水平定向钻进钻杆接头螺纹承载能力分析及结构优化研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2022.S2.061

隧道建设（中英文） ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (S2): 487-493.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2022.S2.061

水平定向钻进钻杆接头螺纹承载能力分析及结构优化研究

刘在政

（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南长沙〓410100）

出版日期:2022-12-30 发布日期:2023-03-26
作者简介:刘在政（1974—），男，山东栖霞人，2015年毕业于中南大学，机电工程专业，硕士，高级工程师，主要从事地下工程建造智能装备研制与规划。 Email: liuzaizheng@crchi.com。

Bearing Capacity of Drill Pipe Joint Thread of Horizontal Directional Drilling Machine and Its Structure Optimization

LIU Zaizheng

（China Railway Construction Heavy Industry Corporation Limited， Changsha 410100， Hunan， China)

Online:2022-12-30 Published:2023-03-26

摘要/Abstract

摘要： 为解决长距离水平定向钻进过程中，钻杆螺纹接头部分易断裂失效，严重影响水平定向钻机钻进施工的问题，采用数值模拟的方法，建立水平定向钻进钻杆螺纹接头的二维数值仿真模型，揭示钻杆螺纹接头在上扣作用下的受力特征，分析不同拉力和压力作用下钻杆螺纹接头抗拉和抗压性能。最后，基于正交试验优化方法，对锥度、螺距、牙高、承载面角度和导向面角度等钻杆螺纹接头关键结构参数进行优化。研究结果表明，当钻杆接头螺纹参数组合为：锥度1∶16，螺距6.25 mm，牙高3.195 mm，承载面角度28°，导向面角度32°时，钻杆承载性能最佳；与优化前的钻杆螺纹接头相比，采用最优配置参数的钻杆螺纹接头抗拉性能提高了9.8%，抗压性能提高了15.2%。

关键词: 水平定向钻机, 钻杆接头, 数值仿真, 抗拉性能, 抗压性能, 正交试验

Abstract: The thread joint of drill pipe is prone to fracture failure during longdistance horizontal directional drilling, which seriously affects its drilling performance. A twodimensional numerical simulation model of thread drill pipe joint of horizontal directional drilling rig is established to study the stress characteristics, tensile and compressive properties of drill pipe joint under the action of screwingup. Then, based on orthogonal experimental optimization method, the key structural parameters of thread drill pipe joint are optimized. The optimized parameters of drill pipe joint thread are: taper 1:16, pitch 6.25 mm, tooth height 3.195 mm, the bearing surface angle 28°, and the guide surface angle 32°. By comparing the tensile and compressive properties of the optimized drill pipe joint with those before optimization, it is found that the tensile property and compressive property of the optimized thread joint are improved by 9.8% and 15.2%, respectively.

Key words: horizontal directional drilling machine, drill pipe joint, numerical simulation, tensile performance, compressive performance; orthogonal test

刘在政. 水平定向钻进钻杆接头螺纹承载能力分析及结构优化研究[J]. 隧道建设, 2022, 42(S2): 487-493.

LIU Zaizheng.

Bearing Capacity of Drill Pipe Joint Thread of Horizontal Directional Drilling Machine and Its Structure Optimization [J]. Tunnel Construction, 2022, 42(S2): 487-493.

[1]	王凯, 曾垂刚, 李治国. 超大直径泥水盾构土岩交互地层掘进载荷计算与分析[J]. 隧道建设, 2022, 42(5): 873-881.
[2]	林可夫, 项彦勇. 深埋富水岩体隧道三台阶法施工数值模拟和参数优化——以正盘台隧道工程为例 [J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 199-.
[3]	梁永丰, 吴波, 王晋进, 李成虎, 索潇, 张珂. 基于正交试验、FAHP-价值工程法的基坑工程回灌参数优选[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1492-1501.
[4]	杨宏波, 曹耀东, 崔学军, 李应川, 谢鸿辉, 周伟, 商宁宁. 盾构新型轻质浆液配合比研究及应用[J]. 隧道建设, 2021, 41(4): 554-560.
[5]	王聪, 彭浩. 襄阳东西轴线项目沉管预制局部块体试验研究[J]. 隧道建设, 2020, 40(10): 1433-1440.
[6]	宋远, 黄明利. 地铁隧道新型初期支护结构支护参数敏感性正交数值模拟试验[J]. 隧道建设, 2019, 39(S2): 163-168.
[7]	叶美锡, 丁文其, 陈俊伟, 金跃郎, 刘浩, 涂新斌. 盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能影响因素敏感度分析[J]. 隧道建设, 2019, 39(S2): 200-206.
[8]	王国富，刘凤洲，王丹，孟宪云，武永珍. 紧邻高层结构深基坑支护方案优化分析——以济南地铁R3线龙洞庄车站基坑为例[J]. 隧道建设, 2017, 37(6): 708-716.
[9]	李杰，郭京波，戴树合，张增强，章卫，牛江川. 复合地层盾构施工中泡沫对刀盘扭矩的影响分析及参数优化[J]. 隧道建设, 2016, 36(8): 906-910.
[10]	田明昱，王艳磊，腾俊洋，舒国钧. 地质因素对隧道围岩松动圈的影响分析——以重庆某隧道为例[J]. 隧道建设, 2016, 36(4): 390-397.
[11]	吴飞，孙阳，邵国建，钱军，刘勇. 基于正交试验法的顶管端头土体加固效果评价[J]. 隧道建设, 2016, 36(3): 282-287.
[12]	张社荣，于茂，杜晓喻，娄雨. 天津地铁6号线双线平行盾构隧道施工间隔对地表土体变形影响研究[J]. 隧道建设, 2015, 35(10): 989-996.
[13]	张涛. 地铁隧道初期支护参数优化研究[J]. 隧道建设, 2014, 34(10): 926-930.
[14]	陈馈, 苏翠侠, 王燕群. 盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析[J]. 隧道建设, 2011, 31(1): 37-41.
[15]	杨卓, 陈洪光. 盾构隧道同步注浆浆液配比分析及优化设计[J]. 隧道建设, 2009, 29(增刊2): 29-32.

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Bearing Capacity of Drill Pipe Joint Thread of Horizontal Directional Drilling Machine and Its Structure Optimization

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