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研究PDC切削齿破岩机理,宏观角度分析就是各种因素或变量,对PDC切削齿破碎岩石的形式和效果、破岩耗费的能量、切削力的大小及波动、岩屑粒度等的影响规律;微观角度分析就是PDC切削齿受各种因素影响时,岩石和切削齿的应力分布等。本文以计算机仿真和岩石切削试验为手段,研究了曲面PDC齿与屋脊形PDC齿单齿破岩过程,分析了切削齿结构参数和工作参数对其破岩效率、切削力等的影响规律,同时与传统平面PDC切削齿进行了对比。仿真研究表明,传统PDC切削齿破碎比功和切削力受前倾角和吃入深度的影响规律前人分析所得结论基本相同。圆弧曲面PDC切削齿比直线—圆弧—直线曲面PDC齿更有优势,前倾角和斜率的差值才是影响曲面齿破岩的实际因素,并因此提出“实际前倾角”。曲面齿对岩石造成的拉伸破坏较多,破碎比功和切削力相比传统PDC齿小很多,但切削力波动较大,适合软地层。屋脊形PDC齿的破碎比功受脊角影响较大,切削力随脊角和圆角的增大而增大。破碎比功对前倾角影响不敏感,但对轴向吃入能力影响较大。在设计屋脊齿PDC钻头时应尽可能使每颗齿与岩石“正切”。屋脊形PDC齿的主要破岩方式为犁削,破岩效率是传统PDC齿的2～3倍,切削力更小,侵入能力强,切削力波动小,适用于硬地层。在分析总结曲面PDC齿与屋脊形PDC齿的破岩规律和性能特点基础上,提出了一种新型非平面PDC切削齿——鞍型齿,提出了成型方法和特征方程。对影响鞍形PDC切削齿破碎比功和切削力的前倾角、圆角、脊角、斜率、旋角和吃入深度等进行了研究。旋角对鞍形齿破碎比功影响较小,平均切向力和轴向力对其敏感性不高,但径向力增加明显。综合分析仿真与试验结果,屋脊齿更容易产生体积破碎,岩屑最大,更容易使岩石发生侧崩。鞍形齿破岩效率虽然比屋脊齿稍差,但切削力及切削力波动最小,因切削力波动损坏的概率小。