基于MATLAB GUI的布齿参数优化与应用
任钞1
康向涛1
曹萍1
王春华2
1.贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 5500252.贵州省矿山安全科学研究院有限公司,贵州 贵阳 550009;贵州省煤矿设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550009
摘要：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.
关键词：PDC钻头正交试验参数优化MATLAB GUI数值模拟
分类号：TD421.25(矿山机械)TE921.1(石油机械设备与自动化)TH122(机械设计、计算与制图)
资助基金：贵州省科技支撑项目(2023)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-21（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 177-185 )
英文信息