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国内刊号：50-1062/TD
国际刊号：1008-4495
发布日期:
作者：任钞, 康向涛, 曹萍, 王春华
关键词：PDC钻头, 正交试验, 参数优化, MATLAB GUI, 数值模拟
PDC钻头在煤矿钻孔作业中以卓越的破岩性能、高效的钻孔效率备受关注。为研究PDC齿切削参数与受力的关系，设计并开展了PDC单齿切削试验，并进行切削齿受力计算模型与仿真模拟验证。基于MATLAB GUI与全局力平衡理论，开发了专用的布齿参数优化软件，对现场使用的五翼平底型钻头的周向角θ、后倾角α和侧转角β进行多目标优化。结果表明：在直线切削正交试验与仿真模拟中，切削深度、后倾角和切削速度对切削齿受力影响由大到小依次均为切削深度、后倾角、切削速度。参数优化软件的应用，成功地减小了钻头的侧向力与弯曲力矩，侧向力与钻压之比的计算值下降到1/1 000，弯曲力矩与转矩之比的计算值下降到1/100；通过Abaqus数值模拟验证了参数优化取得了一定的效果，侧向力与转压的比值和弯曲力矩与转矩的比值均能够降低到较低水平。其中，侧向力平均值降低了1.81 kN，弯曲力矩平均值减小了0.163 kN·m，数据的离散性明显降低。更小的侧向力与弯曲力矩能够提高钻头的钻进效率，与此同时软件的计算复杂度受钻头布齿参数的影响相对较小。因此，参数优化软件可以应用于钻头的布齿参数优化设计，提高钻头设计效率。
来源：2025年第5期
《矿业安全与环保》期刊编辑部
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