回旋钻机钻杆的选择

钻杆的选择

钻机功率N=45千瓦，超载系数λ=1.1，传动功率e=0.7。

钻杆外径d=8.9厘米，内径d1=6.9厘米，钻杆横截面A=π(8.92-6.92)/4=24.8厘米

2，单位长度重量

q=0.1948公斤/厘米，钻杆转数n=40转/分，ω=2π*40/60=1.33π弧

度/秒。钻头重量Q=400公斤，轻压钻进，取孔底压力等于钻头重量。泥浆比重γ=1.3，钢材比重γ1=7.8。验算全长L=110米的钻杆截面应力。

J=π(8.94-6.94)/64=60.5π厘米4，——转动惯矩

Wn=π(8.94-6.94)/(16*8.9)=85.5厘米3——

Z=γL/γ1=1.3*110/7.8=18.35米=1835厘米——受压长度

受压时半波长度：l=10（±0.5Z+(0.25Z2+0.2Jω2/q)0.5）0.5/ω

=10（-0.5*18.35+(0.25*18.352+0.2*60.5π*(1.33π)2/0.1948)0.5）0.5/1.33π

=2.39(-9.17+59.17)0.5=16.2米=1620厘米

临界转速ω＇=π2(EJg/q)0.5/l2=π2(2*106*60.5π*981/0.1948)0.5/16202=5.27弧度/秒

临界转速n＇=60*5.27/(2π)=50.3转/分

压应力（设Q为施加于孔底的压力，在上述的假设情况下，可按钻头的重量计算）

σy=Q/A=400/24.80=16.1公斤/厘米2，

设半波长度中点的挠度为f厘米，f值不易确定，暂取f=l/150计算，

弯应力σw =M/W=(π2EJf/l2)/(2J/d)≌(105*d)/(1.5*l) 公斤/厘米2

f=1620/150=10.8厘米

σw =(105*8.9)/(1.5*1620)=366公斤/厘米2

钻杆的扭矩(1千瓦=1.34马力)T=71620λeN/n=71620*0.7*45*1.34/40=(公斤-厘米)

扭应力τ=T/Wn=83500/85.5=976公斤/厘米3

合成应力τh：对受压段τh=((σy+σw)2+4*τ2)0.5公斤/厘米2

对受拉段τh=((σl+σw)2+4*τ2)0.5公斤/厘米2

因为钻杆应力是脉动的和交变的，应使τh≤钻杆容许疲劳强度[σ-l]=0.123*（钢材抗拉极限强度）

τh=((σy+σw)2+4*τ2)0.5=((16.1+366)2+4*9762)0.5=1895公斤/厘米2

钻杆用45号钢，其抗拉极限强度为6000公斤/厘米2

[σ-l]=0.123*（钢材抗拉极限强度）=0.123*6000=738＜1895

计算结果表明钻杆的合成应力超过容许限值很多，这将导致钻杆易于损坏。