【摘要】：針對(duì)ZQF216-110鐵鉆工牙板在長期高頻、高負(fù)載工況條件下極易磨損的問題,采用陣列微結(jié)構(gòu)表面技術(shù),以提高其耐磨損性能。本文以提高牙板試件耐磨損性能為目的,開展了以激光制備理想陣列微結(jié)構(gòu)為核心的研究工作。具體內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)基本尺寸,優(yōu)化陣列微結(jié)構(gòu)形式。首先根據(jù)牙板實(shí)際工況,利用Hertz接觸理論計(jì)算出微結(jié)構(gòu)的接觸半寬上下限,從而確定微結(jié)構(gòu)尺寸范圍為0.6mm~1.0mm。然后針對(duì)直線溝槽、網(wǎng)狀溝槽以及圓形微坑三種陣列微結(jié)構(gòu)進(jìn)行摩擦副運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)比分析,優(yōu)選出圓形微坑為理想的微結(jié)構(gòu)形式。(2)激光加工溫度場模擬�；谟邢拊浖�,針對(duì)激光加工微坑和微槽的特點(diǎn),分別建立定點(diǎn)高斯熱源和移動(dòng)高斯熱源溫度場模型,模擬分析激光加工微結(jié)構(gòu)的三維形貌,獲取后續(xù)試驗(yàn)工藝參數(shù)理論指導(dǎo)數(shù)據(jù)。(3)激光制備陣列微結(jié)構(gòu)的工藝規(guī)律研究。借助超景深三維顯微鏡觀測陣列微結(jié)構(gòu)幾何形貌,研究離焦量、單脈沖能量、脈寬、加工時(shí)間和頻率等激光工藝參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)尺寸的影響,總結(jié)激光制備陣列微結(jié)構(gòu)的工藝規(guī)律。(4)摩擦磨損對(duì)比試驗(yàn)及結(jié)果分析。首先,對(duì)三種形式微結(jié)構(gòu)表面的耐磨損性能進(jìn)行比較,確認(rèn)圓形微坑為耐磨性能較好織構(gòu)形式。其次,對(duì)陣列微坑的尺寸參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化,耐磨效果最好的尺寸為直徑為1mm,微坑間距為1.2mm。然后,對(duì)陣列微結(jié)構(gòu)的耐磨損作用進(jìn)行研究,磨損機(jī)制主要為磨粒磨損。耐磨損性能提高的主要原因有:一是在摩擦過程中的容屑作用,二是激光相變硬化作用,三是陣列微坑織構(gòu)在摩擦過程中對(duì)犁溝起到破壞作用。最后,對(duì)未織構(gòu)試件表面與織構(gòu)化試件表面摩擦系數(shù)進(jìn)行比較。本文研究工作表明,激光加工技術(shù)是一種制備陣列微結(jié)構(gòu)的有效方法;該方法制備的陣列微結(jié)構(gòu)表面能有效提高金屬表面的耐磨損性能,理想形式為陣列圓形微坑,在相同摩擦條件下,相比未織構(gòu)表面,陣列圓形微坑表面磨損量最多能減少90.89%。該技術(shù)有望應(yīng)用于鐵鉆工牙板,有效提高其耐磨損性能。
【圖文】：

于陸上、海上多種鉆井平臺(tái)[1]。圖 1-1 為江蘇如石機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的ZQF216-110 型鐵鉆工，該鐵鉆工適用的最大管徑為 216mm，最大扭矩是110kN·m。圖 1-1 ZQF216-110 型鐵鉆工實(shí)物圖圖 1-2 為 ZQF216-110 型鐵鉆工結(jié)構(gòu)示意圖，鐵鉆工機(jī)器手包括旋扣鉗○8 和主鉗○9 。主鉗由上鉗和下鉗組成，其作用是用來完成上扣和卸扣的動(dòng)作，為旋扣鉗的旋扣動(dòng)作提供準(zhǔn)備。所謂“扣”指的就是鉆具中的螺紋連接，所謂“上、卸”指的是將螺紋連接進(jìn)行緊固或放松的過程。鐵鉆工完成對(duì)鉆桿（或鉆鋌）的上扣或卸扣一個(gè)循環(huán)須經(jīng)七個(gè)步驟，即具有七個(gè)動(dòng)作。分別為：鉗體的前后移動(dòng)、旋扣鉗○8 的正反轉(zhuǎn)、旋扣鉗○8 的夾緊與松開、下鉗顎板的夾緊與松開、上鉗顎板的

圖 1-2 ZQF216-110 型鐵鉆工結(jié)構(gòu)示意圖鐵鉆工工作時(shí)具有七個(gè)主要?jiǎng)幼鳎?）鉗體Ⅰ的前后移動(dòng)：實(shí)現(xiàn)鉗體向井口方向移動(dòng)，作業(yè)完成后的退回。該機(jī)構(gòu)在升降架○16與鉗架○12之間的一對(duì)平行四桿機(jī)構(gòu)Ⅱ，實(shí)現(xiàn)鉗體Ⅰ的前后移動(dòng)，并保證鉗頭在移動(dòng)過程中與鉆臺(tái)面的高度相對(duì)不變，使鉗頭移運(yùn)平穩(wěn)。2）旋扣鉗○8 的旋扣：旋扣鉗分左右鉗體，每個(gè)鉗體均安裝兩個(gè)滾子○28 ，每個(gè)滾子兩端均由兩個(gè)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，滾子可正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆桿旋扣作業(yè)。3）旋扣鉗○8 的夾緊與松開：旋扣鉗的左右鉗體間通過夾緊液缸伸縮使左右鉗體張開或合攏，鉗體合攏后使?jié)L子○28充分壓緊鉆桿，保證旋扣作業(yè)的實(shí)現(xiàn)。4）下鉗○27 顎板的夾緊與松開：主鉗分上下鉗體，下鉗內(nèi)有一對(duì)顎板，通過液缸的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿接箍（母接頭）的夾緊或松開，下鉗鉗體○27與鉗架○12固定。5）上鉗○26 顎板的夾緊與松開：主鉗的上鉗內(nèi)也有一對(duì)顎板，通過液缸的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿接箍（公接頭）的夾緊與松開，上鉗體座落在下鉗體上，可沿下鉗體同軸、雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，，實(shí)現(xiàn)鉆桿的緊扣和沖扣。6）主鉗○9 的上扣和卸扣：主鉗的上下鉗體間的錯(cuò)角是實(shí)現(xiàn)鉆桿緊扣和沖扣
【學(xué)位授予單位】：南通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE92

【參考文獻(xiàn)】

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2 齊燁;常秋英;王斌;李娟;;激光織構(gòu)對(duì)干摩擦性能的影響及機(jī)理研究[J];兵工學(xué)報(bào);2015年02期

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4 王正國;莫繼良;王安宇;陳光雄;朱e

本文編號(hào)：2641490