结合相关数据发现,KX84-250牙轮钻头和KX84-310牙轮钻头裂纹萌生深度分别为0.7 mm(计算结果为0.45 mm~0.78 mm)和0.85 mm(计算结果为0.57 mm~0.98 mm),计算结果与实际观察结果相符。文中给出的案例对物理教学和失效分析都有促进作用。

高速线材精轧锥辊箱故障诊断分析

针对某钢厂高速线材产线精轧区域锥辊箱振动问题,通过在线监测系统及时定位锥辊箱缺陷位置,准确判断劣化程度。对锥辊箱振动全过程进行了分析总结,并对在以后的振动分析时遇到类似的振动信号应考虑的问题提出一定见解。

基于UG和VERICUT的牙轮钻头牙轮数控加工仿真研究

牙轮钻头作为石油钻井作业中重要的破岩工具,其加工质量成为了钻头使用寿命长短的重要因素。为了解决牙轮零件加工精度要求高、工序繁多,且需多次装夹等问题,对牙轮零件整体加工工艺进行优化改进。通过UG软件对牙轮整体加工进行工艺规划和数控编程,模拟加工仿真刀路运动轨迹。基于VERICUT软件建立XYZBC五轴车铣复合数控机床运动学模型、开发控制系统、创建刀具库并搭建虚拟仿真平台,模拟仿真零件的实际加工过程,验证和优化加工程序和加工工艺。将加工结果与实际牙轮零件进行分析比较。结果表明:与传统工艺相比,优化后的工艺一次装夹即可完成牙轮零件的一体式加工,大幅提高了牙轮的加工效率,使牙轮产品加工质量保持稳定,牙轮的寿命也得到了相应改善。

钻柱—钻头—岩石系统动态行为仿真

利用单齿压入与刮切岩石实验建立了钻头与岩石互作用力学模型 ,实现了对钻头在钻井过程中工作行为的仿真计算 ;建立了基于研究钻柱—钻头—岩石系统动态行为的动力学模型 ,可以对钻井过程中钻压、扭矩、转速等参数的动态变化过程进行计算机仿真研究。从仿真结果可以看出 ,钻头在钻井过程中由于牙齿在井底的交替吃入以及井底本身的凹凸不平造成钻头在井底的纵向振动 ,其钻压的振幅一般为平均钻压的 30 %左右 ;同时 ,由于钻头在井底的刮切作用造成了钻头转速以及扭矩的变化 ,转速的变化相对来说较为平缓。该动力学模型能较好的描述钻柱—钻头—岩石系统的动态行为 。

一种圆弧锥辊的全向轮结构及其分析

介绍了一种新型圆弧锥辊全向轮的结构及其设计方法,该全向轮轮缘采用单一的圆弧锥辊排列,圆弧锥辊的大小头相互嵌套,是一种单排连续切换的全向轮。分析了几种典型的全向轮结构及圆弧锥辊全向轮的结构及其设计特点,给出了圆弧锥辊全向轮的锥辊曲面参数方程,根据其结构特点,推导给出了该全向轮结构参数计算公式,并从几何关系和强度两方面分析给出了此种全向轮最佳的锥辊数。

牙轮钻头纵向横向扭转振动动力学仿真研究

随着石油资源钻探难度的不断加大 ,有效地预测和控制井下钻头的运动规律 ,改善钻柱动力学性能 ,以提高钻头和钻柱的强度 ,实现对井眼轨迹的精确控制是目前钻井工业中亟待解决的关键技术难题。本文根据牙轮钻头的实际振动状态 ,分析了钻头产生各种振动的机理 ,讨论了钻头 -岩石互作用力学模型 ,用能量法建立了考虑牙轮钻头纵向、横向和扭转振动耦合非线性系统动力学分析模型 ,编制了系统动力学仿真程序 ,并结合实例对牙轮钻头系统进行了动态仿真。

四列重型圆锥滚子轴承优化设计

根据四列圆锥滚子轴承的使用要求和结构特点,建立了四列圆锥滚子轴承优化设计 的教学模型,为今后四列圆锥滚子轴承的设计,从理论上提供了具有实际指导意义的优化设计方 法。

圆锥轧辊激光毛化加工研究

在圆锥轧辊轧制带钢时,为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力,采用对轧辊表面进行激光毛化的方法,对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究,给出加工系统的硬件组成,介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工,为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变,推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式,同时给出相应算法,解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明,在圆锥轧辊表面进行激光毛化,不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力,同时还延长了轧辊的使用寿命。

