基于Solidworks和Simulation的钻杆断裂原因分析.pdf

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1、2013年第7期中州煤炭总第211期基于Solidworks和Simulation的钻杆断裂原因分析梁治民，朱贞卫(河南理工大学，河南焦作454000)摘要：分析了钻杆断裂形式及原因，指出材质、加工工艺等生产因素对钻杆断裂产生的影响，利用Solidworks对钻杆进行三维建模，并利用Simulation模块对其进行静态受力分析；从理论上分析了钻杆断裂规律及应力分布情况，提出了提高钻杆质量、减少钻杆断裂的措施，为延长钻杆使用寿命提供了理论参考。关键词：钻杆；断裂；Simulation中图分类号：P634

2、文献标志码：B文章编号：1003—0506(2013)07—0048—02钻机是煤矿井下钻进瓦斯抽(排)放孑L、煤层注钻杆设计由无缝地质钢管和内外螺纹连接接头水孑L、防突卸压孔、地质勘探孑L及有关工程的常用工焊接而成，然而，钢管和接头如果本身存在裂纹等质具，具有钻进能力大、钻进速度快、操作简单、工作稳量问题，在现场使用过程中将会导致钻杆断裂现象。定可靠、移动安装方便等特点，因此，在煤矿生产中2．2加工工艺具有举足轻重的地位¨。郑煤集团各矿钻杆的使(1)焊接质量。目前钻杆焊接方式为利用摩擦用量很大，由于

3、各矿主采煤层属于豫西三软不稳定焊机直接焊接而成，可能由于摩擦焊机压力、温度等煤层，钻孔岩层变化复杂，钻杆在钻进过程中受到各参数未调好而使钻杆产生质量问题。种载荷作用，经常出现钻杆断裂现象。钻孔过程中(2)螺纹加工精度。生产过程中螺纹和牙形加钻杆往往在钻进最后阶段断裂，使钻孔失效，需另外工误差，会导致外螺纹连接接头和内螺纹连接接头选择钻孔位置进行作业，同时断裂钻杆前端连接部断面间隙达不到要求，使钻杆在使用过程中承受的分均无法拔出，影响正常生产，而且造成人力、财力载荷均由螺纹承受，螺纹连接部分容易发生裂纹

4、，或的损失。因此，正确分析钻杆断裂原因，对采取有效者内外连接螺纹滑扣，从而导致钻杆断裂。措施、提高钻杆质量、降低钻孑L事故率、保证正常的2．3使用生产需求均具有十分重要的意义。钻杆使用不合理，同样会引起钻杆断裂问题1钻杆断裂主要形式3钻杆强度有限元分析常用的外平钻杆结构如图1所示。该类钻杆发生断裂的主要形式有：①钻杆与接头焊缝处断裂；②随着计算机技术的发展，在机械工程中，有限元内螺纹接头部变形或开裂；③外螺纹连接头螺纹尾法已经作为一种常用的方法被广泛使用。计算零部部断裂；④外螺纹接头螺纹滑扣。件的应力

5、、应变，进行动态计算及稳定分析等均可以使用有限元法。通过应用有限元分析钻杆，可以发现其容易发生断裂部位进而有针对性地对其进行设计改造。图1外平钻杆结构3．1钻杆材料属性钻杆的材料属性见表1。2钻杆发生断裂影响因素3．2钻杆实体模型Solidworks软件是一种采用特征建模技术、基于2．1材质同一数据库参数化的通用CAD系统。根据钻杆结收稿日期：2013—03—28构特点，采用特征建模方法，用Solidworks软件建立作者简介：梁治民(1978一)，男，河南洛阳人，工程师，河南理工大学具有钻杆几何特征

6、的三维实体模型(图2)。工程硕士在读，现从事煤矿机械制造工作。·48·