高速牙轮钻头轴承表面强化技术实验研究

针对目前牙轮钻头因轴承耐磨性差、寿命短而不能适应高速钻井需要的问题,应用表面工程技术和摩擦学的相关理论,开展了牙轮钻头滑动轴承表面强化工艺和材料的系列实验研究,并测试其性能。进行了组织结构分析和耐磨性、耐冲击性能等实验研究。几种方法的对比实验表明：采用等离子堆焊DH-60粉末后轴承表面涂层致密、孔隙率低、组织结构致密、缺陷少、涂层与基体材料的结合强度高,并且磨损量较小,磨损后试样基本无裂纹等缺陷,耐磨性提高30%左右,可以有效提高牙轮钻头轴承的使用寿命。     

三牙轮钻头轴承受力分析

本文叙述了我室研究三牙轮滑动轴承钻头,其轴承受力分析时所用到的“试验钻头”的特点,该试验钻头是按四川石油局成都石油总机厂生产的XHP 215zy-3型钻头基本参数设计并制造的、通过试验,获得了一组记录曲线,经整理并计算出了各牙轮轴大小滑动轴承的径向和轴向负荷,以及各牙轮的载荷分配百分比。数据处理结果说明试验钻头设计是成功的,各种载荷随时间而变化的记录曲线是可靠的。同时还开展了人为地变化牙轮高度对轴承受力影响的试验,最后提出了我们对该型钻头现有设计中几点讨论意见。     

牙轮钻头以车代磨加工工艺研究

介绍了石油钻井用三牙轮钻头的结构特点和工作原理。分析了牙轮钻头目前采用的加工方法和工艺特点,着重分析了三牙轮钻头主要零件牙轮的内孔、二止推面采用常规磨削加工工艺方法存在的问题;并从加工机床、刀具材料的性能及选择、切削用量的选择、切削液的性能以及安装定位等方面对采用以车代磨加工工艺方法进行了分析研究。现场统计数据资料表明,采用以车代磨加工工艺方法生产的牙轮钻头,不仅降低了加工成本,而且使钻头的使用寿命有大幅度提高,进一步说明采用以车代磨的加工工艺方法的合理性和实用价值。     

牙轮钻头滑动轴承工作温度的测试

本文叙述关于牙轮钻头滑动轴承工作温度的台架测试情况和结果。试验是用 ”全尺寸钻头在模拟井下工作条件的情况下进行的。作者通过大量的试验,不仅测定了在不同的工作条件下钻头滑动轴承系统可能产生的最高温度,而且分析了轴承温升和各种钻井参数之间的相互关系。这些测试结果,对于改进钻头轴承系统的结构,筛选轴承材料,改善轴承的润滑,以及制订钻头的检验标准等,都有参考价值。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法计算两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。     

美国石油钻头滑动轴承的材料及热处理分析

美口锒齿、密封、滑动轴承式牙轮钻头,在中硬地层的石油钻探工作中,进尺较高,其滑动轴承体系的寿命也超过300小时。本文在解剖美口休斯、斯密斯和锐德三公司的部分牙轮钻头基础上,分析了美口石油钻头滑动轴承的材质和热处理问题,可供我国有关单位参考。     

提高石油牙轮钻头转速的试验研究

本文介绍了提高牙轮钻头转速的试验研究。通过试验和实践证明。对牙轮钻头滑动轴承进行渗硼强化,并采用与之适应的润滑脂和密封圈以及合理的加工工艺,可使钻头转速由原来的60rad/min提高到120rad/min左右,大大提高了钻井效率,降低了钻井成本。     

牙轮钻头滑动轴承的工作情况及磨损机理

本文在各种试验的基础上,分析了牙轮钻头滑动轴承的磨损机理。钻头滑动轴承由于承载高、转速低、难于在滑动面形成连续的润滑膜,从而使轴承处于边界润滑状态,它的主要磨损失效形式为粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。轴承副的类型、材质、硬度、显微组织等均会影响轴承的磨损性能。本文还探讨了如何提高牙轮钻头滑动轴承的寿命和转速问题。     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

