本文關(guān)鍵詞：表鑲CBN鉆頭研制及其巖石鉆進(jìn)負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 巖石 鉆進(jìn)特性 鉆頭 螺旋構(gòu)型 表鑲CBN

【摘要】：探月三期工程的核心任務(wù)目標(biāo)是獲取長(zhǎng)度約兩米的月壤樣品并返回地球。在月壤剖面中可能會(huì)夾雜著不同類(lèi)型、不同尺度、不同硬度等級(jí)的月巖,當(dāng)取芯鉆頭遇到巖石時(shí),鉆進(jìn)負(fù)載會(huì)急劇增加,鉆頭的切削熱也會(huì)急劇累積,若鉆頭的設(shè)計(jì)不當(dāng)或鉆進(jìn)規(guī)程控制失調(diào),可能會(huì)導(dǎo)致鉆取采樣裝置鉆進(jìn)功能、取芯功能失效。在探月工程三期預(yù)先研究階段優(yōu)化形成的螺旋形鉆頭構(gòu)型,對(duì)小尺度月壤具有較強(qiáng)的鉆進(jìn)和取芯能力,但巖石的鉆進(jìn)能力較弱。針對(duì)這一工程背景,本文提出了在螺旋形基體表面鑲嵌CBN顆粒,在不損失其取芯能力的前提下,充分提高其對(duì)巖石的鉆進(jìn)能力。針對(duì)CBN顆粒對(duì)巖石的破碎作用機(jī)理,系統(tǒng)開(kāi)展了CBN顆粒巖石切削力學(xué)模型的理論與仿真研究。調(diào)研分析了月巖的基本類(lèi)型和主要物理特性,對(duì)地球巖石的主要物理力學(xué)特性以及巖石的可鉆性等級(jí)進(jìn)行了研究。建立了集中載荷、球形壓頭作用于巖石的受載應(yīng)力狀態(tài)分析計(jì)算模型;依據(jù)巖石的破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則,建立了CBN顆粒巖石破碎力學(xué)模型和仿真模型,為CBN顆粒在鉆具上的合理鑲嵌提供了初始依據(jù)。研制了表鑲CBN鉆頭試驗(yàn)件,并對(duì)CBN顆粒在鉆頭表面的鑲嵌形態(tài)、顆粒態(tài)鉆頭表面與巖石的有效接觸面積以及當(dāng)量螺旋面積下的鉆壓力分布進(jìn)行了分析與計(jì)算。開(kāi)展了鉆頭鉆進(jìn)巖石的過(guò)程、鉆頭碎巖能力、排屑運(yùn)動(dòng)和鉆頭的主要磨損因素的研究,為科學(xué)評(píng)估表鑲CBN鉆頭的關(guān)鍵特性提供了評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了充分驗(yàn)證所研制的表鑲CBN鉆頭的綜合特性,研制了巖石鉆進(jìn)試驗(yàn)臺(tái),開(kāi)展了正交實(shí)驗(yàn),獲得了回轉(zhuǎn)速率、加載速率以及基體螺旋頭數(shù)、CBN顆粒直徑對(duì)巖石鉆進(jìn)負(fù)載的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,在螺旋型鉆頭基體上鑲嵌CBN顆粒,使鉆具獲得了較強(qiáng)的巖石鉆進(jìn)能力。
【關(guān)鍵詞】：巖石 鉆進(jìn)特性 鉆頭 螺旋構(gòu)型 表鑲CBN
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：P184.5;V476.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題來(lái)源及研究目的和意義8-9
• 1.1.1 課題來(lái)源8
• 1.1.2 研究目的和意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外地外天體采樣探測(cè)技術(shù)綜述9-14
• 1.2.1 國(guó)外采樣探測(cè)技術(shù)綜述9-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)采樣探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 鉆頭鉆進(jìn)巖石材料14-16
• 1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 CBN顆粒巖石切削力學(xué)模型研究18-35
• 2.1 巖石物理力學(xué)性質(zhì)分析18-22
• 2.1.1 月巖概述18-19
• 2.1.2 巖石的物理特性19-20
• 2.1.3 巖石的力學(xué)特性20-22
• 2.1.4 巖石的可鉆性分級(jí)22
• 2.2 巖石受載應(yīng)力狀態(tài)分析22-26
• 2.2.1 集中載荷作用模型22-24
• 2.2.2 球形壓頭作用模型24-26
• 2.3 CBN顆粒巖石切削力學(xué)建模與仿真26-34
• 2.3.1 巖石的破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則27
• 2.3.2 CBN顆粒巖石破碎力學(xué)建模27-31
• 2.3.3 CBN顆粒巖石破碎仿真分析31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第3章 表鑲CBN鉆頭研制及其關(guān)鍵特性分析35-52
• 3.1 表鑲CBN鉆頭研制35-39
• 3.1.1 鉆頭基體構(gòu)型選擇35-36
• 3.1.2 CBN材料的性質(zhì)36-37
• 3.1.3 CBN顆粒與鉆頭基體的鑲嵌工藝37-39
• 3.2 CBN鉆頭鉆壓力分布影響因素研究39-43
• 3.2.1 CBN顆粒顯微狀態(tài)分析39-41
• 3.2.2 CBN顆粒有效接觸面積計(jì)算41-43
• 3.3 表鑲CBN鉆頭巖石鉆進(jìn)特性研究43-51
• 3.3.1 鉆頭鉆進(jìn)初始過(guò)程分析43-45
• 3.3.2 鉆頭碎巖能力的計(jì)算45-47
• 3.3.3 鉆頭的排屑運(yùn)動(dòng)分析47-48
• 3.3.4 鉆頭的磨損及主要因素分析48-50
• 3.3.5 基體構(gòu)型對(duì)鉆壓力分布的影響分析50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 巖石鉆進(jìn)特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)52-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì)52-53
• 4.2 鉆頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)53-58
• 4.2.1 回轉(zhuǎn)部件設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.2 沖擊部件設(shè)計(jì)56-58
• 4.3 加載部件設(shè)計(jì)58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 表鑲CBN鉆頭巖石鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究61-74
• 5.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇61
• 5.2 鉆進(jìn)負(fù)載影響因素實(shí)驗(yàn)研究61-68
• 5.2.1 螺旋頭數(shù)的影響實(shí)驗(yàn)61-63
• 5.2.2 CBN顆粒直徑的影響實(shí)驗(yàn)63-66
• 5.2.3 鉆進(jìn)速率的影響實(shí)驗(yàn)66-67
• 5.2.4 回轉(zhuǎn)速率的影響實(shí)驗(yàn)67-68
• 5.3 正交實(shí)驗(yàn)分析68-71
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)與正交表的選取69
• 5.3.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-71
• 5.4 CBN鉆頭和連續(xù)切削型鉆頭的對(duì)比驗(yàn)證71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1080450