【正文】 因次要重新對內(nèi)軸的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，許用應(yīng)力 ??? =，采用逆推法，則有： ? ?322158 10 D? ?????? 解得， ? 因此，取 D=90mm，校核后的內(nèi)軸尺寸如下圖所示： 圖 48 校核后的 內(nèi)軸結(jié)構(gòu)簡 圖 30 鉆桿的抗擠毀強(qiáng)度分析計(jì)算 擠毀壓力是石油管類的一個(gè)重要物理特性，鉆桿的抗擠毀強(qiáng)度，用于計(jì)算進(jìn)行中途測試時(shí)，鉆桿內(nèi)部可能出現(xiàn)無液體或者內(nèi)外壓力不平衡而形成的擠毀問題。 可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 3 a1 .2 MP? ?? 31 5 8 9 . 8 1 04 5 6 . 4 8 6 a0 . 0 0 3 3 9 2 MP? ???? ? ???? 所以，滿足強(qiáng)度要求。 可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 3 a1 .2 MP? ?? 31 5 8 9 . 8 1 0 1 8 6 . 7 7 9 a0 . 0 0 8 2 9 MP? ???? ? ? ??? 滿足強(qiáng)度要求。 圖 44 心軸結(jié)構(gòu)簡圖 各截 面的面積： ? ? 2221 ???? 2 2 22 ( 0 . 0 8 6 0 . 0 6 6 ) 0 . 0 0 2 3 8 9 m4A ?? ? ? 顯然， 22 面為危險(xiǎn)截面， 所以，只能按 22 面進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，由此可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 31 .2 M P a? ?? 31 5 8 9 . 8 1 0 6 4 8 . 1 3 7 a0 . 0 0 2 3 8 9 MP? ???? 易得： ????? 滿足強(qiáng)度要求 。 由此可得各組 件軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度條件為 ： 1 21 2 26 ? ?NFA???? 鉆桿的材料為 37 2SiMn MoV， 查 《 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 》 可知其屈服強(qiáng)度s 835 a MP? ? ，抗拉強(qiáng)度 b 980 aMP? ? 。 采用英制單位 （ Q ， lbft ； mY ， psi ； D ， J 均為 in ） 容易得到 API 公式 96167 mJYQ D= 由設(shè)計(jì)任務(wù)書及相關(guān)資料，已知：外徑為 164in ,內(nèi)徑為 324in ，鉆桿的材料為37 2SiMn MoV， 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》知其屈服強(qiáng)度 835s MPa? ? ，抗拉強(qiáng)度980b MPa? ? ； 得： 4 4 4( ) 1 1 4 .1 1 532J D d in?? ? ? 358 3 5 8 3 5 1 0 1 .2 1 1 0 7 1 0s M P a KP a p si? ? ? ? ? ? 50 . 0 9 6 1 6 7 1 1 4 . 1 1 5 1 . 2 1 1 0 7 1 06 . 2 5Q ? ? ?? = 10 1b ft?? （ 2）下接頭 圖 42 下接頭結(jié)構(gòu)簡圖 1 21 2 25 對 11 面、 22 面分別進(jìn)行計(jì)算， 4 4 41 ( 5 .6 3 3 .8 5 8 ) 7 6 .8 4 732J in?? ? ? 4 4 42 ( 5 . 6 3 3 . 5 4 3 3 ) 8 3 . 1 1 8 232J in?? ? ? 5 51 0 . 0 9 6 1 6 7 7 6 . 8 4 7 1 . 2 1 1 0 7 1 0 1 . 5 8 9 7 1 0 15 . 6 3Q b ft? ? ?? ? ? ? 5 52 0 . 0 9 6 1 6 7 8 3 . 1 1 8 2 1 . 2 1 1 0 7 1 0 1 . 7 1 9 4 1 0 15 . 6 3Q b ft? ? ?? ? ? ? （ 3）下工具接頭 圖 43 下工具接頭結(jié)構(gòu)簡圖 由于 22 面在前文 中已經(jīng)對其抗扭強(qiáng)度進(jìn)行了分析，故現(xiàn)只對 11 面進(jìn)行計(jì)算，可得： 4 4 41551( 6 .2 5 5 .6 3 ) 5 1 .1 4 1 3320 .0 9 6 1 6 7 5 1 .1 4 1 3 1 .2 1 1 0 7 1 0 9 .5 2 4 8 1 0 16 .2 5J inQ b ft?? ? ?? ? ?? ? ? ? 