煤田地质与勘探

作者：孙养清, 易先中, 万继方, 马健祺, 吴霁薇, 易军, 殷光品,

关键词：旋冲破岩, 凸轮−滚轮, 动力学仿真, 冲击特性, 旋冲钻具,

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率，具有广阔的应用前景。凸轮−滚轮是实现冲击动作的关键机构，但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重，进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据，建立凸轮−滚轮动力学模型，通过显式动力学(Autodyn)分析不同冲程、转速、钻压下的工作特性，总结机构的形变特征提出优化方法。分析结果与试验数据和理论数值对比，验证了计算模型的准确性。结果表明：冲程增大可提高冲击效果，但高于10 mm冲程的滚子实际运动轨迹受钻速、滚轮尺寸、凸轮轮廓曲率影响其轨迹将变平缓。转速在9~18 rad/s时轴向加速度波动幅度较大，对钻具的稳定性具有一定影响。钻压增大凸轮内缘处形变特性明显，其形变量与钻压成正比，25 kN钻压下凸轮的形变量约是10 kN的2.6倍。凸轮齿顶、滚轮内缘处为易变形点，在齿顶处安装可换滚筒同时改变滚轮为鼓轮构型并对抛物线−直线−抛物线、2次多项式、摆线、7次多项式4类凸轮轮廓线型进行特性分析。选用摆线及7次多项式凸轮座轮廓和鼓轮可提高冲击效果，计算结果可为旋冲钻具设计提供参考依据。

来源：2024年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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