反井鉆井工程中,擴(kuò)孔鉆頭體采用滾壓破巖的方式對(duì)巖石進(jìn)行破碎。滾壓破巖的本質(zhì)是滾刀刀齒對(duì)巖石的躍進(jìn)式侵入,這一侵入過(guò)程會(huì)伴生大量的沖擊荷載。隨著刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),沖擊荷載周期性產(chǎn)生,引起鉆具系統(tǒng)的縱向振動(dòng)。反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆具系統(tǒng)由普通鉆桿、穩(wěn)定鉆桿和擴(kuò)孔鉆頭體構(gòu)成,當(dāng)鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動(dòng)固有頻率和縱向振動(dòng)頻率重合時(shí),將會(huì)誘發(fā)縱向共振。擴(kuò)孔鉆進(jìn)工況下,反井鉆機(jī)鉆具系統(tǒng)處于大荷載條件下的復(fù)合受力狀態(tài),縱向共振將嚴(yán)重降低鉆具使用壽命,是導(dǎo)致鉆具疲勞和損傷的重要因素之一。本文從反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆具的固有頻率和振動(dòng)頻率兩方面入手,通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、編程計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等手段,對(duì)擴(kuò)孔鉆進(jìn)工況下反井鉆具的縱向振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。一、針對(duì)反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆具的縱向固有頻率問(wèn)題,建立了適用于反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆具的縱向自由振動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了擴(kuò)孔鉆具系統(tǒng)固有頻率的解析式。在四種不同直徑鉆頭體、三類(lèi)不同規(guī)格鉆桿、四種不同鉆具材料和四類(lèi)不同鉆具長(zhǎng)度條件下,建立了擴(kuò)孔鉆具系統(tǒng)的有限元模型,計(jì)算了不同參數(shù)組合條件下鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動(dòng)固有頻率,建立了鉆具長(zhǎng)度100米范圍內(nèi)的縱向固有頻率表。研究表明:鉆具長(zhǎng)度的改變是影響擴(kuò)孔鉆... 

【文章來(lái)源】：煤炭科學(xué)研究總院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：129 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的提出和研究意義
    1.2 文獻(xiàn)綜述
        1.2.1 鉆柱振動(dòng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 主要振動(dòng)測(cè)量技術(shù)
        1.2.3 反井鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究?jī)?nèi)容
第二章 鉆具縱向振動(dòng)固有頻率研究
    2.1 反井鉆機(jī)鉆具縱向振動(dòng)模型的建立
        2.1.1 鉆具系統(tǒng)的受力分析
        2.1.2 鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動(dòng)模型
    2.2 鉆具系統(tǒng)的縱向振動(dòng)固有頻率解析解
    2.3 反井鉆機(jī)鉆具有限元模型的建立
    2.4 反井鉆機(jī)鉆具固有頻率影響因素分析
        2.4.1 材料參數(shù)對(duì)固有頻率的影響
        2.4.2 鉆桿直徑對(duì)固有頻率的影響
        2.4.3 鉆具長(zhǎng)度對(duì)固有頻率的影響
        2.4.4 鉆頭體直徑對(duì)固有頻率的影響
    2.5 反井鉆機(jī)鉆具固有頻率表
    2.6 本章小結(jié)
第三章 鉆具縱向振動(dòng)頻率研究
    3.1 鉆具縱向振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理
    3.2 鉆頭體破巖頻率的數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 滾刀的排齒設(shè)計(jì)與布置
        3.2.2 鉆頭體的滾刀布置
        3.2.3 滾刀坐標(biāo)系的建立
        3.2.4 滾刀布置的簡(jiǎn)化
        3.2.5 破巖軌跡的確定
        3.2.6 模型的基本參數(shù)
        3.2.7 鉆具破巖頻率數(shù)學(xué)模型的建立
    3.3 鉆具縱向振動(dòng)頻率的推導(dǎo)
    3.4 鉆具縱向振動(dòng)頻率的計(jì)算程序
        3.4.1 MATLAB軟件介紹
        3.4.2 計(jì)算程序的編制
        3.4.3 計(jì)算程序的初步驗(yàn)證
    3.5 鉆具縱向振動(dòng)頻率的計(jì)算及分析
        3.5.1 計(jì)算參數(shù)的確定
        3.5.2 沖擊荷載的計(jì)算及分析
        3.5.3 鉆頭體破沿軌跡曲線(xiàn)
        3.5.4 鉆具縱向振動(dòng)頻率的計(jì)算結(jié)果
    3.6 本章小結(jié)
第四章 鉆具的縱向共振問(wèn)題及解決方案
    4.1 鉆具的縱向共振現(xiàn)象分析
    4.2 基于模糊控制的鉆具共振解決方案
        4.2.1 控制條件分析
        4.2.2 輸入輸出變量的確定和模糊化
        4.2.3 模糊控制規(guī)則的建立
        4.2.4 模糊決策與反模糊化
    4.3 本章小結(jié)
第五章 鉆具縱向振動(dòng)頻率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)
    5.1 實(shí)驗(yàn)背景與工程資料
        5.1.1 工程背景
        5.1.2 反井鉆機(jī)參數(shù)
        5.1.3 工程圍巖條件
    5.2 鉆具縱向振動(dòng)頻率的建模計(jì)算
    5.3 鉆具縱向振動(dòng)頻率的測(cè)量方案
        5.3.1 縱向振動(dòng)頻率的間接測(cè)量依據(jù)
        5.3.2 測(cè)量手段和測(cè)量設(shè)備
    5.4 鉆具縱向振動(dòng)頻率的實(shí)測(cè)分析
        5.4.1 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的收集
        5.4.2 快速傅里葉變換法
        5.4.3 信號(hào)處理及結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 論文結(jié)論
    6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]不同齒形的鑲齒滾刀破巖效果模擬仿真[D]. 汪瑩瑩.合肥工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3259832