聲頻鉆機的公理設計分析.pdf

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1、·枕械研究與應用·2014年第6期(第27卷，總第134期)設計與制造聲頻鉆機的公理設計分析徐建寧，鄭英杰，席文奎，邵樂(西安石油大學機械工程學院，陜西西安710065)摘要：應用公理設計理論對聲頻鉆機的設計過程進行分析，檢驗其是否符合公理設計理論的要求，并對其核心部件一振動器的兩種設計方案進行公理化分析比較，選出優(yōu)化的設計方案，在一定程度上保證聲頻鉆機設計的穩(wěn)定性和可靠性。關鍵詞：聲頻鉆機；公理設計；振動器；高頻；激振力中圖分類號：TH122文獻標志碼：A文章編號：1007-4414(2014)06-0153-03AxiomaticDesignandAnalysisofSonicDrill

2、ingRigXUJian-ning，ZHENGYing-jie，XIWen-kui，SHAOLe(SchoolofMechanicalEngineering，Xi"an鼽HUnwe~ity，Xi"anShaanxi710065，China)Abstract：Withapplicationofaxiomaticdesigntheory，theprocessofsonicrigdesignisanalyzedtotestwhetheritmeetstherequirementsoftheaxiomaticdesigntheory，andtwodesignprojectsforitscorecom

3、ponent—vibratorareaxiomaticallyana—lyzedandcompared．Finally，theoptimizeddesignisthenelected，anditensuresthestabilityandreliabilityofsonicrigde-signtosomeextent．Keywords：sonicdrillingrig；axiomaticdesign；vibrator；highfrequency；excitingforceO引言以下分別介紹其工作機理。隨著鉆探行業(yè)的發(fā)展，工程上對鉆機的工作效(1)曲軸活塞振動器的工作機理率、鉆探方式和鉆進速度

4、都提出了較高的要求?，聲曲軸活塞振動器內(nèi)部結構如圖1所示，主要有：頻鉆機采用高頻振動方式進行鉆進，而不是傳統(tǒng)的旋缸體、曲軸、曲軸油箱1、曲軸油箱2、活塞和連桿。轉(zhuǎn)和沖擊方式，能夠較好的滿足這些工程要求。如圖1所示，工作時，汽油發(fā)動機提供源動力，動而公理設計理論為設計者在設計過程中建立設計思力經(jīng)軟軸傳遞到曲軸，由曲軸帶動連桿，從而帶動殼想提供了科學范式，從產(chǎn)品的初期概念設計到最終的體中的活塞，使活塞在殼體內(nèi)做往復運動，從而振動詳細設計，從抽象到具體，設計者都可以很方便地對器能夠產(chǎn)生垂直方向上下震動的激振力，振動頻率取設計要求、解決方案以及設計過程進行分析和決決于曲軸的轉(zhuǎn)動速度。策J。公理設計理

5、論對于聲頻鉆機的設計有一定的(2)偏心輪振動器的工作機理指導意義，在一定程度上保證聲頻鉆機設計的穩(wěn)定性偏心輪振動器內(nèi)部結構如圖2所示，主要有：缸和可靠性。體、偏心輪1和偏心輪2。1聲頻鉆機組成部分(1)動力裝置：提供聲頻鉆機工作時所需的源動力，核心部件是汽油發(fā)動機。(2)傳動裝置：用于發(fā)動機與振動器之間的動力傳遞，核心部件是軟軸。(3)振動器：能夠產(chǎn)生高頻激振力。(4)鉆桿：用于鉆人土層或軟巖。(5)提升裝置：用于提升鉆桿。圖1曲軸活塞振動頭圖2偏心輪振動器結構2聲頻鉆機的工作機理結構圖受力示意圖聲頻鉆機開始工作時，動力裝置提供的源動力通過傳動裝置傳遞到振動器，從而使振動器開始工作，如圖2，

6、偏心輪對稱分布，工作時，偏心輪作角速產(chǎn)生高頻激振力。振動器是聲頻鉆機最重要的部件，度相同、方向和相位角相反的同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離根據(jù)振動方式分為曲軸活塞振動器和偏心輪振動器，心力，離心力F可分解為水平方向力Q和垂直方收稿日期：2014一l1一O5作者簡介：徐建寧(1963一)，男，浙江平陽人，教授，碩士生導師，研究方向：石油鉆采機械設計和工作行為分析?！53·設計與制造2014年第6期(第27卷，總第134期)·機械研究與應用·向力P，水平方向的力大小相等，方向相反，可相互抵中，包含信息量最少的設計是最優(yōu)設計。滿足功能要消，只剩下大小相等，方向相同的垂直方向力。當偏求的設計方案可能有多種，

7、信息公理為設計決策提心輪位于水平軸線上方時，合力方向向上；而位于水供了定量的計算方法，使選擇最佳設計成為可能。平軸線下方時，合力方向向下J。因此振動器能夠4公理化分析聲頻鉆機產(chǎn)生垂直方向上下振動的激振力，振動頻率取決于偏聲頻鉆機的總功能要求為：鉆機產(chǎn)生高頻激振心軸的轉(zhuǎn)動速度。力，使鉆頭鉆入土層或軟巖進行鉆探J?？偣δ芤?公理設計簡介求可以定義為：FR=高頻激振力的控制；設計參數(shù)可公理設計理論把產(chǎn)品設計分成以下