Повышение ресурса бурового шарошечного долота Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Механика и машиностроение

УДК 622.23.05

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА

© 2011 С.М.Крылов1, Р.М. Богомолов2, Н.В. Носов3, Н.И. Дедов4 1,2 ОАО «Волгабурмаш», 3 4 Самарский государственный технический университет, г. Самара

Поступила в редакцию 10.11.2011

Известно, что показатели работы буровых долот в значительной мере зависят от точности их изготовления, в частности от торцевого и радиального биения шарошек.

При торцевом биении, создаваемом разновысотностью шарошек вдоль оси долота, шарошка одной из секций, наиболее выступающая относительно торца присоединительной резьбы, работает во время бурения в значительно более жестких условиях, постоянно «обгоняя» две другие шарошки, что приводит к преждевременному выходу этой секций и всего долота из строя.

По данным проведенных исследований [1] повышение точности изготовления деталей долот и их сборки прямо влияет на повышение их проходки. Например, при использовании 500 серийных долот диаметром 215 мм повышение точности изготовления по разновысотности шарошек относительно торца резьбы с 1,4 мм до 0,5 мм увеличивает проходку на долото до 29,3%.

Чем выше точность изготовления долот, тем значительно выше их показатели в бурении, а значит выше их потребительский спрос и конкурентоспособность. Этим объяснятся настойчивое стремление всех отечественных и зарубежных долотостроительных фирм к непрерывному улучшению технологии и повышению точности выходных параметров выпускаемых буровых долот.

Известны различные способы, устройства и приспособления для сборки буровых долот. Самый распространенных из них - это способ сборки на штифтах 1 (рис.1), размещенных на боковых поверхностях плоскостей двухгранников лап [2].

На точность получения требуемого размера долота по диаметру и правильное осевое расположение секций при сборке на штифтах существенно влияют размеры основных деталей - лапы и шарошки, входящие в размерную цепь диаметра долота.

У лапы (рис.1, 2) - это вертикальная координата А оси штифтового отверстия от точки пересечения осей цапфы лапы и шариковой беговой дорожки на вертикальной проекции лапы, горизонтальная координата B шариковой беговой дорожки - расстояние от вышеупомянутой точки пересечения осей цапфы и шариковой дорожки до вертикальной оси 3 двух-гранника, совпадающей с условной осью долота, угол а наклона оси цапфы к оси долота, координаты оси штифтового отверстия Bi относительно плоскостей 2 двухгранника лапы, смещение г оси цапфы в плане, диаметр d штифтовых отверстий, угол у =

120° наклона плоскостей двухгранника, диаметральный размер Di и радиус R профиля шариковых беговых дорожек.

Позициями 4 и 5 обозначены штифтовые отверстия, позицией 6 - смещение оси цапфы от оси двухгранника 3, позицией 8 - обратный конус шарошки, 9 - периферийный венец, 10 - шариковая дорожка, 11 - базовый паз в лапе, 12 - круглый вариант паза, 13 - базовый диск.

У шарошки (рис.1) - это координаты G обратного (калибрующего) конуса 8, координаты Е и угол 8i поверхности зубьев периферийных венцов 9, угловая координата 8 обратного конуса, диаметральные размеры беговых дорожек Di .а1.

Согласно расчету размерной цепи диа-метра долота определены требуемые допуски на вышеуказанные размеры лапы и шарошки.

Технологические процессы изготовления лапы и шарошки должны обеспечить точность выполнения этих размеров. Разновысотность шарошек и радиальное биение в собранном долоте свыше допустимых пределов приводят к неравномерному нагружению и износу зубьев шарошек и опоры, сни-жая долговечность долота. Долота с такими отступлениями от чертежа бракуются.

Недостаток указанного способа сборки состоит в том, что штифтовые отверстия, а при сборке и сами штифты, расположены в пространстве в разных плоскостях и выполнены со значительными по величине и отличными друг от друга допусками по вертикальной координате. С учетом люфтов, размеров устанавливаемых штифтов для обеспечения сборки всех трех секций, неизбежны их перекосы, а разновысотность шарошек слишком велика.

Предлагается новый способ сборки секций буровых шарошечных долот, позволяющий резко повысить точность одного из основных выходных параметров - торцевого биения шарошек [3].