双锥辊轴向轧机轧制原理及轧制力能参数计算

阐明了轴向轧制原理,介绍了双锥辊轴向轧机的特点;导出了双锥辊轴向轧机轧制环、盘件回转体接触面投影面积的计算公式;提出了能量法计算轧制扭矩、功率的移位体积理论;给出了扭矩和功率的计算公式;实例计算了热轧600mm钢法兰件的轧制力、扭矩和主电机功率;设计了WGSH80型双锥辊轴向轧机的力能参数,并把实测的主电机功率与计算值进行了比较。

螺旋叶片锥辊连轧技术的研究现状及发展展望

锥辊连续辗轧成形是目前世界上最先进的螺旋叶片成形工艺,生产螺旋叶片的锥辊轧机属于特种轧制设备,国内目前尚无厂家专业生产。为此,在介绍生产螺旋叶片常用工艺的基础上,对螺旋叶片锥辊辗轧成形理论、锥辊轧机及其轧制参数的调整等问题的研究现状进行了总结,并对螺旋叶片锥辊连续辗轧技术的发展方向进行了展望。

牙轮钻头单牙轮的破岩仿真研究

牙轮钻头在井底破碎岩石过程中受顶部钻压、自身动载荷以及井底接触岩石的随机冲击碰撞作用,存在牙齿与岩石交替压入、刮切和滚动的运动状态,受力情况相当复杂。基于岩石弹塑性本构关系和等效塑性应变的岩石破坏准则,考虑井底围压以及钻头与岩石互作用随机接触碰撞,采用有限单元法建立了牙轮钻头与井底岩石互作用下系统非线性动力学模型。探讨了牙轮钻头在破碎井底岩石过程中的运动规律及力学性能,对岩石破碎坑的形成过程进行了仿真,为有效预测和控制井眼轨迹的形成,实态工况下整体钻柱系统耦合非线性动力学研究提供了理论依据。

不同破碎方式下磨矿技术效率

对高压辊磨机（HPGR）产品和圆锥破碎机（CC）产品的磨矿技术效率进行对比研究,评价不同破碎方式后的磨矿效果。相对于圆锥产品,辊压产品个别粒级分布的“双峰”特征更加明显,平均粒度较小,分布更加不均匀。辊压产品所需要的磨矿时间短、可磨性好。对于粒径小于2.0 mm全粒级给矿和粒径小于0.5 mm给矿,辊压产品的磨矿技术效率低,降低的幅度随着磨矿细度的增加而降低直至两者的磨矿技术效率相当;对于粒径在0.5～2.0mm范围给矿,辊压产品的磨矿技术效率与圆锥产品的相当甚至略高。基于此,提出一种高压辊磨机超细碎-分级磨矿新工艺,该工艺既可大幅降低一段磨机的入磨量,又可提高磨矿技术效率,减弱整体磨矿过程中的过粉碎。

凹端圆柱滚子轴承在牙轮钻头上的应用分析

国内现有牙轮钻头滚动轴承多采用短圆柱滚子轴承结构,滚子边缘处存在应力集中现象,使得轴承接触表面极易发生疲劳破坏,为提高牙轮钻头滚动轴承抗接触疲劳寿命,提出在牙轮钻头滚动轴承中采用凹端圆柱滚子的方案。利用有限元方法,分析普通圆柱滚子和凹端圆柱滚子在径向载荷作用下,滚子外圆柱面上的接触应力分布情况,并对凹端圆柱滚子结构参数(凹端深度及凹口直径)进行优化分析。与普通圆柱滚子相比,凹端圆柱滚子最大接触应力降低22.33%,其优化结构参数为凹端深度4.4mm,凹口直径5mm。结果表明,凹端圆柱滚子能有效克服普通圆柱滚子的两端应力集中现象,接触应力沿轴向分布均匀,最大接触应力明显减小,提高了滚动轴承的抗接触疲劳能力并延长其疲劳寿命。

