Источник: Wolfson School of Mechanical and Manufacturing Engineering, Loughborough University, Loughborough, Leicestershire LE11 3TU, UK
В данной работе анализируется проникновение бурового инструмента в момент удара, а также представлены имитационные модели. Это дальнейшее развитие ранее разработанной модели автогенератора ударно-вращательной буровой системы.
Система, использует прерывистые движения для создания ударного действия, в процессе бурения. Используется феноменологическая вязко-упруго-пластическая модель медиа и работа системы изучается численно, сначала в качестве вынужденных колебаний и после в результате самопроизвольного виброударного процесса.
Был получен рельеф главного привода, в результате чего наблюдается увеличение скорости с увеличением интенсивности воздействия и упрочнения среды. Результаты предварительного экспериментального бурения с динамическими действиями показали улучшение в скорости проникновения.
Виброударные механизмы были изучены и широко применялись в технике в бывшем Советском Союзе в послевоенный период.
Основные исследовательские работы были посвящены поиску адекватных параметров (максимальная сила воздействия) для разработки новых машин и интенсификации проникновения в связи с использованием различных механизмов возбуждения вибрации и ударов. Базовые модели машин были разработаны с учетом взаимодействия со средой во время проникновения.
Это постепенно привело к формированию общей теории виброударных систем.
Ранние модели виброударного проникновения инструмента в среду были введены Цаплиным, который разработал мгновенную силу удара и скорости до и после воздействия, которые были связаны с коэффициентом реституции. Позже, Цаплин представил сильную зависимость глубины среды, постепенно увеличивая массу вибратора, во время движения штабеля в среду.
Вибрации и виброударные методы проникновения в различные среды описаны в работах Баркана, Савинова и Ласкина и Цейтлина и др..
Начальный теоретический анализ процесса вибро-проникновения был описан Неймарком и Блехманом.
Две модели сопротивления на основе индентора, в основном использовались для отражения первичных экспериментальных данных.
В чисто пластической модели, сопротивление было представлено как невесомый затвор, находящийся в скважине благодаря постоянной силе.
Преимущество затвора является плюсом, когда количество приложенных сил превышает силы сопротивления. В этих условиях затвор следуют движениям индентора.
Упруго-пластическая модель, известна как модель Прандтля, учитывает эластичность среды, добавляя идеальную пружину между индентором и затвором.
В этой модели, движение затвора возможно только когда сила пружины превышает сопротивление среды. Более сложные реологические модели среды также были использованы.
В ударно-вращательном бурении инструмент перемещается в среде под воздействием ударных действий.
Это позволяет использовать упрощенную модель для оценки ROP в результате удара. Модель ниже учитывает лобовое сопротивление среды как упругопластический процесс и вязкую диссипацию при вибрации.
Соответствующая динамическая модель была изучена в предыдущей работе.
Это самовозбуждающаяся и самосинхронизирующаяся система, в которой, из-за сухого трения, отображается прерывистое движение.
Диск представляет всю систему бурения с общей массой, значительно превышающей массу сверла.
Таким образом, считается, что диск движется со скоростью V, которая не влияет на активность удара. Целью его является разделение вибрации удара от сверла.
Это достигается с помощью специального механизма, который представлен пружинами, амортизатором и рычагом.
Существуют различные методы реализации этого расцепления механизма. Гидравлические приводы, камеры, системы рычагов, специально разработанные источники или механически поршневые устройства могут быть использованы для этой цели.
Сухое трение на границе раздела побуждает прерывистое движение, которое возбуждает ударник направляет удары на сверло.
Периодические движения виброударных системы были получены численно где ударник воздействует на сверло и, как ударник так и сверло синхронизируют свои периодические движения.