三牙轮钻头井底破碎试验及井底模式初步分析

本文对五种不同类型的牙轮钻头在实验架上所作的井底破碎试验进行了分析比较。并根据它们的井底模式,研究分析其破碎岩石的效果。硬地层钻头采用不等距布齿,软地层钻头采用较大的移轴距和超顶距,可提高钻头破碎岩石的能力。由井底模式的研究分析还证明了三牙轮钻头的牙轮运动为变速转动。钻头钻进时,纯滚动点在牙轮上的位置是变化的,其变化规律主要取决于钻头的结构特点。     

激光熔覆3Cr2W8V模具钢的干滑动摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术对3Cr2W8V模具钢进行了激光表面熔覆.所用的三种涂层材料分别为Ni基合金、Fe基合金和50?基 50%WC.在与硬质合金对磨环的干滑动摩擦磨损过程中,测定了摩擦系数、磨损率随滑动距离的变化曲线,并与基材的进行对比;借助于扫描电镜观察熔覆层的微观组织形貌,分析了凝固组织的形成过程.试验结果表明,三种激光涂层都不同程度地改善了基材的耐磨性.其中50?基 50%WC复合涂层在一定的滑动距离条件下的磨损率比基材的下降约90%,其次是Fe基合金涂层(下降约80%)、Ni基合金涂层(下降约60%).耐磨性的改善与涂层组织中形成的大量硬质相和高硬度的未熔化合物有关.     

Topographical Parameter Characteristics of Dry Sliding Surfaces of Particle-Reinforced Aluminum Composites

Generally, friction and wear occur on the surface of the materials. It is necessary to investigate the dry sliding friction and wear behavior of surface. In this paper, 3-D topographical parameters were used to investigate the topographical characteristics of dry sliding surfaces for particle-reinforced aluminum composites on semi-metallic friction material. The experimental results indicate that the surface topography of the particle-reinforced aluminum composites can be divided into two types, the flaking-off pit type and the groove type. The composites whose surface topography is the flaking-off pit type possess superior heat conductivity and bearing area, lower wear rate, and higher friction coefficient than the groove type. Consequently, the flaking-off pit type surface topography is much better than the groove type for particle-reinforced aluminum composites on semi-metallic friction materials in dry sliding.     

滑动摩擦和啮合相位对齿轮中心双流传动动力学的影响

为了研究滑动摩擦和相位调谐对齿轮中心双流传动动力学的影响,建立了考虑时变啮合刚度、阻尼、滑动摩擦、相位及支承刚度和阻尼的齿轮中心双流传动系统扭转－横向振动耦合模型。通过对渐开线直齿轮副啮合过程的分析,推导了系统中与摩擦有关的计算公式,并采用数值仿真法研究了滑动摩擦、相位调谐对齿轮动态传动误差和支承动载荷的影响,研究结果表明滑动摩擦对齿轮支承动载荷影响很大,采用相位调谐可有效地降低系统动态传动误差及中心轮的支承动载荷。     

热处理工艺对AZ61镁合金干摩擦磨损性能的影响

通过常温下的销盘式干滑动摩擦磨损试验,研究固溶及不同时间的时效处理对铸态AZ61镁合金摩擦磨损性能的影响.试验载荷为100 N,滑动速度为0.78 m/s,滑动距离为1 km.结果表明:固溶处理使铸态合金中的粗大β-Mg17Al12相溶解,导致合金的硬度降低,摩擦系数和磨损率升高;在170℃下对AZ61合金进行不同时间(0~80 h)的时效处理使尺寸细小的β相在晶内和晶界处析出,提高了合金的耐磨性,其中时效20 h后合金的摩擦系数和磨损率最低.AZ61合金在摩擦磨损的过程中共存在三种磨损机制:磨粒磨损、氧化磨损及剥层磨损.     

