基于LS-DYNA潛孔鉆頭仿真分析與布齒優(yōu)化設(shè)計

淺析潛孔鉆頭設(shè)計 一、鉆頭的受力分析 （一）潛孔鉆工作原理 潛孔鉆工作時，推進調(diào)壓機構(gòu)使鉆具連續(xù)推進，并使轉(zhuǎn)頭始終與孔底巖石 接觸?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)。同時，裝在鉆桿前端的沖擊器在氣壓的作用 下，其活塞不斷沖擊鉆頭，鉆頭獲得沖擊后獲得能量，潛入孔底，產(chǎn)生使巖石 受擠壓的沖擊力。鉆具回轉(zhuǎn)避免了鉆頭重復(fù)打擊在相同的鑿痕上，并產(chǎn)生了對 孔底巖石起刮削作用的剪切力，在沖擊器活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的剪切力作用 下，巖石不斷被壓碎和剪碎。氣壓由氣接頭進入，經(jīng)由中空鉆桿直達孔底，把 剪碎后的巖渣，從轉(zhuǎn)桿與孔壁之間的得環(huán)形空間吹到孔外，從而形成炮孔。 （二）潛孔鉆受力分析 通過對潛孔鉆工作原理的分析得出潛孔鉆頭在工作時主要受力如下： 1.潛孔鉆機的輸出轉(zhuǎn)矩：m=7000n·m 2.潛孔鉆機的推力：f推=80kn 3.沖擊器產(chǎn)生的沖擊力：f沖=e/s=520j/8㎜=65

潛孔鉆頭品種規(guī)格 潛孔鉆頭/花鍵潛孔鉆頭 釬具簡圖鉆頭 直徑d （mm）花鍵合金片（柱）水孔型號 外徑×鍵數(shù)中齒邊齒 四鍵潛孔鉆頭 7040×412×312×41dh770-40×4 7644×412×312×52dh876-44×4 8052×412×314×52dh880-52×4 9052×412×414×62dh1090-52×4 10060×412×514×63dh11100-60×4 11060×414×614×62dh12110-60×4 11056×414×714×62dh13110-56×4 11060×414×714×62dh13110-60×4 11560

淺析潛孔鉆頭設(shè)計 一、鉆頭的受力分析 （一）潛孔鉆工作原理 潛孔鉆工作時，推進調(diào)壓機構(gòu)使鉆具連續(xù)推進，并使轉(zhuǎn)頭始終與孔底巖石 接觸。回轉(zhuǎn)機構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)。同時，裝在鉆桿前端的沖擊器在氣壓的作用 下，其活塞不斷沖擊鉆頭，鉆頭獲得沖擊后獲得能量，潛入孔底，產(chǎn)生使巖石 受擠壓的沖擊力。鉆具回轉(zhuǎn)避免了鉆頭重復(fù)打擊在相同的鑿痕上，并產(chǎn)生了對 孔底巖石起刮削作用的剪切力，在沖擊器活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的剪切力作用 下，巖石不斷被壓碎和剪碎。氣壓由氣接頭進入，經(jīng)由中空鉆桿直達孔底，把 剪碎后的巖渣，從轉(zhuǎn)桿與孔壁之間的得環(huán)形空間吹到孔外，從而形成炮孔。 （二）潛孔鉆受力分析 通過對潛孔鉆工作原理的分析得出潛孔鉆頭在工作時主要受力如下： 1.潛孔鉆機的輸出轉(zhuǎn)矩：m=7000n·m 2.潛孔鉆機的推力：f推=80kn 3.沖擊器產(chǎn)生的沖擊力：f沖=e/s=520j/8㎜=65

