DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.01.01

Вплив технологічних параметрів складання з'єднання «зубок-шарошка» на якість вставного твердосплавного оснащення шарошок бурових доліт

Andrey Slipchuk, Roman Yashkym

Анотація


Представлено результати досліджень одного із ключових аспектів, що стосуються забезпечення якості виготовлення шарошок тришарошкових бурових доліт, оснащених твердосплавними вставними зубками. Досліджено вплив технологічних параметрів на формоутворення отворів під посадку твердосплавних зубків та операції складання з’єднання «зубок-шарошка». Аналізом встановлено, що на етапах операцій розвірчування отворів виникає найбільше проблем щодо забезпечення якості. Основна ідея полягає у встановлення раціональних технологічних параметрів на закріплення породоруйнівних елементів в тіло шарошки. На основі численних експериментів на різних типорозмірах твердосплавних зубків встановлено, що швидкість процесу пресування має надзвичайно важливе значення. Аналізом розрізаних і розібраних таких з’єднань встановлено, що стінки отвору мають значну пластичну деформацію, мікротріщини, подекуди утворилася стружка на дні отвору. Досліджено параметри відхилення по шорсткості таких поверхонь. Скориставшись рекомендаціями, виявили, що змочування зубків у окислений парафін зменшує пластичну деформацію стінок отворі вдвічі. Це дає можливість підвищувати значення натягу і з’єднання. Для підвищення точності технологічної операції пресування розроблено спеціальний пристрій, який дав змогу точно орієнтувати перед пресуванням вставні зубки, а також суттєво зменшити брак. Аналізом стінок отворів на сталі 14ХН3МА виявлено, що при натягах до 0,068 мм мала місце пружна деформація, далі до 0,148 мм, в подальшому при збільшені натягу було отримано значну пластичну деформацію. Теоретично та експериментально обґрунтовано розроблені шляхи вдосконалення технології виготовлення бурових доліт, що мінімізує деформацію шарошок та зубків. З цією метою встановлено емпіричну залежність, що дозволяє встановити залежність між параметрами шорсткості та величиною натягу з’єднанні «зубок-шарошка» доліт.


Ключові слова


формоутворення отворів; шорсткість; зубок; шарошка; натяг; тришарошкове бурове долото; швидкість запресовування

Повний текст:

PDF

Посилання


Slipchuk A. M., Jakum R. S. Pokrashchennya yakosti tekhnolohiyi protsesu zapresovuvannya zubkiv u sharoshky burovykh dolit [Improving the quality of the technology of the process of pressing insert cutter in the cones of drill bits]. Visnyk Natsionalʹnoho tekhnichnoho universytetu “KhPI” Vysoki tekhnolohiyi v mashynobuduvanni [Bulletin of the National Technical University "KhPI" High technologies in mechanical engineering: collection]. Kharkiv, 2017, Iss. 7 (1229), pp. 110–117. doi:10.20998/2413-4295.2017.07.15.

Yakim R. S., Petrina Yu. D. Teoriya i praktyka zabezpechennya yakosti ta ekspluatatsiynykh pokaznykiv tsementovanykh detaley sharoshkovykh burovykh dolit [Theory and practice of quality assurance and operational indicators of cemented parts of cone drill bits]. Monograph. Ivano-Frankivsk: IFNTUNG Publishing House, 2011, p.189.

Belyaev A. I. Issledovaniye tekhnologicheskogo protsessa sborki sharoshek burovykh dolot s tverdosplavnym vooruzheniyem [Investigation of the technological process of assembling cones of drill bits with carbide equipment]: dis ... candidate of technical sciences. 1977, Moscow, p.200.

Krylov K. A., Streltsova O. A. Povysheniye dolgovechnosti i effektivnosti burovykh dolot [Improving the durability and efficiency of drill bits]. Moscow: Nedra, 1983, p. 206.

Gupta A., Chattopadhyaya S., Hloch S. Critical investigation of wear behaviour of WC drill bit buttons. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2013, no 46 (1), pp. 169–177, doi:10.1007/s00603-012-0255-9.

Yong, D., Chen, M., Jin, Y., Yakun, Z., Daiwu, Z., Lu, Y. Theoretical and experimental study on the penetration rate for roller cone bits based on the rock dynamic strength and drilling parameters. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016, no 36, pp. 117–123.

Huang, Zhiqiang, Li Qin, Zhou, Jing Shuang, Ma Yachao, Hu Wengang, Fan Yongtao. Experimental research on the surface strengthening technology of roller cone bit bearing based on the failure analysis. Engineering failure analysis, 2013, Iss. 29, pp. 12–26, doi: 10.1016/j.engfailanal.2012.08.018.

Schroder J. Cone Retention and Tapered Bearing Preload System for Roller Cone Bit. US patent application, filed Nov. 2, 2011.

Naganawa Shigemi. Feasibility study on roller-cone bit wear detection from axial bit vibration. Journal of petroleum science and engineering, 2012, Iss. 82-83, pp. 140–150.

Pandey P. A., Mukhopadhyay K., Chattopadhyaya S. Reliability analysis and failure rate evaluation for critical subsystems of the dragline. Journal of the brazilian society of mechanical sciences and engineering, 2018, no. 40 (2), doi:10.1007/s40430-018-1016-9.

