【摘要】：針對ZQF216-110鐵鉆工牙板在長期高頻、高負載工況條件下極易磨損的問題,采用陣列微結構表面技術,以提高其耐磨損性能。本文以提高牙板試件耐磨損性能為目的,開展了以激光制備理想陣列微結構為核心的研究工作。具體內(nèi)容如下:(1)設計微結構基本尺寸,優(yōu)化陣列微結構形式。首先根據(jù)牙板實際工況,利用Hertz接觸理論計算出微結構的接觸半寬上下限,從而確定微結構尺寸范圍為0.6mm~1.0mm。然后針對直線溝槽、網(wǎng)狀溝槽以及圓形微坑三種陣列微結構進行摩擦副運動仿真對比分析,優(yōu)選出圓形微坑為理想的微結構形式。(2)激光加工溫度場模擬�；谟邢拊浖�,針對激光加工微坑和微槽的特點,分別建立定點高斯熱源和移動高斯熱源溫度場模型,模擬分析激光加工微結構的三維形貌,獲取后續(xù)試驗工藝參數(shù)理論指導數(shù)據(jù)。(3)激光制備陣列微結構的工藝規(guī)律研究。借助超景深三維顯微鏡觀測陣列微結構幾何形貌,研究離焦量、單脈沖能量、脈寬、加工時間和頻率等激光工藝參數(shù)對微結構尺寸的影響,總結激光制備陣列微結構的工藝規(guī)律。(4)摩擦磨損對比試驗及結果分析。首先,對三種形式微結構表面的耐磨損性能進行比較,確認圓形微坑為耐磨性能較好織構形式。其次,對陣列微坑的尺寸參數(shù)進一步優(yōu)化,耐磨效果最好的尺寸為直徑為1mm,微坑間距為1.2mm。然后,對陣列微結構的耐磨損作用進行研究,磨損機制主要為磨粒磨損。耐磨損性能提高的主要原因有:一是在摩擦過程中的容屑作用,二是激光相變硬化作用,三是陣列微坑織構在摩擦過程中對犁溝起到破壞作用。最后,對未織構試件表面與織構化試件表面摩擦系數(shù)進行比較。本文研究工作表明,激光加工技術是一種制備陣列微結構的有效方法;該方法制備的陣列微結構表面能有效提高金屬表面的耐磨損性能,理想形式為陣列圓形微坑,在相同摩擦條件下,相比未織構表面,陣列圓形微坑表面磨損量最多能減少90.89%。該技術有望應用于鐵鉆工牙板,有效提高其耐磨損性能。
【圖文】：

于陸上、海上多種鉆井平臺[1]。圖 1-1 為江蘇如石機械股份有限公司生產(chǎn)的ZQF216-110 型鐵鉆工，該鐵鉆工適用的最大管徑為 216mm，最大扭矩是110kN·m。圖 1-1 ZQF216-110 型鐵鉆工實物圖圖 1-2 為 ZQF216-110 型鐵鉆工結構示意圖，鐵鉆工機器手包括旋扣鉗○8 和主鉗○9 。主鉗由上鉗和下鉗組成，其作用是用來完成上扣和卸扣的動作，為旋扣鉗的旋扣動作提供準備。所謂“扣”指的就是鉆具中的螺紋連接，所謂“上、卸”指的是將螺紋連接進行緊固或放松的過程。鐵鉆工完成對鉆桿（或鉆鋌）的上扣或卸扣一個循環(huán)須經(jīng)七個步驟，即具有七個動作。分別為：鉗體的前后移動、旋扣鉗○8 的正反轉、旋扣鉗○8 的夾緊與松開、下鉗顎板的夾緊與松開、上鉗顎板的

圖 1-2 ZQF216-110 型鐵鉆工結構示意圖鐵鉆工工作時具有七個主要動作：1）鉗體Ⅰ的前后移動：實現(xiàn)鉗體向井口方向移動，作業(yè)完成后的退回。該機構在升降架○16與鉗架○12之間的一對平行四桿機構Ⅱ，實現(xiàn)鉗體Ⅰ的前后移動，并保證鉗頭在移動過程中與鉆臺面的高度相對不變，使鉗頭移運平穩(wěn)。2）旋扣鉗○8 的旋扣：旋扣鉗分左右鉗體，每個鉗體均安裝兩個滾子○28 ，每個滾子兩端均由兩個液壓馬達直接驅動，滾子可正反向旋轉帶動鉆桿旋扣作業(yè)。3）旋扣鉗○8 的夾緊與松開：旋扣鉗的左右鉗體間通過夾緊液缸伸縮使左右鉗體張開或合攏，鉗體合攏后使?jié)L子○28充分壓緊鉆桿，保證旋扣作業(yè)的實現(xiàn)。4）下鉗○27 顎板的夾緊與松開：主鉗分上下鉗體，下鉗內(nèi)有一對顎板，通過液缸的移動實現(xiàn)對鉆桿接箍（母接頭）的夾緊或松開，下鉗鉗體○27與鉗架○12固定。5）上鉗○26 顎板的夾緊與松開：主鉗的上鉗內(nèi)也有一對顎板，通過液缸的移動實現(xiàn)對鉆桿接箍（公接頭）的夾緊與松開，上鉗體座落在下鉗體上，可沿下鉗體同軸、雙向轉動，，實現(xiàn)鉆桿的緊扣和沖扣。6）主鉗○9 的上扣和卸扣：主鉗的上下鉗體間的錯角是實現(xiàn)鉆桿緊扣和沖扣
【學位授予單位】：南通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE92

【參考文獻】

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1 靳廣林;虞宙;胡俊;;激光表面微造型與凸起形貌摩擦性能研究[J];應用激光;2015年05期

2 齊燁;常秋英;王斌;李娟;;激光織構對干摩擦性能的影響及機理研究[J];兵工學報;2015年02期

3 王斌;常秋英;齊燁;;激光表面織構化對45~#鋼干摩擦特性的影響[J];潤滑與密封;2013年12期

4 王正國;莫繼良;王安宇;陳光雄;朱e

本文編號：2641490