PDC錨桿鉆頭的破巖機(jī)理及其優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）錨桿鉆頭因?yàn)楸旧愍?dú)特的結(jié)構(gòu)，因而在鉆進(jìn)軟到中硬巖層時(shí)，比普通的合金鋼材質(zhì)的錨桿鉆頭有更加良好的切削巖石的能力，并且鉆進(jìn)速度高，復(fù)合片摩擦損耗慢，對(duì)于錨桿鉆孔的效率有極大的提升，因而有很大的使用經(jīng)濟(jì)價(jià)值，得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是由于PDC錨桿鉆頭獨(dú)特的結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了它在受力過(guò)程中，不能承受過(guò)大的應(yīng)力變化，在硬質(zhì)巖層和非均質(zhì)地層中無(wú)法發(fā)揮自身的優(yōu)良性能，所以對(duì)PDC錨桿鉆頭破碎巖石的理論依據(jù)以及幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)有

2、重要的意義。
　　參考了前人的PDC鉆頭相關(guān)理論，探討了PDC錨桿鉆頭的破巖機(jī)理所需的條件，認(rèn)為在復(fù)合片鉆進(jìn)巖石時(shí)，切入破巖的主要影響因素有鉆頭的幾何參數(shù)、巖石的不同巖性以及鉆進(jìn)的參數(shù)等。其中，由于巖石的力學(xué)性質(zhì)使得巖石的剪切破碎比旋轉(zhuǎn)時(shí)的擠壓破碎更容易發(fā)生，所以尤其是對(duì)脆性巖石，選擇破巖中發(fā)生的擠壓破碎可以省去不考慮;參考了前人的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，分析了PDC錨桿鉆頭鉆進(jìn)巖石過(guò)程中的失效形式有摩擦損耗和沖擊損壞，并且沖擊損壞還包括了

3、復(fù)合片層的碎裂和剝落，也對(duì)鉆頭沖擊損壞的機(jī)理進(jìn)行了探討，認(rèn)為復(fù)合片自身性能缺陷對(duì)損壞起重要作用;還對(duì)上面所提的沖擊損壞機(jī)理做了概述;并且利用SolidWorks Simulation3d仿真軟件和Flow Simulation流體仿真插件，建立PDC錨桿鉆頭的有限元模型，通過(guò)有限元靜態(tài)受力分析，得到等效應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D和對(duì)應(yīng)的位移云圖，來(lái)分析錨桿鉆頭的最大應(yīng)力與最大應(yīng)力點(diǎn)的位置;對(duì)PDC錨桿鉆頭做屈曲分析，計(jì)算前幾階模態(tài)及與之相應(yīng)的臨界載

4、荷，以判定鉆桿鉆頭在不同圍巖應(yīng)力下，由穩(wěn)定過(guò)渡到不穩(wěn)定時(shí)，鉆頭是處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，還是處于屈曲不穩(wěn)定狀態(tài);分析PDC錨桿鉆頭的幾何參數(shù)與最大應(yīng)力的關(guān)系曲線圖;分析PDC錨桿鉆頭在鉆進(jìn)砂巖、泥巖等不同巖層時(shí)，幾何參數(shù)對(duì)于排屑的影響;分析PDC錨桿鉆頭的模式形態(tài)，以及與不同長(zhǎng)度的鉆桿作為整體時(shí)的模態(tài)，確定鉆頭不產(chǎn)生共振的安全轉(zhuǎn)速范圍;建立PDC錨桿鉆頭振動(dòng)鉆削的動(dòng)力學(xué)模型。鉆削過(guò)程中，鉆頭與工件周期性地離開和接觸，分析阻尼系數(shù)對(duì)PDC錨桿鉆