潛孔鉆頭是空氣鉆井中一種重要的破巖工具,鉆齒鑲嵌過程中的過盈量直接影響鉆齒與鉆頭本體的接觸強度。文章以φ311.1mm潛孔鉆頭用φ19mm鉆齒為研究對象,建立了鉆頭本體與鉆齒過盈配合的力學(xué)模型,并進行計算機模擬仿真。通過對過盈量分別為0.01、0.02、0.04、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mm時鉆齒與鉆頭本體的接觸分析可知,過盈量小于等于0.07mm時,鉆頭本體均為彈性變形;當(dāng)過盈量為0.08mm時,鉆頭本體接觸區(qū)域局部開始發(fā)生塑性變形;當(dāng)過盈量達到0.1mm時,鉆頭本體沿齒眼的應(yīng)力值接近材料的強度極限。根據(jù)分析結(jié)果并考慮塑形強化的影響,推薦φ311.1mm潛孔鉆頭φ19mm鉆齒的安裝過盈量為0.07～0.08mm。論文的研究工作為空氣鉆頭鉆齒的科學(xué)裝配提供了理論依據(jù)。

在勘探鉆井過程中,qf-ⅱ型潛孔鉆頭井底流場分布不合理,存在排屑能力差,對井壁沖蝕破壞嚴(yán)重等缺點,制約了該潛孔鉆頭在現(xiàn)場的應(yīng)用。為此,以qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,充分考慮了鉆頭排屑槽和切削齒對井底流場的影響,建立了與實際相接近的潛孔鉆頭井底流場物理模型。在計算流體力學(xué)軟件fluent中將cad模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的cfd井底流場模型,運用k-ε兩方程模型,對鉆頭噴嘴不同位置、不同直徑、不同傾角時的井底流場進行了數(shù)值模擬研究。這些結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響井底流場分布及流體的排屑能力,在研究中把這些參數(shù)作為鉆頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重點,找到了鉆頭噴嘴不同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下對井底流場的影響機理,為合理進行潛孔鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計及水力設(shè)計提供了依據(jù)和校驗方法。

利用ansys/ls-dyna顯式動力學(xué)分析軟件建立潛孔鉆頭與巖石的互作用動力學(xué)模型,對潛孔鉆頭的破巖過程進行仿真分析,通過對破巖總體過程、鉆頭的應(yīng)力、破碎坑的形狀和分布及鉆頭的位移等四個方面的分析,完整地描述潛孔鉆頭的破巖機理,認為鉆頭破碎巖石的過程分為三個階段:中間齒破碎巖石,形成破碎坑階段;邊齒破碎巖石,形成破碎坑階段;鉆頭的反彈階段。在鉆頭侵入巖石的過程當(dāng)中,鉆頭既有軸向的位移,也有橫向的位移。破巖過程中,牙齒3峰值最大,最容易發(fā)生破壞。

鉆頭柱齒和齒孔的過盈配合,是一個包含了幾何非線性、材料非線性、接觸非線性的復(fù)雜多重非線性問題,以往的研究工作都是以單齒或多齒為研究對象,本文以q13115-h64型潛孔鉆頭為原型,將硬度極大,變形極小的柱齒視為不變形的剛性體,把過盈量全部均勻作用在孔壁上,使得齒孔邊界變形成為已知,通過在ansys10.0中建立q13115-h64型潛孔鉆頭的有限元模型,對不同過盈量下鉆頭本體的應(yīng)力分布規(guī)律進行了研究,并提出了改進意見。

φ86潛孔鉆頭材質(zhì)選擇及其強化工藝研究

本文針對大口徑潛孔鉆頭的試制過程的闡述,論證了鉆頭體和合金材料的試制過程的可行性和可靠性。對產(chǎn)品加工的關(guān)鍵工藝(熱處理、鉚鑲)的試制過程也進行了分析論證。