鉆桿各組件的強(qiáng)度校核 對塑性材料， ? ? ss aPn??? 式中， sn 為安全系數(shù)，在此取 sn =。 t 5 . 0 4 1 7 2 14 0 . 6 2 5 2 . 5 3 9 3 9 in2 4 8 2R = =（ ） 15( 6 5 ) / 4 2 . 8 9 0 6 2 54 1 6fR in? ? ? 將 以上所 算得的 數(shù)值代入公式1 2 2 c o st sRfS A pT R f????? ? ?????中，得 1 2 0 0 0 9 . 0 2 7 5 1 2 . 3 5 9 3 9 0 . 0 8 2 . 8 9 0 6 0 . 0 81 2 8 c o sT ??????? ? ? ????? 441451b ft?? 鉆桿的抗扭強(qiáng)度分析計(jì)算 鉆桿的抗扭強(qiáng)度分兩種情況 ： （這里不做討論） （ 1） 對于空心管，由 《 材料力學(xué) 》 知 其 最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 為 max 2TDJ? ? 式 中： J— 極慣性矩 ， 44()32J D d???， 4cm 根據(jù)能量強(qiáng)度理論，最小抗剪 切 強(qiáng)度條件 3ms YS = 上式中的m ax 3ms YSt ==時(shí)，則扭矩 T 就變成最小抗扭屈強(qiáng)度 Q。 查 APISpec7 表 （見 《 鉆井力學(xué)基礎(chǔ) 》 附表 21）得到， C=， pcL= 142 in， cQ= 5516 in， 螺距 p=14 in，牙型半角 30?? 。 （ 2）螺紋的平均中間半徑 tR 及臺(tái)肩的平均半徑計(jì)算 ? ?0 .6 2 52 4 8pt p ctcRL? ? ? （ 49） ( ) / 4fcR D Q?? （ 410） 式中： pcL 公接頭長度， in。 下工具 接頭聯(lián)結(jié)要素的計(jì)算 和其 理論上緊力矩的計(jì)算 （ 1）面積 psAA和 的計(jì)算 ? ?224ppA b d ??? （ 44） 12 8 1 2pp tb c a? ? ? ?（距臺(tái)肩 3/4in 處螺紋牙底直徑 ） （ 45） 2 rnHaf?? （ 46） 式中 ： c— 基面節(jié)圓直徑， in； H— 螺紋不截頂?shù)母叨龋?in； 22 rnf — 截底高度， in； pt— 錐度，直徑方向每英寸， in/ft； d— 接頭直徑， in。有關(guān)手冊上所列 的 鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度值，均 是由 此公式計(jì)算 所得的 結(jié)果。 下工具接頭的抗扭強(qiáng)度 鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度與鋼材的性能、連接的尺寸和型式、螺距、錐度以及配合面、螺紋和臺(tái)肩的摩擦系數(shù) 等多重因素 有關(guān)。 故 對接頭的力學(xué)性能進(jìn)行 下面的 分析 ： 平衡缸與其兩端接頭的連接強(qiáng)度校核 此次校核含平衡缸接頭及下接頭，缸體和接頭之間采用普通螺紋連接，根據(jù)公式： 缸體螺紋處拉應(yīng)力： ? ?2214 KFdD? ?? ? （ 41） 缸體螺紋處剪應(yīng)力： ? ?103310 .2K K F ddD? ? ? （ 42） 其中： F— 液缸最大拉力；根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》，取速度比 ? =2， F實(shí) =， 2 6 1 .7 61 3 0 .8 82FF ?? ? ?實(shí)kN D— 平衡缸內(nèi)徑， D=130mm； 0d — 螺紋外徑， 0d =144mm； 1d — 螺紋螺紋內(nèi)徑， 1d =140mm； K— 螺紋擰緊系數(shù)， K=2； 1k — 螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)， 1k =； n — 安全系數(shù)， n =； s? — 缸體材料的屈服強(qiáng)度， s? =835Mpa 。 接頭的力學(xué)性能分析 接頭的力學(xué)性能主要是指 其 抗扭 強(qiáng)度 。由于伸縮鉆桿屬于套管類部件，需要計(jì)算套管類強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的三個(gè)主要內(nèi)容：抗擠毀、抗內(nèi)壓、抗拉伸。