1短螺旋鉆頭的結(jié)構(gòu)分類及分析
根據(jù)使用的不同，短螺旋鉆頭具有的結(jié)構(gòu)和分類的多樣性，常見的嵌巖短螺旋鉆頭從結(jié)構(gòu)形式上可分為平頭短螺旋鉆頭和錐頭短螺旋鉆頭(如圖1,圖2所示)，其主要由法蘭、心軸管、主螺旋葉片(導(dǎo)向螺片)和引導(dǎo)螺旋葉片(錐片或平頭)組成。錐頭螺旋鉆頭又分為雙錐雙螺短螺旋鉆頭、雙錐單螺短螺旋鉆頭、單錐單螺短螺旋鉆頭尺寸。
螺旋鉆頭的主要參數(shù)有螺距、螺旋線長度、螺旋鉆頭錐角(平頭螺旋鉆頭錐角為0)、切削具布齒間距、切削距布齒到徑的螺旋線回轉(zhuǎn)角度、鉆齒的布齒角度及長度、硬質(zhì)合金頭的相關(guān)參數(shù)等。由于螺旋鉆頭的錐角是螺旋鉆頭的重要指標(biāo)，根據(jù)實際工程經(jīng)驗，一般錐角較大，螺旋線的回轉(zhuǎn)角度較小，布齒相對較少，鉆頭的制造成本較低，可滿足強(qiáng)風(fēng)化和礫石層鉆進(jìn);對于中風(fēng)化、弱風(fēng)化等堅硬地層，則要采用小錐角、大鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)。但是錐角的較大和較小只能靠工程經(jīng)驗，具體的可靠工作范圍很難界定，為此有必要對短螺旋鉆頭的引導(dǎo)螺旋葉片受力情況進(jìn)行分析研究，然后根據(jù)不同的地層特點設(shè)計相應(yīng)的短螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)，以提高鉆進(jìn)效果。
2 基于SolidWorks的短螺旋鉆頭引導(dǎo)螺旋葉片受力分析研究
由于平頭短螺旋鉆頭螺旋鉆頭錐角為零，其引導(dǎo)葉片可以錐頭短螺旋鉆頭的特例，為此現(xiàn)以雙錐雙螺短螺旋鉆頭(其基本參數(shù)見表1)引導(dǎo)螺旋葉片為例，材料一定，并假定材料設(shè)想為同象性，在約束和載荷一定的情況下，對引導(dǎo)螺旋葉片基于SolidWorks的受力情況分析研究。
分析過程中設(shè)想線性靜態(tài)分析:(1)材料行為為線性，與Hooke定律相符;(2)誘導(dǎo)位移很小以致由于載荷可忽略剛性變化;(3)載荷緩慢應(yīng)用以便忽略動態(tài)效果。在分析過程中引導(dǎo)螺旋葉片材料屬性選擇為低合金Mn鋼，其受力分析如圖3所示，具體載荷等信息見表2。
圖4為螺旋錐角與最低安全系數(shù)變化關(guān)系圖，圖5為螺旋錐角與葉片質(zhì)量變化關(guān)系圖，從表2和圖4 ,5可以得出:當(dāng)引導(dǎo)螺旋鉆頭承壓一定時，其安全系數(shù)隨著螺旋錐角的增大而增大，但增大到一定值時又隨之減小，而螺旋鉆頭的質(zhì)量卻隨著螺旋錐角的增大而減小，螺旋錐角與螺旋鉆頭錐角成正比關(guān)系，螺旋鉆頭錐角是螺旋錐角的2倍，即當(dāng)引導(dǎo)螺旋鉆頭承壓一定時，其安全系數(shù)隨著螺旋鉆頭錐角的增大而增大，但增大到一定值時卻隨之減小;而螺旋鉆頭的質(zhì)量卻隨著螺旋鉆頭錐角的增大而減小。可以根據(jù)變化關(guān)系及地層狀況選擇合適的螺旋鉆頭錐角。
3結(jié)論
本文主要探討了基于SolidWorks的雙錐雙螺短螺旋鉆頭引導(dǎo)螺旋葉片為例，假定材料設(shè)想為同象性，進(jìn)行了受力分析研究，得出螺旋鉆頭錐角與安全系數(shù)之間的關(guān)系。設(shè)計者可以根據(jù)關(guān)系變化圖及不同的地層特點設(shè)計相應(yīng)的短螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)，對提高螺旋鉆頭鉆進(jìn)效果影響很大，同時也為短螺旋鉆頭的設(shè)計合理性及可靠性提供依據(jù)。