轴向液动旋转冲击器作为钻井最关键的井下动力钻具,其高频冲击振动可大幅减小或消除钻头粘滑振动,提高钻速并延长钻头寿命。基于粘滑振动机理建立了振动模型,首先对其工作原理和运动特性进行了研究,并结合实际工况,建立动力学方程,再对系统和扭力冲击器动力学进行仿真分析,最后通过实验法验证扭力冲击器动态特性的合理性及理论分析的正确性。通过对影响扭力冲击器寿命的因素研究,发现了旋冲产生的不平衡力以及转子高频旋转速度引起轴承出现了混沌现象,继而对动态特性产生影响,导致扭力冲击器无法达到使用寿命。

针对扭力冲击钻滚动轴承易多发故障问题提出了一种改进支持向量机的故障特征提取方法,并结合多维时态关联规则来判断轴承是否出现故障。主要借助抽样算法来形成向量集合,并且在此基础上提升识别效率,找到异常信号,并且对其来源进行判定,通过多维时态关联规则找出异常信号与故障类别之间的关系。通过不平衡转子动力学模型与搭建实验平台试验验证关联规则的准确性和可靠性,再根据各信号的实时状态通过已建立的时态关联规则实时预测下一时间段的信号状态,从而达到实时预测的目的。实验表明,本故障诊断预测方法有效,能够识别和预测滚动轴承的90%的故障。