白稳乐，姚宁平

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安710077)

作者简介：白稳乐（1980—），女，助理研究员，硕士，主要从事钻探设备的设计开发工作，baiwenle@cctegxian.com.

摘要：为更好地满足千米钻机孔底动力定向钻进的需求，研制了BWY-200/9型泥浆泵。对泥浆泵的关键部件曲轴进行动力学分析，得到一个工作循环中曲轴的受力危险区域，并采用有限元分析软件对这些危险区域进行静力学及疲劳强度分析，得到曲轴的应力应变分布云图，为BWY-200/9泥浆泵优化设计提供了理论依据。最后用试验结果证明泥浆泵的工作能力及主要部件曲轴的结构设计是合理、安全可靠的。

关键词：泥浆泵；曲轴；静力学分析；有限元分析；可靠性试验

中图分类号：TH122；TD41   文献标识码：B   文章编号：2095-509X(2020)06-0098-04

泥浆泵是煤矿井下定向钻进设备的重要组成部分，在钻孔过程中泥浆泵通过钻杆提供高压冲洗液（水）驱动孔底马达回转破岩。国内市场供应的钻探用泥浆泵输出压力较小，仅能满足常规孔口回转钻进，石油钻井泵虽然具有高泵压、大流量的特点，但多采用多挡机械变速，在功率恒定时流量与压力成反比，排量和泵压不能同时满足孔底马达多种钻进工况的需求。中煤科工集团西安研究院有限公司研发的千米定向钻机采用负载敏感泵作为泥浆泵的动力源，可通过外界负载的变化调节泥浆泵的输入功率，实现流量和泵压的多级变化，与此同时，还根据定向钻机的这一特点研制开发了一款与其匹配的液驱BWY-200/9型泥浆泵^［1-4］。

依据定向钻机采用的孔底马达对泥浆泵泵量和泵压的要求，确定泥浆泵的流量为200 L/min、最大排出压力为9 MPa。在设计中由于曲轴是泥浆泵的关键零件，承受着交变的弯曲-扭转载荷和一定的冲击载荷，易发生过早失效或疲劳断裂，因此笔者应用数值分析软件及有限元分析软件对曲轴进行静力学、疲劳强度分析，得到曲轴的应力分布云图，其分析结果可为BWY-200/9型泥浆泵曲轴结构尺寸的优化设计提供理论依据。

1基于数值分析软件的曲轴动力学分析

泥浆泵的动力端设计时选择传统的曲柄连杆机构，该机构将液压马达的旋转运动转化为活塞的往复运动，曲轴采用二支撑三拐结构。曲轴在曲柄连杆机构的往复运动过程中，除承受互为相位差120°的连杆力引起的弯曲应力和扭转剪应力外，还受到支座变形、轴颈磨损等因素引起的附加载荷，在实际分析时忽略次要因素以简化计算^［5］。