板式橡胶支座的水平位移特性

为研究曲线梁桥板式橡胶支座在实际运营过程中的受力特性和水平位移发展规律。通过Abaqus建立矩形板式橡胶支座GJZ 500×600×130的有限元模型,对比模型与理论计算的剪切刚度说明了模型的正确性,基于此模型进一步对支座在单次和多次循环位移加载作用下来研究支座水平位移变化规律,然后考虑曲线梁桥板式橡胶支座实际受力情况进行加载,研究支座在变化的竖向压力荷载作用和考虑静动摩擦转变等情况下的位移变化特性,并分析了支座在长期重复荷载作用下的残余变形的发展规律。结果表明：通过此方法建立的支座有限元模型能够较好地模拟支座与上部结构之间的摩擦行为,精确的计算支座的剪切变形和滑动位移;动态的竖向压力作用对支座剪切变形阶段基本不受影响,但对滑动变形阶段有较大大的影响;支座由静摩擦转变为动摩擦时,其水平力和剪切变形会突然减小;支座的残余变形会随着加载次数的增加而累积增大,但增长幅度随着加载次数增长而减小。     

对缸套-活塞环材料在往复滑动中摩擦系数的试验研究

为了研究机车柴油机缸套—活塞环材料的摩擦学性能,我们设计并制定了一台往复式摩擦磨损试验机．该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、润滑量的单因素控制,并可同时定性和定量的显示运动中的摩擦力大小．利用该试验和对美国ＧＥ公司采用的软氮化铸铁缸套—表面镀铬铸铁活赛环材料进行了摩擦学性能的试验研究,得出了该配对副在往复滑动中摩擦系数随载荷和速度变化的关系曲线．     

聚氨酯橡胶和丁腈橡胶-镍基喷焊层摩擦副湿磨粒磨损试验研究

对聚氨酯橡胶(UR)丁腈橡胶(NBR)与Ni基喷焊层摩擦副湿磨粒磨损进行了试验研究。研究结果表明,摩擦副具有较强的抗磨性,聚氨酯橡胶(UR)较丁腈橡胶(NBR)具有更高的抗磨性。高聚物的磨损量随比压和相对速度的增加而增大,摩擦系数随相对速度的增加而增大,随比压的增加而减少。本试验结果对石油钻井机械中,摩擦副在磨粒、腐蚀介质中的选材有参考价值。     

苛刻工况下的反常磨损失效行为

总结了几种在苛刻工况下的磨损量与摩擦副硬度成正比的反常磨损失效行为,分析了某涡喷发动机用主轴轴承的保持架与套圈的相对运动以及两者材料的机械性能,认为在高频冲击、高速滑动的耦合作用下,由于套圈的材料硬度高、塑性韧性差,容易产生微裂纹,同时润滑油在高温下对材料的化学作用加强,导致严重的反常磨损失效。     

平面闸门行走支承滑动摩擦系数计算方法

为了解决平面闸门行走支承滑动摩擦系数计算方法问题,提出了基于黏着理论的滑动摩擦系数计算方法,并将滑动摩擦问题转化成接触面之间的犁沟效应和黏着效应.其中硬材料表面粗糙峰被简化为圆锥体,顶峰的高度在均值附近呈现正态随机分布,应用此随机平面模型对软硬材料之间的犁沟效应进行分析.另外采用"鹅卵石"模型计算黏着效应.此公式在计算摩擦系数与相对滑动速度之间的变化关系时与前苏联学者Крагепьский等提出的变化趋势非常相似,此外其结果还与丁华东等所做的试验结果近似.另外钢对钢、钢对青铜以及钢基铜塑复合材料对不锈钢的摩擦系数随着速度变化的数值与《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74—95)中规定的摩擦系数变化范围很接近.因此证明所提出的公式在计算行走支承滑动摩擦系数时具有一定的可靠性.