提高大扭矩旋挖钻机用螺旋钻头安全性的分析及措施.pdf

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1、42探矿广程(岩上钻掘工程)2011年第38卷第11期提高大扭矩旋挖钻机用螺旋钻头安全性的分析及措施黄玉文，翁炜，冯美贵(北京探矿工程研究所，北京100083)摘要：通过对旋挖钻机用螺旋钻头的模拟分析和失效形式研究，探讨、r螺旋钻头的结构、材料和加T：艺，采JL{J安伞钢丝绳结构，提高r大扭旋挖钻机用螺旋钻头的j虽度和安全系数。同时介绍了钻头制造和使用过程中的注患甫项．．关键词：短螺旋钻头；强度；安伞系数；模拟分析；安伞钢丝绳；心管中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2011)11

2、—0042—02AnalysisonImprovementofSafetyofRockAugerforHighTorqueRotaryDrillingRigandtheMeasure／HUANGyⅡ一wen，WONGWei，FENGMei—gui(BeijingInstituteofExplorationEngineering，Beijing100083，China)Abstract：Accordingtothesimulationanalysisandstudyonfailuremodeofrockauger，t

3、hestructure，materialandmanu—facturetechnologyarediscussed．Thesafetywireropestructureisusedtoimprovethestrengthandthesafetyfactorofrockaugerusedforthehightorquerotarydrillingr唔．Furthermore，theattentionsinmanufactureandapplicationofrockaugerarementioned．Keywords

4、：rockauger；strength；safetyfactor；simulationanalysis；safetywirerope；coreshaft0引言硬岩地层钻进是旋挖钻机施工的难点之，短螺旋钻头由于其破岩能力强，目前得到_『广泛应用。连接方擞随着我国旋挖钻机向着大型或超大型的方向发展，艟『lI钻机的功率和输出扭矩不断加大，钻进地层的硬度心竹和强度日益增加，钻具的受力情况恶劣，在施T过程巾冈钻具受损甚至断裂而造成的孔内事故也随之增j螺Il_J削长，严重影响了工程进度和安全，为施工者带来了巨大的经济损失。在此

5、种情况下，从结构、材料与加]一圳削I工艺着手，提高短螺旋钻头的强度和安全系数迫在眉睫定心1短螺旋钻头的失效形式图1旋挖钻机用双锥双螺短螺旋钻头结构不意图常规旋挖钻机用短螺旋钻头主要由连接方、连(2)螺旋心管断裂或变形，造成钻头断裂；接方板、心管、主螺旋叶片和引导螺旋叶片、螺旋定(3)螺旋叶片变形。心等组成，其结构如图1所示。通过七述分析可以看出，短螺旋钻头的失效可根据对短螺旋钻头的实际应用情况进行调研后能造成螺旋钻头部分或整体掉入孔内，造成孔内事发现，目前旋挖钻机用短螺旋钻头的主要失效形式故，要防止此类事故造成的损

6、失，可以采用必要的可如下：靠性结构设计，通过选材、加工工艺等方面来提高螺(1)钻头连接方与钻头主体脱离，或钻头法兰旋钻头强度。受扭转变形；收稿Et期：2011—05—10；修回日期：2011—06—24作者简介：黄硅文(1968一)，(汉族)，江苏人，北京探矿工程研究所大l1径岩：jj}『}技术研发中心主仟、高级I程师，探矿大rl旋挖钻具的改计、研发1：作，北京IH海淀区V：NI~29，huangyuwen1968@163．0omo2011年第38卷第11期探矿工程(岩土钻掘工程)432短螺旋钻头的受力分析与强度校

7、核式中：r，——截面最大正应力，7_——截面最大剪为提高大扭矩钻机用短螺旋钻头的安全系数，应力。笔者在文献[5]的基础上，采用SolidWorks软件对设计人员可根据理论、经验及制造生产成本选短螺旋钻头进行整体建模，并通过SolidWorksSimu—择合适的材料或者改变心管尺寸参数，以满足不同lation有限元设计分析软件进行受力分析。能力钻机在不同地层条件下的钻进要求。设定参数为在连接方内部施加回转扭矩和轴向压力F，假设螺旋叶片固定，即按照发生螺旋叶3短螺旋钻头的安全结构设计片卡钻的情况对其进行受力分析，其结果

8、如图2所在提高心管强度的同时，笔者在螺旋钻头心管示。螺旋钻头的应力集中区域除固定段(卡钻段)内部附加了防断安全钢丝绳结构，钢丝绳上端与连外，应力集中也主要产生在连接方连接处及心管与接方板相连接，从心管内部通过后与定心相连接，组一～

9、l—0蠢麓叶片的连接处，可见对短螺旋钻头的分析结果与实装后钢丝绳的长度略长于心管长度，在正常的钻进。际的失效变形方式一致。¨"¨