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1、10申请公布号CN103967432A43申请公布日20140806CN103967432A21申请号201410224199622申请日20140526E21B17/2220060171申请人贵州大学地址550025贵州省贵阳市花溪区贵州大学北校区科学技术处72发明人李玉刚李家春陈跃威邹中妃许燕74专利代理机构贵阳中新专利商标事务所52100代理人程新敏54发明名称L80076型高效传输螺旋钻杆及参数优化方法57摘要本发明公开了一种L80076型高效传输螺旋钻杆及参数优化方法，以单颗粒运动算法基础，分析松软煤层在螺旋钻杆进过程中的受力情况，从而推导出影响螺旋钻杆转速的因素；进一步通过对垂直钻。
2、进时螺旋钻杆煤粒质量输送率的计算分析，得到影响输送率的结构参数，已到达旋钻杆的最佳结构参数,本发明通过对输送过程中煤层单颗粒的运动分析，避免了煤粒二次破碎对参数化计算带来的影响，得出最优的钻杆参数方法，其中以L80076型螺旋钻杆的填充率、钻杆叶片螺旋升角、心轴杆直径为设计变量，同时考虑浮煤量、块煤率对煤层的密度、摩擦因素的影响，建立相应的参数化模型，从而提高输煤率，使得螺旋钻杆的结构参数更符合工作要求。51INTCL权利要求书1页说明书8页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图2页10申请公布号CN103967432ACN103967432A1/。
3、1页21一种螺旋钻杆参数的优化方法，其特征在于以单颗粒运动算法基础，分析松软煤层在螺旋钻杆进过程中的受力情况，从而推导出影响螺旋钻杆转速的因素；进一步通过对垂直钻进时螺旋钻杆煤粒质量输送率的计算分析，得到影响输送率的结构参数，已到达旋钻杆的最佳结构参数。2一种L80076型高效传输螺旋钻杆，包括螺旋钻杆（3），该螺旋钻杆（3）由心杆（1）和螺旋叶片（2）构成，其特征在于该螺旋钻杆（3）的外径（E）为76MM，该螺旋钻杆（3）的长度（A）为800MM，螺距（B）为110MM120MM，心杆直径（C）为50MM，叶片厚度（D）为3MM5MM，头数为2头。权利要求书CN103967432A1/8页3。
4、L80076型高效传输螺旋钻杆及参数优化方法技术领域0001本发明涉及一种L80076型高效传输螺旋钻杆及参数优化方法，属于机械钻头设备技术领域。背景技术0002随着我国煤层资源的深入开发，突出松软煤层的开采也在逐步扩大，而螺旋钻杆的设计对解决我国松软煤层的开采，提高煤层的开采率有着重要的意义，螺旋钻杆在钻机中不仅是传递动力的主要环节，而且起到将钻头切割下的煤粉输送出去的作用，由于钻杆在煤粒输送过程中叶片与煤粉间的互相挤压，造成二次破碎，使得煤粒的整体受力变的非常复杂，给螺旋钻杆的参数化设计增加了难度。发明内容0003本发明的目的是提供一种L80076型高效传输螺旋钻杆及参数优化方法，该方法通。
5、过对输送过程中煤层单颗粒的运动分析，避免了煤粒二次破碎对参数化计算带来的影响，以L80076型螺旋钻杆的填充率、钻杆叶片螺旋升角、心轴杆直径为设计变量，同时考虑浮煤量、块煤率对煤层的密度、摩擦因素的影响，建立相应的参数化模型，利用MATLAB软件对其进行优化，从而提高输煤率，使得螺旋钻杆的结构参数更符合工作要求，以解决目前现有的技术问题。0004本发明的技术方案一种螺旋钻杆参数的优化方法，以单颗粒运动算法基础，分析松软煤层在螺旋钻杆进过程中的受力情况，从而推导出影响螺旋钻杆转速的因素；进一步通过对垂直钻进时螺旋钻杆煤粒质量输送率的计算分析，得到影响输送率的结构参数，已到达旋钻杆的最佳结构参数。。
6、0005一种L80076型高效传输螺旋钻杆，包括螺旋钻杆，该螺旋钻杆由心杆和螺旋叶片构成，该螺旋钻杆的外径E为76MM，该螺旋钻杆的长度A为800MM，螺距B为110MM120MM，心杆直径C为50MM，叶片厚度D为3MM5MM，头数为2头。0006由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过对输送过程中煤层单颗粒的运动分析，避免了煤粒二次破碎对参数化计算带来的影响，得出最优的钻杆参数方法，其中以L80076型螺旋钻杆的填充率、钻杆叶片螺旋升角、心轴杆直径为设计变量，同时考虑浮煤量、块煤率对煤层的密度、摩擦因素的影响，建立相应的参数化模型，利用MATLAB软件对其进行优化，从而提高输煤率。
