异形单牙轮钻头的传动比计算仿真模型研究.pdf

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1、·杌初陵与应用·2012年第3期(总第119期)研究与分析异形单牙轮钻头的传动比计算仿真模型研究刘云胜，李勇，钱雯，邓嵘(西南石油大学，四川成都610500)摘要：在牙轮钻头的几何关系以及动力学和运动学基础上，通过牙轮工作过程中的运动平衡和力矩平衡，建立牙齿与岩石的相互作用力以及牙轮扭矩、角速度、角加速度仿真模型。在仿真中将牙轮钻头连续转动过程离散化，通过对每个瞬时离散点的传动比的计算得到钻头的平均传动比。仿真模型中将牙轮钻头结构、岩石特性等参数综合考虑，使仿真模型更加贴切钻头实际钻进环境。仿真出来的平均传动比值对牙轮钻头设计、分析提供一定的参考依据。关键词：牙轮

2、钻头；传动比；结构参数；岩石性质；仿真模型中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)03—0029—04Researchonrollingratiomodelofone．．conebitLiuYun-sheng，LiYong，QianWen，DengRong(Southwestpetroleumuniversity，ChengduSichuan610500，China)Abstract：Basedonthegeometry，dynamicandkinematicsofconebit，throughtheanalysisofkine

3、ticbalanceandtorquebal-ancesattheworkingOourseofcone，theinteractionbetweenteethandrock，torqueoncone，angularvelocityandansleaeeele~afionofconearebuilt．Therollingprogressofrollerbitisdiscretized．Aftercalculatingtherollingratioofeachdiscretepoint，theaveragerollingratioofbitisgot．Comprehe

4、nsivelyconsideringtheparametersofthestructureofconebitandtherockproperty，thesimulationmodelsallmoreclosetotheactualsituation．Thesimulationresultofaverageratiocanprovidesomereferencesforthebitdesignandresearch．Keywords：conebit；ratio；structureparameters；rockbehavior；simulatemodel1引言为牙轮的

5、极轴面。这个运动圆柱坐标系如图2所示。牙轮钻头工作时牙轮的转速与钻头的转速之比称为牙轮钻头的传动比。传动比的研究是钻头运动学、动力学研究的基础，对钻头破岩机理分析及轴承

6、头图2异形牙轮结构平面图是钻头体绕钻头轴线转动，牙轮绕着牙轮轴线相对转动。以钻头体中心线为竖轴OZ建立一个固定的直牙轮上任一点在这个运动圆柱坐标中的位置用角坐标系，其他两轴和y与z轴正交。另外在牙矢径r、极角和竖高h来表示。坐标表示为]：轮上再设置一个随着钻头体向下运动的圆柱坐标系，X=(L—h)cosOo+rcoso~cosO0+rsinasinO0它的原点O在该牙轮底圆的中心点上。竖轴0Z，Y=(L一)sinOo—rsinacosOo+rcosacos3sinOo同牙轮中心线重合，由牙轮底部指向牙轮项部，极轴Z=Z0一hcos3一rcosasinB(1)D则同

7、0Z垂直。平面zD，同钻头中心线即式中：是坐标轴OX与极轴面Z0X之间的夹角；同固定圆柱坐标的竖轴OZ重合，这个Z0X平面称为钻头轴线与牙轮轴线的夹角；为钻头的初始标收稿日期：2012—04—20作者简介：刘云胜(1984一)，男，湖北黄石人，硕士，主要从事石油天然气井下工具方面的工作。·29·研究与分析2012年第3期(总第119期)·杌械研究与应用·高；r为肘点到牙轮轴线的垂直距离；h为M点到牙类似垂向力侧向力大小跟深度h的某次方和侧轮底平面的垂直距离；为牙轮相对于牙轮轴的转向接触面积(牙齿与岩石接触面在侧平面上的投影角；L为牙轮中心线与钻头中心线交点到牙轮底

8、平面面积)