牙轮钻头空心滚滑复合轴承的设计

轴承是牙轮钻头的重要组成部分,它的失效直接影响着整个钻头的使用寿命。为此,分析了牙轮钻头用滑动轴承、滚动轴承及浮动套轴承的研究现状,在综合3种轴承各自优势的基础上,最终设计出了空心滚滑复合轴承和有孔浮动套滚滑轴承:①空心结构的滚滑体较实心结构的滚滑体提供了更多的贮存润滑油空间,使牙轮转动过程中滚滑体的各接触面之间的润滑性能得以改善;②空心结构增大了滚滑体的散热面积,自由流动的润滑油通过对流散热方式冷却轴承各个转动的部件。同时,建立了滚滑轴承的有限元分析模型,进行了实心和空心结构滚滑轴承的等效应力与接触应力分析。结果表明:空心滚滑复合轴承比实心结构的承载能力更强,滚滑体的应力分布也更为均匀,降低了由局部应力过大或温度过高而导致整个轴承失效的概率,有利于提高牙轮钻头的使用寿命。最后,建议空心滚子的空心度在50%～70%,滑块的空心度不宜超过60%。

预警—牙轮防脱落技术的发展方向

提高牙轮钻头防止牙轮脱落的能力 ,可以显著减小牙轮脱落事故的发生率 ,因而对降低钻井成本以及提高钻头使用效率具有重要意义。综述了国内外牙轮锁紧技术的发展历史和现状 ,简要介绍了几种典型锁紧结构 (钢球结构、卡簧结构、螺纹环结构以及R槽钢球憋卡预警结构等 )的工作原理和技术特点。指出牙轮脱落的预警是牙轮防脱落技术的发展方向。分析了牙轮脱落预警的技术关键、难点以及已有预警技术的优缺点。提出了一种以扭矩显著增加、钻速显著降低为预警信号的新的牙轮脱落预警技术 ,并对该技术的预警机理以及研究情况作了简要的分析和阐述。试验证明 ,该技术能准确监测轴承的磨损状态 ,在磨损量达到警戒限值时能可靠地自行启动 。

对国标中圆锥滚子轴承特征画法的探讨

国家标准《GB/T 4459.7-1998机械制图滚动轴承表示法》中规定了圆锥滚子轴承的特征画法。通过将该画法中的矩形宽度与轴承实际宽度进行对比,发现了两个问题:对部分圆锥滚子轴承而言,遵循该画法所得到的图与标准本身所表述矛盾;另外在装配图中不能正确地表达机器的装配关系。为此提出了解决问题的建议供参考。

牙轮钻头横向振动动力学仿真模型

为探寻在实际钻井过程中钻头的运动轨迹和与井壁碰撞时撞击力的变化规律，利用有限元方法，建立钻柱横向振动的有限元动力学模型，并在考虑钻头－岩石互作用力学模型的基础上，建立了钻头横向振动动力学仿真模型，通过实验及相关数据得到预测钻头与井壁碰撞时撞击力大小的计算公式。根据所建模型及仿真过程，编制了牙轮钻头横向振动的仿真程序。对８ＸＨＰ２Ｓ钻头的仿真结果表明，钻头与井壁的最大碰撞力可达１５７ｋＮ，这对于钻头的运动规律及工作性能均有影响，是造成钻头破坏的一个可能的原因。

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。

双列圆锥滚子轴承失效分析

对3506/355.6/YA-1双列圆锥滚子轴承的失效原因进行分析。通过断口分析、痕迹对比、硬度、热酸洗、非金属夹杂物、碳化物不均匀性、淬回火组织及网状碳化物等检测,对轴承本身材质及热处理情况进行排查,材质及热处理工艺均符合标准。导致轴承提前失效的原因为内圈A侧其中一粒滚子反向装入轴承,由于滚子大端侧工作面与内圈滚道接触处应力较大,使得内圈产生周向裂纹,最终使得轴承出现异常。

牙轮钻头采用空心圆柱滚子轴承的理论探讨

为了提高牙轮钻头滚动轴承的抗接触疲劳能力 ,提出在牙轮钻头滚动轴承中采用空心圆柱滚子的方案 ,在对其接触情况进行了深入研究。首先应用弹性曲梁理论分析了单个空心圆柱滚子在径向对顶集中压力作用下的压缩变形以及滚子内外圆柱面上的拉压应力分布情况 ,并采用当量弹性模量法计算其与半空间平面接触时的接触应力分布。为了分析空心圆柱滚子轴承的载荷分布 ,在分析滚子与内外滚道接触变形量构成的基础上 ,提出了空心圆柱滚子载荷分布的迭代算法。结果表明 ,无论是单个滚动体的最大接触应力 ,还是整个轴承的载荷分布情况 ,只要有效控制空心滚子的空心度 。