7、，使得螺旋钻杆的结构参数更符合工作要求。附图说明0007附图1为本发明中煤层颗粒速度关系图；附图2为本发明中层颗粒受力关系图；附图3为发明中单个螺距的填充情况图；说明书CN103967432A2/8页4附图4为本发明中与螺距S和钻杆外径D的关系图；附图5为本发明结构示意图；附图6为本发明结构参数及技术说明图；附图7为附图6的AA示意图。0008附图中的标记为1心杆、2螺旋叶片、3螺旋钻杆、A螺旋钻杆长度、B螺旋钻杆螺距、C螺旋钻杆心杆直径、D螺旋钻杆叶片厚度、E螺旋钻杆外径。具体实施方式0009下面结合附图对本发明进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。0010本发明的实施例一本发明的原。
8、理为以单颗粒运动算法基础，分析松软煤层在螺旋钻杆进过程中的受力情况，从而推导出影响螺旋钻杆转速的因素；进一步通过对垂直钻进时螺旋钻杆煤粒质量输送率的计算分析，得到影响输送率的结构参数，已到达旋钻杆的最佳结构参数。0011一、单颗粒运动分析煤粒通过钻头切割到钻杆上，依靠旋转的螺旋钻杆的离心力及煤粒与叶片间的摩擦力将煤层输送出去，当螺旋钻杆的转速较小时，煤层颗粒与螺旋叶片一起转动且有向孔壁移动趋势，但煤层不上移，当随着螺旋钻杆的转速加大，煤层颗粒受到的离心力加大，煤层颗粒于螺旋表面出现相对滑动，并成螺旋形轨迹向上升，煤层输送顺利进行。0012当螺旋转速超过临界转速时，在螺旋叶片上取单颗粒进行运动分。
9、析，令螺旋升角为，与水平方向的夹角上的绝对速度为V1，与叶片间的相对速度为VA，螺旋钻杆的圆周速度为V，煤粒实际圆周速度为V2，则单颗粒的速度关系如附图1。说明书CN103967432A3/8页50013式中钻进角速度RAD/SR煤层颗粒到轴心距离MM煤层颗粒质量KGG重力加速度98N/KGN煤粒绝对转速R/MIN煤层颗粒与孔壁间的摩擦角煤层颗粒与孔壁间的摩擦因子由（4）式可知，当90时转速趋近于无穷，则应90。越靠近孔壁的煤粒所需转速越小，越靠近螺旋叶片内侧所需转速越大，而实验中发现，转速越大煤层间将产生相对滑动，从而增加功率消耗，当转速超过一定值时，煤粒会产生影响向上输送的跳跃翻滚现象，故。
10、转速非越大越好。0014二、螺旋钻杆输送率的参数设计与优化在单颗粒运动分析的理论基础上，将影响输煤率的各个参数作为可变量，建立以螺旋说明书CN103967432A4/8页6钻杆输煤率为优化对象的目标函数，在相应的约束条件下进行优化求解，给螺旋钻杆的参数化设计提供参考。00151、螺旋钻杆煤粉质量输送率的计算式中I螺旋钻杆质量输送率T/H螺旋钻杆填充率D螺旋钻杆心杆直径M煤粉密度T/M说明书CN103967432A5/8页72、优化约束条件的建立21、摩擦角和螺旋升角螺旋叶片与松软煤层的摩擦因数等于煤粒之间的摩擦因数058，则TAN058，得螺旋叶片与煤的摩擦角30。001622煤粒密度说明书C。
11、N103967432A6/8页8煤粉密度由表（1）可查得，根据松软煤层以散煤、潮湿的形式存在，在螺旋钻杆输送过程中叶片的挤压和搅动使煤粒有较大破损且为中等摩擦（摩擦系数为058），则取密度077T/M。001723、螺旋钻杆心轴杆的约束条件。0018理论上越小容煤空间越大效率越高，但过小螺旋杆的刚度和强度就会降低，实践证明，由于钻孔空间和刚度及强度的限制，取0507较合适。即D05D07D。当孔径较大时取05。说明书CN103967432A7/8页9说明书CN103967432A8/8页100019通过原始参数与优化参数1的比较可知，当转速不变，只对钻杆的螺旋升角等结构参数优化后，输出能力提高。
12、了94。由优化参数1、2之间的比较可知，当对螺旋钻速进行优化后输出能力在理论上约提高了718倍。但实践表明，随着转速的提高，对电机及生产成本也会增加，螺旋钻杆易产生疲劳损坏甚至断裂，卡钻，塌孔等事故。因此，对钻杆结构参数优化可行，通过优化转速的方案仅供进一步优化作参考。0020本实施例是根据上述参数方法所构建的一种L80076型高效传输螺旋钻杆，如附图所示，包括螺旋钻杆（3），该螺旋钻杆（3）由心杆（1）和螺旋叶片（2）构成，该螺旋钻杆（3）的外径（E）为76MM，该螺旋钻杆（3）的长度（A）为800MM，螺距（B）为110MM120MM，心杆直径（C）为50MM，叶片厚度（D）为3MM5MM，头数为2头。说明书CN103967432A101/2页11图1图2图3图4图5图6说明书附图CN103967432A112/2页12图7说明书附图CN103967432A12。