此選取也適用于其他組件。 則： ? ?? ? 12 yyPDtP????????????=980 15 8 2 5 19802 5 40 40t?????? ???? ? t? 選取缸壁厚： t=14mm 則可得平衡缸內(nèi)徑： D=130mm 由此可得平衡缸結(jié)構(gòu)如圖 32： 圖 32 平 衡缸 由于缸體長度較長，且焊接易產(chǎn)生熱變形，故缸壁與缸底的連接不宜用焊接。 設(shè)無縫鋼管的內(nèi)徑為 D，壁厚為 t，由 給定的設(shè)計(jì)參數(shù)確定最大外徑為 158mm，則有， 內(nèi)徑： D=1582t （ 31） 根據(jù)缸壁厚的計(jì)算公式 ： ? ?? ? 12 yyPDtP???????????? m （ 32） 式中 ： yP — 平衡缸內(nèi)工作壓力 ； D— 缸筒內(nèi)徑； ??? — 缸體材料的 許用 應(yīng)力 ， ??? = bn? ； 16 b? — 材料抗拉強(qiáng)度 ， 根據(jù) 《 機(jī)械零件手冊 》 查得 b? =980Mpa； n — 安全系數(shù) ， 一般取 為 3~5，現(xiàn) 取 n =5； yP— 缸筒試驗(yàn)壓力，即工作壓力； 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，液缸最大載荷為 3150kN 。 此選取也適用于其他組件。 因此， 為了 保持 作業(yè)裝置 具 有 良好的抗 腐蝕性，延長其工作壽命，選用 合金結(jié)構(gòu)鋼 作為其材料。 各組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）平衡缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 平衡缸的設(shè)計(jì)主要是其缸壁的設(shè)計(jì)，我們首先進(jìn)行選材。結(jié)合畫圖，可初步確定各組件的長度及總長度。在伸縮鉆桿兩端皆采用 4 1/2″石油管螺紋連接上、下部分。其選用見參考資料 [18]。其選用見參考資料 [18]。 為了保護(hù)伸縮鉆桿的外圓不被磨損，在其頂部裝有防磨環(huán)，環(huán)外圓堆焊硬質(zhì)合金。主密封的材料 為 耐高溫的合成橡膠，擋圈 的 材料為玻璃纖維，隔離環(huán)由含尼龍纖維的橡膠制成，用以阻擋膠硬的固體顆粒。 為了密封管內(nèi)外的鉆井液以及平衡缸，伸縮鉆桿配置有四組密封 。傳扭銷軸向安裝 ，固定在傳遞套筒上，可沿內(nèi)管心軸的凹槽上下滑動(dòng)。其選用見參考資料 [18]。 3 全平衡式伸縮鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參照了資料圖，見參考資料 [23]第 438 頁。為此在伸縮鉆桿中間設(shè)置一個(gè)密封的平衡壓力缸。 全平衡式伸縮鉆桿結(jié)構(gòu)原理如圖 21： 圖 21 全平衡式伸縮鉆桿 1— 心軸； 2— 防磨環(huán)； 3— 隔離環(huán)； 4— 擋圈； 5— 主密封； 6— 短節(jié)； 7— O形圈； 8— 油堵； 9— 傳遞套筒； 10— O形圈； 11— 傳扭銷； 12— 套筒； 13— 內(nèi)沖管； 14— O型圈； 15— 油堵； 16— 隔離環(huán)； 17— 擋圈； 18— 主密封； 19— O形圈； 20— 絲堵； 21— 平衡缸接頭； 22— O形圈； 23— 平衡缸； 24— O形圈； 25— O形圈； 26— O形圈； 27— 內(nèi)軸； 28— 隔離環(huán)； 29— 擋圈； 30— 主密封； 31— 密封鎖緊螺母； 32— 隔離環(huán)； 33— 擋圈； 34— 主密封； 35— O形圈； 36— 下接頭； 37— O形圈； 38— 下工具接頭 14 所謂全平衡是指：伸縮鉆桿工作時(shí)，向內(nèi)管的心軸內(nèi)通入高壓鉆井液，在內(nèi)管和下工具接頭間的 環(huán)形截面上的鉆井液產(chǎn)生張開力 ； 同時(shí)，從井筒中返回的鉆井液作用在防磨環(huán)和短節(jié)上，也產(chǎn)生張開力 。當(dāng)鉆桿柱隨鉆井平臺(tái)或鉆井船 作 升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于伸縮鉆桿的作用，只有伸縮鉆桿 的 內(nèi)管隨其以上的 鉆桿柱 作 軸向運(yùn)動(dòng)，而 外管及其以下 的鉆鋌則不受影響，正常工作。內(nèi)管由心軸、內(nèi)沖管及內(nèi)軸連接而成；外管有短節(jié)、傳遞套筒、套筒、平衡缸及其接頭、下接頭及下工具接頭連接而成。下面 對我的