مطالعه تاثیر میزان تداخل اتصال اینسرت در عملکرد سرمته حفاری درون‌چاهی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران ، ایران

چکیده

روش حفاری ضربه‌ای درون‌چاهی برای حفاری در شرایط متوسط تا سخت زمین شناسی روش قابل اعتمادی است. با توجه به نیاز کشور به انواع سرمته در صنایع مختلف، با گسترش دانش و تولید آنها می‌توان واردات گسترده‌ی این محصولات را محدود کرد. در این پژوهش برخورد سرمته-سنگ با درنظر گرفتن برهم‌کنش دکمه تنگستن کارباید(botton)-بدنه و تنش‌های پسماند حاصل از انطباق تداخلی آنها جهت تعیین تلرانس مناسب برای اتصال دکمه (insert) در بدنه سرمته مطالعه شد. این تلرانس که مهمترین عامل تاثیرگذار در جدا شدن دکمه‌ها و درنتیجه عمر سرمته است در حالت تک‌دکمه (single-insert) با زوایه‌های برخورد مختلف و همچنین برای نمونه کامل سرمته 3.5 اینچ با تعداد 13 دکمه بصورت ضربه‌ای-چرخشی شبیه‌سازی گردید. بدین منظور ابتدا خواص مکانیکی نمونه‌های استاندارد از جنس فولاد DIN1.6580 که برای ساخت بدنه سرمته استفاده می‌شود از طریق آزمایش‌های تجربی بدست آمد. سپس به منظور صحت‌سنجی و نیز بدست آوردن اندازه شبکه (Mesh size) مناسب، نتایج شبیه‌سازی اتصال تداخلی با روش تحلیلی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که میزان تداخل و سرعت و زاویه برخورد تاثیر زیادی در تنش‌ها و نیروهای فرآیند دارند. در تداخل 1.2%تنش در بدنه سرمته تقریباً به استحکام نهایی آن می-رسد. در حالت 0.9% و0.6% مقداری کرنش پلاستیک نیز در بدنه ایجاد خواهد شد. حفاری در شرایط کاری واقعی با سرمته‌ی ساخته شده براساس نتایج بدست آمده کاملاً موفقیت‌آمیز بود. نتایج این مطالعه در انتخاب میزان تداخل دکمه-سرمته در فرآیند ساخت آن کمک شایانی می‌نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Insert-Hole Interference Fit Tolerance Influence on DTH Drilling Bit Performance

نویسندگان [English]

  • Reza Saeedi 1
  • Mohamadhosein Sadeghi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

DTH drilling is a reliable method for drilling in medium to hard geological structures. Considering the country's need for different types of drilling bits in various industries, with development of knowledge and production of them, it can limit the vast importation of these products. In this study, process of bit/rock collision taking into account interaction between the insert/body and stresses resulting from interference fit is simulated to determine proper tolerance for fitting, which is the most important factor limiting the life of drilling bit. Simulations were carried out taking account rotary motion of bit in addition to impact in single-insert condition with different angles of collision and also in a 3.5 inch bit with 13 inserts. Mechanical properties of specimens made of DIN1.6580 steel, used for manufacturing of bit body, were obtained through experiments. Then, in order to validate and also obtain appropriate mesh size, results of pin-hub interference fit simulations with selected parameters were compared to Lame's analytical method. Results show that interference tolerance and speed and angle of impact have great influence on stresses and process forces. In case of 1.2% of interference, stresses in bit body are about to reach material strength. In the case of 0.9% and 0.6%, certain amount of plastic strain is also created in the body. The results of this study is greatly helpful in choosing fitting tolerance of inserts into bit body during manufacturing process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DTH drilling
  • Interference tolerance
  • Residual Stress
  • Thick walled cylinder
  • Improved Drucker-Prager model

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 29 خرداد 1399
  • تاریخ دریافت: 17 خرداد 1398
  • تاریخ بازنگری: 02 اسفند 1398
  • تاریخ پذیرش: 29 خرداد 1399