臨清市瑞龍鉆具有限公司 版權(quán)所有：http://www.***.***/轉(zhuǎn)載請注明出處 高風(fēng)壓潛孔鉆頭 高風(fēng)壓潛孔鉆頭簡介 潛孔鉆頭，采用優(yōu)質(zhì)的原材料、通過先進的生產(chǎn)工藝，公母連接的鏈接方式。 類型：產(chǎn)品分為高風(fēng)壓、低風(fēng)壓兩大系列潛孔釬具。 規(guī)格：65、70、76、90、93、95、100、105、110、113、115、120、130、150 低風(fēng)壓潛孔鉆頭規(guī)格：70、90、100、110、120 高風(fēng)壓潛孔鉆頭規(guī)格：115、130、150 用途：產(chǎn)品廣泛用于土石方工程、礦山開采、水井鉆探、建筑工程等。 現(xiàn)在高風(fēng)壓潛孔鉆頭，目前采用的端面設(shè)計形式主要有四種：即端面凸面型、端面平面型、 端面凹面型和端面深凹中心型。硬質(zhì)合金多選用球齒、彈齒或球齒和彈齒共用的布齒方式。 1、端面凸面型：這種鉆頭分兩種形式，單凸臺和雙凸臺端面，后者主要用于直徑較大潛 臨清市瑞龍

本文通過市場調(diào)研,了解國內(nèi)φ382潛孔鉆頭的鉚鑲加工工藝、工裝設(shè)計狀況及鉆頭鉚鑲加工存在的不足,通過分析鉆頭冠部尺寸技術(shù)參數(shù),研發(fā)出國內(nèi)φ382潛孔鉆頭主體鉚鑲加工中較先進的鉆鉸工裝,提高φ382潛孔鉆頭鉚鑲加工的質(zhì)量和效率,可為國內(nèi)潛孔鉆具生產(chǎn)廠家開發(fā)鉆鉸工裝產(chǎn)品,提供有價值的參考建議。

描述：通過分析？準(zhǔn)86潛孔鉆頭的性能要求，結(jié)合生產(chǎn)實際條件，選擇22simncr2mo鋼，并分析了該鋼 在釬焊工藝與不同的冷卻條件下的相變機理、金相組織、斷口形貌，從而確定了適宜的強化工藝。 摘要：通過分析？準(zhǔn)86潛孔鉆頭的性能要求，結(jié)合生產(chǎn)實際條件，選擇 22simncr2mo鋼，并分析了該鋼在釬焊工藝與不同的冷卻條件下的相變機理、金 相組織、斷口形貌，從而確定了適宜的強化工藝。 1引言 準(zhǔn)86潛孔鉆頭如圖1所示。位于頭部的硬質(zhì)合金采用中頻感應(yīng)釬焊工藝固 定。而鉆頭體，尤其是釬尾端部，硬度要高。為了確保鉆頭的質(zhì)量穩(wěn)定和擴大市 場，選擇合適的鉆頭體用鋼并制訂合理的強化工藝是至關(guān)重要的。 2材質(zhì)選擇 鉆頭體材質(zhì)必須依據(jù)鉆頭的性能要求、釬焊工藝特點來確定。 （1）鉆頭性能要求 鉆頭頭部強度要高，以滿足鑿巖過程中巖粉的磨蝕，頭部與釬尾過渡處要有 好的強韌性，以免在

針對車輛與護欄的實體碰撞試驗難度大、經(jīng)費高、周期長、數(shù)據(jù)不易獲取的情況,基于ls-dyna有限元軟件,在分析實際碰撞試驗的基礎(chǔ)上,建立了碰撞車輛仿真模型和護欄仿真模型,優(yōu)化碰撞過程,最終形成了車輛-護欄碰撞仿真模型;同時,與實際試驗數(shù)據(jù)進行對比,分析了誤差形成原因。結(jié)果表明,仿真模型試驗結(jié)果與實車試驗結(jié)果基本一致,驗證了仿真模型的正確性。

通過對普通硬質(zhì)合金潛孔鉆頭的缺點進行分析,論證了聚晶金剛石復(fù)合柱齒在潛孔鉆頭上應(yīng)用的可行性,并確定了聚晶金剛石復(fù)合柱齒潛孔鉆頭的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和工藝要點。