Этот способ состоит в том, что после полной механической и химико-термической обработки на двухгранниках лап выполняют симметричные узкие базовые пазы, перпендикулярные оси двухгранника на одинаковом расстоянии от точки пересечения осей цапф с осями шариковых беговых дорожек лап, образующие при сборке секций единую полость, в которую перед сдвиганием секций помещается базовая плоская деталь, предпочтительно в виде диска, толщиной, близкой к ширине

1085

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

10

А1

G

Рис. 1. Геометрические параметры лапы и шарошки при сборке долота на штифтах.

И-И

Рис. 2. Геометрические параметры лапы и круглого диска при сборке долота на диске.

пазов, выравнивающая положение секций относительно друг друга и плоскости, перпендикулярной вертикальной оси сборочного приспособления. Наличие общего диска предотвращает наклоны секций от его плоскости. При сборке секции стягивают до получения размера долота по диаметру, сваривают между собой секции и завершают последующие технологические операции.

На рис.2 показан эскиз лапы, на двухграннике которой перед сборкой выполняется узкий паз перпендикулярно оси, на одинаковом расстоянии А1 от точки пересечения оси цапфы и шариковой беговой дорожки. Форма паза в плане может быть различной, например, круговой, радиусной получаемой при врезании дисковой фрезы или её проходе вдоль линии, перпендикулярной оси симметрии двух-

1086

Механика и машиностроение

гранника до получения сквозного паза. В указанный паз при сборке долота устанавливают общий для всех трех лап круглый диск (или другую деталь указанной узкой формы, затем сдвигают лапы всех секций до касания их двухгранниками и сваривают.

При минимальной разнице размеров пазов по ширине и дисков по толщине, составляющей сотые доли миллиметра, и при условии, когда вместо трех баз по штифтам, базами для установки по вертикальной координате являются две плоских поверхности диска (верхняя и нижняя), линейные размеры плоскостей диска (диаметр круга, например) или другой плоской детали значительно больше их толщины (2Лп»Нп), где Rn - радиус диска; НП - толщина диска или высота паза. При этом точность базирования секций лап и шарошек при установке их под сборку в долото значительно повышается, а значение разновысотности (трех лап) кратно уменьшается.

На рис.3 представлен вид в плане на три собранные и подготовленные для сварки секции. Позициями 14, 15, 16 показаны три собираемые в долото секции с шарошками и базовым плоским диском 13:

Позицией 20 обозначен сварочный узел между секциями.

При минимально возможном зазоре по плоскости и по торцу, выбираемым экспериментально между диском и тремя пазами, на каждой лапе перемещение по поверхности диска практически лишает лапы четырех степеней свободы, оставляя только две -возможность сдвигаться и поворачиваться по поверхности диска. При своём контакте сдвинутые и сжатые секции лишаются последних двух степеней свободы;

Замена базовых штифтовых отверстий, расположенных на разных плоскостях в пространстве с зазорами по базовым штифтам на плоскую поверхность позволяет значительно повысить уровень точности сборки секций, а значит и ресурс долота.

Кроме того, отсутствие перекосов секций относительно плоского сборочного базового диска устранило необходимость установки по поверхностям двухгранников плоских компенсаторов и упростило технологию сборки секций в долото. Сварка секций после сборки может осуществляться известными традиционными способами.

Испытания опытных образцов, изготовленных с применением предлагаемого способа сборки, подтвердили стабильное повышение стойкости буровых долот в промысловых условиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Поздняков В.И. «Исследование вли-яния качества изготовления шарошечных долот на показатели бурения», канд. дисс., ВНИИБТ, - М., 1971 г.

2. Султанов С.Г. и др. «Расчеты различных цепей трехшарошечных долот». - Баку: Азербайджанское государственное издательство, 1965 г.

3. Крылов С.М.и др. «Способ сборки буровых шарошечных долот», решение ФИПС от 12.08.2010г. о выдаче патента по заявке № 2009119835/03(027363).

Рис. 3. Сборка шарошечного долота с базированием лап на круглом диске.

NEW WAY OF ASSEMBLAGE OF SECTIONS ROLLER CHISELS

S.M.Krylov1, R.M.Bogomolov2, N.V.Nosov3, N.I.Dedov4 12 Open Societies «Volgaburmash», 34 Samara state technical university, Samara

1087