基于光纖光柵傳感的螺紋鉆桿復(fù)合載荷檢測技術(shù).pdf

1、近年來，螺紋鉆桿廣泛應(yīng)用于地礦鉆探工程中。鉆進(jìn)過程中，螺紋鉆桿將受到軸向壓力、彎矩和扭矩的復(fù)合載荷作用，復(fù)合載荷過大會(huì)引起螺紋鉆桿變形甚至斷裂，因此必須選擇可行的檢測方法及合適的傳感器對其進(jìn)行分離與在線檢測。傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器不適合用于對鉆進(jìn)過程中螺紋鉆桿的復(fù)合載荷進(jìn)行檢測，而光纖光柵(FBG)傳感器作為一種新型光學(xué)傳感器，不僅克服了電學(xué)傳感器的缺點(diǎn)，且具有體積小、靈敏度高和易復(fù)用成網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。通過FBG傳

2、感器對螺紋鉆桿的復(fù)合載荷進(jìn)行在線檢測，對確保螺紋鉆桿所在機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定安全高效地運(yùn)行具有十分重要的意義。
　　本文基于ANSYS有限元仿真，對螺紋鉆桿所受復(fù)合載荷進(jìn)行分析，并在鉆進(jìn)過程中對其進(jìn)行在線檢測。本文研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1.首先介紹了光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展概況與應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了國內(nèi)外對復(fù)合載荷的檢測現(xiàn)狀。
　　2.系統(tǒng)分析了光纖光柵的傳感原理，提出了對FBG應(yīng)變傳感器的溫度補(bǔ)償方法，介紹了螺

3、紋鉆桿所受復(fù)合載荷的分離原理以及修正方法，最后簡介了檢測所使用的傳感系統(tǒng)。
　　3.在ANYSY軟件中，通過對復(fù)合載荷作用下螺紋鉆桿受力狀態(tài)仿真分析，得到了螺紋鉆桿的應(yīng)力分布情況，軸向應(yīng)力修正值和切向應(yīng)力修正系數(shù)，并確定螺紋鉆桿的檢測節(jié)點(diǎn)位置。
　　4.利用LabVIEW軟件結(jié)合光纖光柵傳感原理、溫度補(bǔ)償原理及螺紋鉆桿復(fù)合載荷分離原理，編寫出可以進(jìn)行螺紋鉆桿上單節(jié)點(diǎn)復(fù)合載荷測量插件和三節(jié)點(diǎn)復(fù)合載荷在線檢測的插件。
　　

4、5.對螺紋鉆桿所受復(fù)合載荷進(jìn)行了單節(jié)點(diǎn)測量，驗(yàn)證了檢測方法的可行性。并對鉆進(jìn)過程中螺紋鉆桿所受到的復(fù)合載荷進(jìn)行了三節(jié)點(diǎn)在線檢測，與電機(jī)施加的載荷（壓力和扭矩）進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)螺紋鉆桿前端（靠近鉆頭一側(cè)）受到被鉆物側(cè)向擠壓和摩擦作用較大，使得電機(jī)施加的載荷傳遞損耗較多，易出現(xiàn)磨損、變形乃至損壞;而鉆進(jìn)過程中螺紋鉆桿中端和末端只是短暫甚至未進(jìn)入被鉆物，傳遞損耗相對較少，受到彎矩的影響較大。
　　該檢測技術(shù)為鉆桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化、鉆進(jìn)參數(shù)的確