Спосіб складання шарошечного долота, Банк патентів.
Винахід відноситься до бурової техніки, а саме до бурових шарошечних долот. Спосіб збирання шарошечного долота полягає в тому, що попередньо збирають секції, що складаються з шарошок N типів (N>1), встановлених на цапфах лап і закріплених замковим підшипником, і потім секції з'єднують між собою зварюванням. Лапи та шарошки кожного типу нумерують, в опорах лап та шарошок заміряють діаметральні та лінійні розміри D, d, Dш, dш, Н, h, Нш, hш, заносять їх в ЕОМ і за допомогою спеціально розробленої програми підбирають спочатку для кожного типу та номера шарошок, що використовуються в долоті, лапу з найменшою різницею радіальних і лінійних зазорів R і H, а потім для кожного долота підбирають секції з мінімальними відмінностями по R і H, де D, d - діаметри великого і малого радіальних підшипників лапи; Dш, dш - діаметри великого та малого радіальних підшипників шарошки; Н, h - відстані від осі кулькової доріжки лапи до п'яти та завзятого бурта; Нш, hш - відстані від осі кулькової доріжки шарошки до підп'ятника та завзятого бурта. Повністю виключається випадкове компонування як окремих секцій, і долот із цих секцій. Спосіб складання з оптимальною різницею зазорів в опорах і секціях долота забезпечує практично одночасне вступ у контакт відповідних робочих поверхонь підшипників і більш рівномірний розподіл контактних навантажень, що значно збільшує стійкість опори та проходку на долото. 5 іл.
ОПИС ВИНАХОДУ ДО ПАТЕНТУ
Винахід відноситься до бурової техніки, а саме до бурових долот.
Відомий спосіб складання шарошечних доліт з випадковим підбором лап і шарошок і компонуванням долот із секцій [1].
Недоліком цього способу є те, що розміри лап та шарошок підбираютьсявипадково у межах поля допуску. Це призводить до суттєвих відмінностей величин зазорів як у радіальних, так і в завзятих підшипниках опор, що обумовлює неодночасне вступ у контакт відповідних робочих поверхонь, значне збільшення питомих навантажень та передчасний вихід опори з ладу. Крім того, випадкове компонування доліт із секцій призводить до значних відмінностей секцій одного долота за якістю складання, обмежує ресурс долота найгіршою з підібраних секцій.
Відомий спосіб складання опор доліт [2] , при якому лапи і шарошки розкладають у порядку зростання різниці діаметрів радіальних підшипників ковзання і здійснюють послідовне складання секцій в порядку зменшення різниці радіальних зазорів, а у разі виготовлення партії доліт більше 50 штук лапи і шарошки сортують по цьому параметру за розмірними групами та в межах розмірних груп здійснюють випадкове складання.
Недоліком цього способу є те, що повністю не виключається випадкове складання секцій, що знижує її точність. Крім того, не враховуються величини зазорів у завзятих підшипниках ковзання, наслідком є нерівномірний розподіл контактних навантажень в опорі з переважним навантаженим радіальних підшипників. Послідовне складання секцій без урахування номера шарошки (вершини) ускладнює компонування доліт із секцій і не дозволяє підібрати в одному долоті секції, близькі за якістю складання.
Метою цього винаходу є підвищення стійкості опори долота, збільшення його проходки за рахунок зниження максимальних контактних навантажень на основі забезпечення рівномірного розподілу навантажень по підшипниках як в межах опори окремої секції, так і по всіх секціях долота.
Вказана вище мета досягається тим, щопри складанні шарошечного долота, що включає складання окремих секцій з лап і шарошок і з'єднання секцій між собою зварюванням, лапи та шарошки кожного типу нумерують, в опорах лап і шарошок заміряють діаметральні та лінійні розміри D, d, Dш, dш, Н, h, Нш , hш, заносять їх в ЕОМ і за допомогою спеціально розробленої програми підбирають спочатку для кожного типу та номера шарошок, що використовуються в долоті, лапу з найменшою різницею радіальних та лінійних зазорів ΔR і ΔH, а потім для кожного долота підбирають секції з мінімальними відмінностями по ΔR і ΔH, де: D, d - діаметри великого та малого радіальних підшипників лапи; Dш, dш - діаметри великого та малого радіальних підшипників шарошки; Н, h - відстані від осі кулькової доріжки лапи до п'яти та завзятого бурта; Нш, hш - відстані від осі кулькової доріжки шарошки до підп'ятника та завзятого бурта.
Така процедура складання доліт дозволяє вирішити задачу підвищення стійкості їх опор і проходки шляхом розподілу реакції вибою по можливо більшій кількості робочих поверхонь підшипників опор і, таким чином, зниження максимальних питомих навантажень в зонах контакту елементів опор. Секції доліт підбирають з близькими параметрами R і H, що забезпечує практично однакову якість їх складання і, як наслідок, стійкість опор.
Порівняння з прототипом показує, що спосіб зборки, що заявляється, відрізняється тим, що комплектація секцій доліт виконується не по одному комплексному параметру ΔR, а по двох - ΔR і ΔH, що визначає робочий контакт радіальних і завзятих підшипників опори, а при компонуванні доліт секції для одного долота підбираються з мінімальними відмінностями по R і H, забезпечуючи близьку якість їх складання. Таким чином, заявляється спосіб складання долот відповідає критерію винаходу "новизна".
