汪 洋

(江西銅業(yè)股份公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

牙輪鉆頭的潤(rùn)滑裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

汪 洋

(江西銅業(yè)股份公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

牙輪鉆頭軸承的使用壽命直接決定了鉆頭的使用壽命。為了弄清牙輪鉆頭軸承的失效形式、進(jìn)一步提高牙輪鉆頭軸承的使用壽命，通過(guò)對(duì)失效的軸承進(jìn)行了分析，找出牙輪鉆頭快速磨損的原因，改進(jìn)其相關(guān)技術(shù)，使其軸承壽命有了較大的提高。

牙輪鉆頭;軸承副;潤(rùn)滑;使用壽命

1 牙輪鉆頭失效現(xiàn)象及原因

提高牙輪鉆頭的壽命對(duì)提高鉆井效率、降低鉆井成本具有極其重要的意義。影響牙輪鉆頭使用壽命的最關(guān)鍵因素之一是軸承系統(tǒng)的壽命。軸承系統(tǒng)過(guò)早失效的原因有多種，在鉆進(jìn)工作中鉆頭油脂對(duì)軸承系統(tǒng)潤(rùn)滑不夠充分是造成軸承過(guò)早失效的主要原因之一。2005年6月～9月間，對(duì)某一規(guī)格的64只庫(kù)存牙輪鉆頭存在的質(zhì)量問(wèn)題展開(kāi)調(diào)研，其中46只為軸承失效，占總數(shù)的60.2%，64只牙輪鉆頭的失效原因分析見(jiàn)表1。

表1 牙輪鉆頭的失效現(xiàn)象及原因

從表1可以看出，由于軸承系統(tǒng)失效造成的牙輪鉆頭失效占總數(shù)的71.8%，而牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)過(guò)早失效的主要原因就是牙輪鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中軸承副潤(rùn)滑不夠充分。由此可見(jiàn)，牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)在鉆進(jìn)工作當(dāng)中的潤(rùn)滑是否充分是提高其壽命的關(guān)鍵因素。

2 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析

牙輪鉆頭供油自動(dòng)補(bǔ)償原理為:注油時(shí)，當(dāng)油腔內(nèi)壓力足夠時(shí)，儲(chǔ)油囊鼓起，在牙輪鉆頭鉆井工作時(shí)，儲(chǔ)油囊依靠自身的回復(fù)彈性給牙輪鉆頭的軸承系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)充鉆頭油脂，使得鉆頭的軸承副在工作時(shí)得到充分的潤(rùn)滑。牙輪鉆頭的儲(chǔ)油系統(tǒng)中潤(rùn)滑油脂不夠充分，主要是因?yàn)檠垒嗐@頭油腔內(nèi)壓力不夠，從而導(dǎo)致自動(dòng)供油系統(tǒng)不能持續(xù)、有效地對(duì)牙輪鉆頭的軸承副進(jìn)行供油補(bǔ)償，造成鉆井過(guò)程中牙輪鉆頭的軸承副之間得不到充分的潤(rùn)滑，軸承副過(guò)早的失效，使得牙輪鉆頭達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。

以上失效原因是由于注油裝置的設(shè)計(jì)不合理所造成。如圖1所示，原來(lái)的注油工裝現(xiàn)場(chǎng)注油過(guò)程為:抽真空，注油，換氣，取出注油油管，旋入密閉螺塞，其原理如圖2所示。在現(xiàn)場(chǎng)牙輪鉆頭的潤(rùn)滑注油僅憑操作工人查看油筒上的刻線來(lái)控制，即原來(lái)的注油思路為定量注油，而牙輪鉆頭流道的加工精度低、誤差大，每個(gè)牙輪鉆頭流道的容積小、誤差較大，單憑油筒上的刻度線來(lái)控制牙輪鉆頭儲(chǔ)油系統(tǒng)中是否儲(chǔ)油充分取決于工人的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，這是造成牙輪鉆頭儲(chǔ)油系統(tǒng)中儲(chǔ)油不充分的原因之一。在給牙輪鉆頭注油結(jié)束時(shí)，工人取出注油油管，再旋入密閉螺塞，此時(shí)牙輪鉆頭內(nèi)腔的油脂會(huì)從孔口溢出，這樣牙輪鉆頭儲(chǔ)油系統(tǒng)中的油壓達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在牙輪鉆頭鉆井過(guò)程中，就會(huì)因?yàn)閮?chǔ)油囊內(nèi)腔的工作壓力不夠，造成儲(chǔ)油囊的回彈力不足，起不到自動(dòng)供油的作用，造成牙輪鉆頭軸承副在缺少潤(rùn)滑工況下工作，這就是牙輪鉆頭達(dá)不到正常使用壽命、過(guò)早曠動(dòng)失效的另一個(gè)原因。

