钻杆螺纹失效分析及改进措施研究

论文摘要

煤矿用坑道钻机钻杆在孔内受各种载荷作用,包括弯曲、扭转、振动及拉压等。钻进时经常出现钻杆断裂现象,不仅影响正常生产,而且还往往因难于打捞而使事故恶化,造成人力、财力的损失。因此对钻杆的接头进行研究,正确分析钻杆断裂原因,采取有效措施,提高钻杆质量,降低钻孔事故率,保证正常钻进,具有十分重要的意义。论文从钻杆接头连接螺纹失效类型分析入手,采用弹性有限元方法建立了钻杆连接螺纹分析模型,针对目前国内煤矿用坑道钻机普遍使用的Φ42钻杆进行了强度分析,并对钻杆材质进行了断口的形貌、化学成分测量、硬度测量、金相分析,讨论了钻杆断裂的具体失效原因,得出钻杆接头螺纹应力偏高,热处理工艺不稳定等原因造成的。针对钻杆断裂的原因,在结构上提出了增加应力减荷槽、切削公扣大端第一牙高度和改变公扣接头锥度的改进方案。计算分析表明增加应力减荷槽、切削公扣大端第一牙高度,使公扣大端最大负载降低30%;增加应力减荷槽、改变公扣接头锥度使公扣大端最大负载降低23%。在钻杆接头热处理工艺方面提出了具体的热处理方法,严格控制热处理工艺、适当提高热处理的硬度和强度,以保证钻杆接头组织性能的均匀性和一致性。通过上述改进措施加工出的钻杆,在全国多家大型煤矿井下的实际应用,钻杆断裂的事故率明显降低,取得了较好的效果,为企业节约了大量的改进费用,缩短了改进时间,创造了较大的经济效益和社会效益。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 2 弹性有限元分析理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 有限元分析基础理论
• 2.3 ABAQUS软件简介
• 2.4 钻杆有限单元分析方法
• 2.5 小结
• 3 钻杆螺纹强度分析
• 3.1 钻杆受力状况
• 3.2 常规计算
• 3.3 钻杆接头有限元模型
• 3.4 钻杆接头强度有限元分析
• 3.5 小结
• 4 钻杆材质分析
• 4.1 钻杆接头断裂机理和微观形貌
• 4.2 钻杆接头断裂分析
• 4.3 小结
• 5 失效原因分析及改进措施
• 5.1 失效原因分析
• 5.2 结构改进措施
• 5.3 材质及热处理改进措施
• 5.4 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文情况
• B. 作者在攻读硕士学位期间承担的科研项目