На фіг.1показано цапфу лапи долота; на фіг.2 зображено опора шарошки долота; на фіг.3 показаний варіант контакту робочих поверхонь цапфи та шарошки під дією реакції вибою G.
На цапфі 1 (фіг.1) є: радіальна поверхня великого підшипника ковзання 2 діаметром D, радіальна поверхня малого підшипника ковзання 3 діаметром d, упорний підшипник ковзання (упорний бурт) 4, торцевий підшипник ковзання (п'ята) 5 і бігова 6 підшипник. Поверхні ковзання 4 та 5 розташовані відповідно на відстані h та Н від осі кулькової бігової доріжки.
На шарошці 7 (фіг.2) є: радіальна поверхня великого підшипника ковзання діаметром 8 Dш; радіальна поверхня малого підшипника ковзання 9 діаметром dш; упорний підшипник ковзання (упорний бурт) 10; торцевий підшипник ковзання 11. Поверхні 10 і 11 розташовані від осі бігової кулькової доріжки відповідно на відстані ш і Нш.
На шарошку (фіг.3) в процесі роботи діє сила реакції вибою G, яка розподіляється по радіальним і завзятим підшипникам залежно від величини різниці радіальних зазорів (R=D-d-d+d)/2 (1) і лінійних зазорів ΔH = Hш-H-hш+h (2) При існуючих допусках на діаметральні та лінійні розміри ці комплексні параметри змінюються в широких межах: різниця радіальних зазорів ΔR=-0, 1. +0,1, різниця лінійних зазорів ΔH=-0,23. +0,23, що не забезпечує одночасного вступу в контакт робочих поверхонь підшипників, призводить до перевантаження одного з них і виходу з ладу опори долота.
Якщо ΔR 0, то все радіальне навантаження розподіляється по малому підшипнику ковзання, якщо ΔR=0, то радіальне навантаження розподіляється по обидва радіальні підшипники, що дозволяє знизити максимальніконтактні навантаження на робочі поверхні цапфи 2 та 3, зменшити кут повороту осі шарошки щодо осі цапфи і тим самим збільшити стійкість опори.
При різниці лінійних зазорів ΔH 0 все осьове навантаження припадає на завзятий бурт 4, при ΔH= 0 осьове навантаження розподіляється по двох упорних підшипниках, що дозволяє зменшити максимальні контактні навантаження на поверхні 4 і 5 цапфи, збільшити жорсткість опори, зменшити кут опори.
У процесі складання доліт за пропонованою методикою необхідно виконувати умови: різниця радіальних зазорів ΔR_→min, (3) різниця лінійних зазорів ΔH_→min. (4) Чим ближче значення різниць зазорів R і H до нуля, тим рівномірніше розподіляється навантаження G по підшипниках, тим вище жорсткість опори і, отже, її стійкість. У межах одного долота секції підбираються з мінімальними відмінностями по різницях радіальних та лінійних зазорів.
Складання доліт за пропонованим способом здійснюється в наступному порядку. Лапи та шарошки кожного з N типів нумерують. На цапфах лап вимірюють діаметри D, d і лінійні розміри Н, h (див. фіг.1), на шарошках вимірюють діаметри dш, dш і лінійні розміри Нш, hш, заносять ці параметри в ЕОМ в табличній формі і за допомогою спеціально розробленої програми за формулами (1) і (2), обчислюють для всіх можливих комбінацій лап і шарошок різниці радіальних зазорів R і лінійних зазорів H і послідовно для кожного долота підбирають комплекти шарошок (1, 2. N) і лап, що задовольняють умові (3) , а при фіксованому рівні R і умові (4), причому в межах долота секції підбирають з мінімальними відмінностями по різницях зазорів R і H. За результатами розрахунків формується таблиця, де для кожного номера долота, що збирається, вказані номери лап і шарошок длякожній з N секцій. При цьому долота в таблиці розташовуються в порядку зростання значень різниць зазорів R і H і відмінностей секцій за цими параметрами, тобто. у порядку зниження якості складання доліт. Відповідно до даних таблиці комплектуються окремі секції та із секцій збираються долота.
Для опор доліт з роликовими підшипниками різниця радіальних зазорів ΔR обчислюється за формулою: ΔR = (Dш-D-2Dp-dш+d+2dp)/2, (5) де Dp, dp - діаметри великого та малого роликів.
Описана вище методика була перевірена при складанні 30 долітів діаметром 203,2 мм.
На фіг.4 представлена діаграма розподілу максимальних значень різниці радіальних зазорів ΔR в долоті для двох способів складання по 4-м діапазонах: 1) 0≤ΔR≤0,02, 2) 0,02 1), встановлених на цапфах лап і закріплених замковим підшипником, і потім секції з'єднують між собою зварюванням, що відрізняється тим, що лапи і шарошки кожного типу нумерують, в опорах лап і шарошок заміряють діаметральні та лінійні розміри D, d, Dш, dш, Н, h, Нш, hш, заносять їх в ЕОМ і за допомогою спеціально розробленої програми підбирають спочатку для кожного типу і номери шарошок, що використовуються в долоті, лапу з найменшою різницею радіальних і лінійних зазорів R і H, а потім для кожного долота підбирають секції з мінімальними відмінностями по R і H, де D, d – діаметри великого та малого радіальних підшипників лапи, Dш, dш – діаметри великого та малого радіальних підшипників шарошки, Н, h – відстані від осі кулькової доріжки лапи до п'яти та завзятого бурта, Нш, hш – відстані від осі кулькової доріжки шарошки до підп'ятника та завзятого бурта.