钻杆纵-扭耦合振动的实验研究

来源：振动与冲击杂志2024年第4期北京时间：

作者：李欣业，李兴鹏，李慨，张华彪，陈涛

单位：1.河北工业大学机械工程学院，天津300401；2.天津商业大学机械工程学院，天津300134

摘要：本文提出了一种新型的模拟钻杆纵-扭耦合振动的测试系统。基于该系统设计了单因素实验，研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律，并通过正交实验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素实验结果表明，随着转速的增加，纵向振动幅值先减小后增大，但扭转振动幅值逐渐减小；随着进给速度的增大，纵向振动幅值逐渐减小，但扭转振动的幅值逐渐增大；转速增加导致扭矩和钻压下降，而进给速度增加导致扭矩和钻压上升；采用小直径钻头，低强度岩样，低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值，但均导致扭转振动幅值增加。正交实验结果表明，转速对纵向振动的影响程度最大，进给速度对扭转振动的影响程度最大。实验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。

关键词：钻杆；纵-扭耦合振动；单因素实验；正交实验