Дослідження технологічних параметрів на формоутворення отворів у вінцях шарошок бурових доліт та геометричних, фізико-механічних особливостей спряжених поверхонь з’єднання « шарошка-зубок»
Автор: Герус Дмитро Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології машинобудування
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Герус Д.А., Сліпчук А.М. (керівник). Дослідження технологічних параметрів на формоутворення отворів у вінцях шарошок бурових доліт та геометричних, фізико-механічних особливостей спряжених поверхонь з’єднання «шарошка-зубок». Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2020. Розширена анотація Відомо, що при експлуатації твердосплавний зубок зазнає навантажень згину [1-3]. Відтак, у спряжених ділянках виходу зубка з тіла вінця шарошки та в ділянці дна виникають значні напруження [4-6]. При перевантаженні чи при недостатній міцності сталі шарошки виникають пластичні деформації, фретингове руйнування, мікротріщини. Недостатнє якісне спряження в з’єднанні сприяє тому, що твердосплавний зубок зміщується, а далі розхитується і у окремих випадках випадає чи «вивертається» і отвору. Одним з факторів який впливає на міцність з’єднання «зубок – дно отвору шарошки» є шорсткість поверхні зубка, тому була поставлена задача дослідити параметр шорсткості Ra поверхні зубка, який є покупним елементом і виконаний з твердосплавного матеріалу. Також досліджували параметри відхилення по шорсткості таких поверхонь. Для вимірювання розподілу шорсткості на циліндричній поверхні хвостовиків твердосплавних зубків здійснювали повертання на визначений крок навколо осі зубок. Це уможливило дотримати загальну картину розподілу шорсткості по усій циліндричній поверхні. Дослідження подібних параметрів на отворах у вінцях шарошок здійснювали на наперед підготовлених темплетах вирізаних і підготовлених зразків із шарошок бурових доліт. Після цього усі результати були усереднені і для кожного середнього значення шорсткості було проведено 5 вимірювань зусиль випресовування зубка. Така кількість замірів дозволяє стверджувати, що достовірність отриманих даних складає 95%, що для сучасної науки достатньо. Отримані значення зусиль ми усереднили та занесли у таблицю, а також зобразили залежність зусилля випресовування від параметру шорсткості Ra. Практика показує, що в зазначених ділянках концентрація напружень може різко збільшуватися майже в 1,5, а то й у 2 рази [7-10] . Це наслідок зміни кута результуючих навантажень в межах від 20° до 60°. У низці випадків, коли фіксували суттєві відхилення у формі отворів (виявленні значні деформації та руйнування стінок отворів при розрізуванні відпрацьованих шарошок в ділянці отворів). Об’єкт досліджень – технологічний процес формоутворення поверхні отворів у шарошці для складання вузла ”шарошка-зубок” тришарошкового бурового долота. Предмет досліджень – методи і засоби технологічного забезпечення процесу формоутворення отворів у шарошці для покупних твердосплавних зубків. Мета дослідження - аналіз причин та пошук способів попередження раптових руйнувань шарошок тришарошкових бурових доліт. Здійснені дослідження на предмет встановлення впливу технологічних параметрів формо¬утворення отворів у вінцях шарошок на точність їхніх конструкторських параметрів. Для зенкерування, розвірчування допуск на діаметр складав 0,6 мм. Для першого розвірчування допуск на діаметр дорівнював 0,1 мм, на сторону – 0,05 мм. Для кінцевого розвірчування допуск на діаметр прийнято 0,05 мм, на сторону – 0,025 мм. Відхилення від перерізу осей отворів з віссю шарошки був не більше 0,13 мм, а у вершині до 0,25 мм для всіх решта отворів. Результати обчислень та статистичних даних представлено в таблиці 3. Отримані імовірності не є малими, вони більші довірчого рівня Р = 0,05. Це дає підстави твердити, що отримані значення дослідів випадково відрізняються від табличних і гіпотеза про випадкове розходження вибіркових середніх (чи їх однорідність) прийнята правильно. Отже вибірки, що порівнюються, належать одній і тій самій генеральній сукупності. Також вивчено характер впливу технологічних параметрів на статистичний зв’язок між величиною розбивки отвору та показниками шорсткості оброблених поверхонь. Зубки необхідно калібрувати для усунення неоднорідної шорсткості по твірній хвостовика. Для подальших розробок та удосконаленого нового породоруйнуючого інструменту, який би міг відповідати сучасним вимогам, необхідно ретельно досліджувати його роботу у забої та використовувати прогресивні інноваційні підходи [1,2,4]. Запропонований приклад дослідження роботи трьох шарошкових бурових доліт з метою спроектувати оптимальну її конструкцію і показує, що буріння свердловин, як модель, є складним процесом. Література: 1. 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. 2. 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. 3. Schroder J. Cone retention and tapered bearing preload system for roller cone bit. US patent application filed Nov. 2, 2011. 4. Naganawa Shigemi. Feasibility study on roller-cone bit wear detection from axial bit vibration. Journal of petroleum science and engineering. 2012 Issue: 82-83.FEB-MAR. P. 140-150. 5. 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. 6. Schroder Jon. Bearing innovations extend roller-cone bit life / Schroder Jon, Di Pasquale Maurizio, Richards Alun, Yorty Jesse // Oil & gas journal. 2016. Issue 114 Number 6. JUN 6 P. 50-55. 7. 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. https://doi.org/10.1002/qre.1610. 8. 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.org/10.1080/17480930.2018.1530055 9. Ребиндер П. А. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения / Ребиндер П. А., Щукин Е. Д. // Успехи физических наук. – 1972. – Т. 108. – Вып. 1. – С. 3 – 42. 10. Яким Р. С. Науково-практичні основи технології виготовлення тришарошкових бурових доліт та підвищення їх якості і ефективності: монографія / Р.С.Яким, Ю.Д.Петрина, І.С.Яким // Івано-Франківськ: Видання ІФНТУНГ, 2011. – C. 384.