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某型牙轮钻机钻杆的强度分析

发布于:2016-04-27 21:04
强度分析

      某型牙轮钻机在工作时是两根钻杆接杆钻进的。钻杆主要承受轴压力和回转扭矩的作用,其外壁受孔壁和岩渣的强烈摩擦,工作条件恶劣,常发生损坏。其主要失效的形式有断裂、磨损、弯曲、脱扣等。断裂主要发生在三个接头部分。原因除焊接质量难以保证外,应力集中是一个重要原因。对其进行强度分析,如果全部采用体单元,需要很大的存贮空间,一般微机不能完成。本研究先采用梁单元进行计算,然后对三个接头部分以体单元进行细划分,各接头的边界用梁单元的计算结果以边界单元的形式输人。这样的计算分析取得了良好的结果。
      图示为两根钻杆连在一起的钻杆简图。其高度近18米。接头1与钻架上的回转加压小车相接,接头2联接两根钻杆,接头3与钻头相接。共划分99个梁单元、100个节点。约束情况由于钻杆的高度很高,与上、下固定端的高度相比很大。故认为上、下端点可绕X和Y方向转动。
      载荷情况根据钻杆工作情况·确定如下两种载荷工况:①正常钻进,以正常工作时的轴压力和扭矩作用于钻杆。②突然卡钻,当岩渣未能及时排出孔外时,或钻头遇到岩缝时易出现卡钻。当突然卡钻时,瞬间作用在钻杆上的力达到最大轴压力和最大扭矩。
      三个接头是从梁结构单元中截取出来的,并重新以体单元的形式进行划分,这就要求每个接头截面处的受力大小与变形大小完全与梁单元对应节点处的节点力与节点位移的大小相同。为满足这一要求,在计算中采用边界单元进行模拟。
      对于三个接头的体单元,接头1上部所加的力即为两种工况所确定的外力,而下部所加的力以及接头2上、下部所加的力和接头3上部所加的力均为梁单元计算出的节点力,下部各节点全部约束。由于梁单元计算出的节点力中的剪力和弯矩相比轴向力和扭矩在数值上是很小的,故忽略剪力和弯矩的影响。同时,梁单元计算出的节点位移,仅Y方向位移和绕J轴转角较大,则其它方向的位移可忽略。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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