仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面非光滑形态的优化.pdf

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1、2012年第39卷第5期探矿工程(岩土钻掘工程)75仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面非光滑形态的优化李小洋，孙友宏，王传留，马银龙，李守圣，曹宇(1．吉林大学建设工程学院，吉林长春130026；2．中煤科5-集团西安研究院，陕西西安710077；3．黄河勘测规划设计有限公司，河南洛阳471002)摘要：基于仿生耦合理论研制的仿生耦合孕镶金刚石钻头，在工作过程中，仿生单元的提前磨损，会在其底唇面上形成一定的非光滑表面形态，因此其具有钻进效率高和使用寿命长的优点。探讨了仿生单元的同心圆排列方式，即通过改变仿生单元之间的径

2、向和周向距离，来形成一系列非光滑表面形态，然后加工相应的仿生耦合钻头，并进行室内钻进实验，结果表明，径向距离为1．5d(d为仿生单元直径)、周向距离为3．0d和径向距离为2．0d、周向距离为3．5d两种排列方式更能体现仿生耦合钻头高效率、长寿命的优点，相对普通钻头，其效率和寿命分别提高16％、100％和15％、125％。为以后仿生钻头的设计提供了重要依据。关键词：仿生耦合孕镶金刚石钻头；非光滑；仿生单元；优化中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2012)05—0075—03Opt

3、imizationofNon-smoothArrangementofBionicCouplingImpregnatedDiamondBit’sCrown／L／Xiao—yang，SUNYou—hong，WANGChuan—liu，MAYin—long，LIShou—sheng，CAOYu(1．CollegeofConstructionEngineering，Ji—linUniversity，ChangchunJilin130026，China；2．Xi’anResearchInstituteofChinaCoal

4、Technology&EngineeringGroup，Xi’anShaanxi710077，China；3．YellowRiverEngineeringConsultingCo．，Ltd．，LuoyangHenan471002，China)Abstract：Sincebionicnon—smooththeoryisusedindrillingfield，bionicimpregnateddiamondbitshavegreatadvantagesinimprovingdrillingeficiencyandpr

5、olonginglifespanandthebionicbitsmainlydependonthebionicnon-smootharrange·-mentofbit’scrown．Thebionicnon—smootharrangementismadeofseveralbionicelements；thereforeaccordingtocirculararrangementsofbionicelements，13diferentbits(includingonecommondiamondbit)aredesi

6、gnedandmanufactured，eachhasdiferentradialdistanceandcircumferentialdistance．Aseriesofexperimentsareconducted，itisshowedthat2bits(No．4andNo．11)havegoodperformanceswhichradialdistancesare1．5dand2．0d(thedisthediameterofbionicelement)andcircumferentialdistancesar

7、e3．0dand3．5d．Comparedtothecommonimpregnateddiamondbit，penetrationrateandlifespanofNo．4areincreased16％and100％andNo．11isincreased15％and125％．Keywords：bionicimpregnateddiamondbit；non—smooth；bionicelement；optimization0引言出了最优的仿生单元排布方式，为后续仿生耦合钻随着国民经济的快速发展，对矿产资源的需求头的

8、加工提供了依据。量大幅度增加，伴随勘探量的增多，碰到的硬岩地层越来越多。为解决硬岩钻进的难题，国内外许多研1仿生单元排布设计究人员进行了不懈的努力⋯。而把仿生学与钻头1．1仿生单元周向间距设计设计结合起来，基于仿生耦合理论研制的仿生耦合在设计周向排布时，两个相邻仿生单元圆心之金刚石钻头，具有钻进效率高和使用寿命长的优点，间距离也按圆弧长度计算。如果同圆周上两相邻仿原因在于