對高風(fēng)壓潛孔鉆頭使用時鉆頭體崩塊、掉齒等早期失效情況進行分析,找到其失效原因。通過改進熱處理工藝,采用低濃度滲碳等,取得了較好的效果。

基于顯式動力學(xué)方法,借助有限元分析軟件ansys/ls-dyna,模擬了磨削成形過程。數(shù)值模擬的結(jié)果揭示了磨削過程中金屬的去除規(guī)律和應(yīng)力變化情況。該結(jié)果為避免磨削過程中出現(xiàn)裂紋、卷口、過燒等現(xiàn)象提供參考,也為磨削加工中各項工藝參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。

潛孔鉆頭由于工作環(huán)境惡劣,使用過程中存在很多不可預(yù)見的因素,很容易造成鉆頭的非正常報廢,長期以來,國內(nèi)外專家學(xué)者從鋼材選材、硬質(zhì)合金齒的牌號以及鉆頭的結(jié)構(gòu)等不同角度對鉆頭進行研究和改良,并取得了豐碩的成果。本文以花鍵連接類潛孔鉆頭為例從鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計闡述對鉆頭使用壽命的影響。

合理的布齒設(shè)計是保證pdc鉆頭工作性能優(yōu)良的關(guān)鍵,在研究pdc鉆頭布齒設(shè)計理論和方法的基礎(chǔ)上,開發(fā)了pdc鉆頭布齒設(shè)計軟件。軟件采用matlab編寫,具有設(shè)計速度快、精度高、可操作性強,使用方便等優(yōu)點。

通過計算流體力學(xué)軟件fluent對三種底唇面形狀的鉆頭進行內(nèi)部流場數(shù)值模擬仿真分析,比較真實地反映出其在孔底的工作狀態(tài),可以得出任意斷面的流速和壓力,這種方法為鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選提供基礎(chǔ)。

依據(jù)彈塑性原理,利用有限元分析軟件ansys/ls-dyna對多種型號的鋼管進行壓力矯直模擬,計算得到反彎撓度值,并與實測方法得到的反彎撓度進行比較,二者基本一致。

以qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,應(yīng)用有限元分析軟件ansys闡述了潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)的有限元模型建立、網(wǎng)格劃分、材料的本構(gòu)關(guān)系、邊界條件的處理等相關(guān)問題,對不同牙齒過盈量時鉆頭本體應(yīng)力的分布情況進行了模擬研究,并得出了相應(yīng)的vonmises應(yīng)力分布圖,為合理進行潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)和校驗方法。

以川渝地區(qū)油氣田現(xiàn)場空氣鉆井用潛孔鉆頭為模擬對象,根據(jù)實體模型、底部包絡(luò)面和實鉆井眼建立流場模型,采用rngk-ε方程作為氣相湍流模型,用拉格朗日粒子追蹤法描述固相,進行潛孔鉆頭的旋流場數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:氣相在噴嘴出口形成的扇形面積小,未完全覆蓋鉆齒,鉆齒處巖屑攜帶效率低;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速對井底流場影響很小;鉆頭中心區(qū)域和切削結(jié)構(gòu)中部(徑向狹長區(qū)域)存在回流;流量分配不均和回流影響攜巖效率和鉆進速度;借鑒pdc鉆頭水力結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路,在潛孔鉆頭每個切削結(jié)構(gòu)中心位置增加1個噴孔,在潛孔鉆頭中心增1個中心噴孔,發(fā)現(xiàn)改進后鉆齒上分配的氣量明顯增加,過流流速增大,鉆頭中心區(qū)域回流現(xiàn)象基本消除,改進后結(jié)構(gòu)有利于及時清除巖屑,減少重復(fù)切削,可以提高機械鉆速以及延長鉆頭壽命。