圖1 牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)

圖2 牙輪鉆頭潤(rùn)滑注油原理

3 改進(jìn)后的注油方式

根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)了一套注油裝置，其工作步驟為:在注油前，將開(kāi)有通孔的螺塞壓緊橡膠墊，再進(jìn)行抽真空——注油——換氣的工作，注完油，只需將注油針頭拔出即可，整個(gè)注油過(guò)程結(jié)束(見(jiàn)圖3)。如圖2所示，抽真空時(shí)，導(dǎo)通閥4、3導(dǎo)通，控制閥處關(guān)閉狀態(tài)，真空泵通過(guò)導(dǎo)通閥對(duì)牙輪鉆頭進(jìn)行抽真空;注油時(shí)，導(dǎo)通閥1、3導(dǎo)通，控制閥處左邊導(dǎo)通狀態(tài)，壓縮機(jī)將壓縮空氣作用于油筒中的油脂，油脂通過(guò)導(dǎo)通閥注入牙輪鉆頭;換氣時(shí)，導(dǎo)通閥2、3導(dǎo)通，控制閥處關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)壓縮機(jī)的壓縮空氣將注油管及注油針頭中的殘留油脂吹盡，此時(shí)方可進(jìn)行下一次注油環(huán)節(jié)。注油過(guò)程中需注意的事項(xiàng)是:牙輪鉆頭在注入油脂時(shí)，需邊注油邊轉(zhuǎn)動(dòng)牙輪，讓鉆頭油脂充分填充牙輪鉆頭軸承內(nèi)腔，當(dāng)溢流閥動(dòng)作時(shí)(溢流閥的壓力大小根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求事先調(diào)節(jié)好，牙輪鉆頭規(guī)格不一樣，溢流閥的壓力值的大小設(shè)置也不一樣)，此時(shí)牙輪鉆頭內(nèi)腔壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，注油過(guò)程即可結(jié)束，這時(shí)只需將注油針頭拔出即可。由于壓縮后的特制橡膠墊具有自動(dòng)收口的功能，它能自動(dòng)將注油孔關(guān)閉，從而保證了鉆頭油腔內(nèi)的油壓，這樣滿足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

圖3 注油裝置

使用新的注油方式后，對(duì)2006年1～3季度生產(chǎn)的某一規(guī)格的牙輪鉆頭200只，采用兩種不同注油工藝進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同注油方式的效果對(duì)比

由表2可看出，使用專(zhuān)用注油方式后，牙輪鉆頭合格率達(dá)到98.5%。對(duì)以上的牙輪鉆頭追蹤調(diào)查，其平均使用壽命達(dá)到了81.3 h，據(jù)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)前牙輪鉆頭平均使用壽命為45 h左右，說(shuō)明新的注油裝置是有效的。

4 結(jié)論

以定壓注油方式取代定量注油方式，使得牙輪鉆頭的儲(chǔ)油系統(tǒng)中儲(chǔ)油充分，大大改善了牙輪鉆頭工況條件，大幅的提高了牙輪鉆頭的壽命，為用戶節(jié)約鉆井成本，贏得市場(chǎng)占有率。

2011－09－21)

汪 洋(1974－)，男，江西德興人，工程師，研究方向?yàn)榈V山機(jī)械，Email:wy_327@163.com。