Schroder Jon, Di Pasquale Maurizio, Richards Alun, Yorty Jesse. Bearing innovations extend roller-cone bit life. Oil & gas journal, 2016, Iss. 114, no. 6, P. 50–55.

Gustafson A., Schunnesson H., Kumar U. Reliability analysis and comparison between automatic and manual load haul dump machines. Quality and reliability engineering international, 2015, no. 31 (3), pp. 523–531, doi: 10.1002/qre.1610.

Satya Prakash, Mukhopadhyay. Reliability analysis of tricone roller bits with tungsten carbide insert in blasthole drilling. Journal International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 2020, no. 34 (2), pp. 101–118, doi: 10.1080/17480930.2018.1530055.

Rebinder P. A., Shchukin E. D. Poverkhnostnyye yavleniya v tverdykh telakh v protsessakh ikh deformatsii i razrusheniya [Surface phenomena in solids in the processes of their deformation and destruction]. Uspekhi Fizicheskikh Nauk [Advances in physical sciences], 1972, Iss. 1, pp. 3– 42.

Yakim R. S., Petrina Yu. D., Yakym I. S. Naukovo-praktychni osnovy tekhnolohiyi vyhotovlennya trysharoshkovykh burovykh dolit ta pidvyshchennya yikh yakosti i efektyvnosti: monohrafiya [Scientific and practical bases of technology of manufacturing cone drilling bits and increasing their quality and efficiency]. monograph. Ivano-Frankivsk: IFNTUNG Edition, 2011, 384 р.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Сліпчук А. М. Яким Р. С. Підвищення якості технології пресування твердосплавних породоруйнівних зубків у шарошки бурових доліт. Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Нові рішення в сучасних технологіях: зб. наук. праць. Харків, 2017. Вип. 7 (1229). С. 110–117. doi:10.20998/2413-4295.2017.07.15.
  2. Яким Р. С., Петрина Ю. Д. Теорія і практика забезпечення якості та експлуатаційних показників цементованих деталей шарошкових бурових доліт. Монографія. Івано-Франківськ: Видавництво ІФНТУНГ, 2011. 189 c.
  3. Беляев А. И. Исследование технологического процесса сборки шарошек буровых долот с твердосплавным вооружением: дис. кандидата техн. наук. Москва, 1977. 200 c.
  4. Крылов К. А., Стрельцова О. А. Повышение долговечности и эффективности буровых долот. Москва: Недра, 1983. 206 c.
  5. Gupta A., Chattopadhyaya S., Hloch S. Critical investigation of wear behaviour of WC drill bit buttons. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013. № 46 (1), Р. 169–177. doi:10.1007/s00603-012-0255-9.
  6. Yong, D., Chen, M., Jin, Y., Yakun, Z., Daiwu, Z., Lu, Y. Theoretical and experimental study on the penetration rate for roller cone bits based on the rock dynamic strength and drilling parameters. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016. № 36. Р. 117–123.
  7. Huang, Zhiqiang, Li Qin, Zhou, Jing Shuang, Ma Yachao, Hu Wengang, Fan Yongtao. Experimental research on the surface strengthening technology of roller cone bit bearing based on the failure analysis. Engineering failure analysis. 2013. № 29. P. 12–26. doi: 10.1016/j.engfailanal.2012.08.018.
  8. Schroder J. Cone retention and tapered bearing preload system for roller cone bit. US patent application, filed 2011. Nov. 2.
  9. Naganawa Shigemi. Feasibility study on roller-cone bit wear detection from axial bit vibration. Journal of petroleum science and engineering. 2012. Iss. 82-83. P. 140–150.
  10. Pandey P. A., Mukhopadhyay K., Chattopadhyaya S. Reliability analysis and failure rate evaluation for critical subsystems of the dragline. Journal of the brazilian society of mechanical sciences and engineering. 2018. № 40 (2). doi:10.1007/s40430-018-1016-9.
  11. Schroder Jon, Di Pasquale Maurizio, Richards Alun, Yorty Jesse. Bearing innovations extend roller-cone bit life. Oil & gas journal. 2016. Iss. 114, № 6. P. 50–55.
  12. Gustafson A., Schunnesson H., Kumar,U. Reliability analysis and comparison between automatic and manual load haul dump machines. Quality and reliability engineering international. 2015. № 31 (3). P. 523–531. doi: 10.1002/qre.1610.
  13. Satya Prakash, Mukhopadhyay. Reliability analysis of tricone roller bits with tungsten carbide insert in blasthole drilling. Journal International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2020. №34 (2). P.101–118. doi: 10.1080/17480930.2018.1530055.
  14. Ребиндер П. А., Щукин Е. Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения Успехи физических наук, 1972. Т. 108. Вып. 1. С. 3–42.
  15. Яким Р. С., Петрина Ю. Д., Яким І. С. Науково-практичні основи технології виготовлення тришарошкових бурових доліт та підвищення їх якості і ефективності: монографія. Івано-Франківськ: Видання ІФНТУНГ, 2011. 384 с.