Підвищення працездатності шарошкових доліт, оснащених вставними композиційними зубками - Автореферат

Вирішення завдань, що стоять перед нафтовою та газовою промисловістю, потребує перш за все підвищення техніко-економічних показників бурових робіт, прискорення технічного переозброєння, широкого освоєння принципово нової техніки, матеріалів та технологій, зменшення термінів будівництва свердловин і підвищення сроків служби обладнання та породоруйнівного інструменту. Зубки з твердих сплавів ВК-4, ВК-8, ВК-8ВК та ін., що зараз серійно випускаються промисловістю для оснащення шарошкових доліт, мають цілий ряд недоліків. В той же самий час буровий інструмент - це інструмент разового використання, в роботі якого приймає участь тільки виступаюча робоча частина зубків, а більша його частина (до 70%) із дефіцитного і дорогого твердого сплаву запресовується в корпус шарошки. Таким чином, використання твердого сплаву є досить неефективним.Тому проблема розробки нових технологій оснащення породоруйнівного інструменту зносостійкими композиційними матеріалами, що дають змогу значно зменшити використання дефіцитних твердих сплавів на стадії формоутворення заготовок інструменту при одночасному покращенні його конструкції та ефективності, зменшенні енергоємкості виготовлення та підвищенні його надійності та довговічності є досить актуальною. Для досягнення поставленої мети в роботі були поставлені та вирішувались такі задачі: розробка конструкції зубка, яка б забезпечила економію твердого сплаву за рахунок заміни твердосплавної кріпильної частини зубка на стальну, розробка способу виготовлення комбінованого зубка. теоретичні дослідження доцільності застосування вібрації для забезпечення надійного зєднання стальної і твердосплавної частин зубка; експериментальні дослідження віброзмішування порошків карбіду вольфраму та звязки. розробка методу і технології виготовлення комбінованих зубків. вибір оптимальних параметрів вібрації для забезпечення надійного зєднання стальної і твердосплавної частин зубка та оптимальних технологічних параметрів виготовлення комбінованого зубка. розробка і виготовлення технологічного оснащення для реалізації запропонованого методу формоутворення структури комбінованого зубка. порівняльна оцінка міцності зєднання ’’зубок-шарошка’’ при запресуванні звичайних твердосплавних зубків та зубків нової конструкції. дослідження впливу швидкості нагріву при термообробці шарошок на міцність зєднання ’’зубок-шарошка’’. розробка методики вибору хімічного складу долотних сталей в залежності від необхідних механічних характеристик для використання їх як матеріалу шарошки та кріпильної частини зубка нової конструкції.Але при спробах створити такі зубки виникла проблема міцного звязку робочої та кріпильної частини, яку так і не вдалося вирішити повністю. останні сторінки розділу присвячені постановці задач досліджень. Інтегрувавши раз і двічі рівняння (5), отримаємо відповідно рівняння відносної швидкості частинки в середовищі v=f і рівняння відносного переміщення частинки в середовищі h=f. З такого твердження можна зробити важливий висновок, що значення Fv можна визначити експериментальним шляхом при умові, що стороння частинка (в нашому випадку - частинка карбіду вольфраму) вже здійснює рух в сипкому середовищі, тобто коли виконується умова ma?0. Якщо існують такі параметри вібрації, при яких інтервал відносного руху частинки буде повністю вкладатися в область коливального руху суміші і не буде перекриватися з областю руху з підкидуванням, то при таких параметрах вібрації відносний рух частинки буде описуватися раніше приведеними в розділі 3 закономірностями. Так як інтервал відносного руху частинки та області коливального руху та руху підкидування суміші залежать від одних і тих самих параметрів, а саме частоти та амплітуди коливань, то можна дослідити, при яких параметрах вібрації інтервал відносного руху частинки не буде перекриватися із областю руху підкидування.В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень була вирішена важлива наукова і практична задача - забезпечення працездатності шарошкових доліт за рахунок підвищення надійності зєднання “зубок-шарошка” технологічними та конструктивними шляхами. Розроблено методику визначення сили опору середовища відносному руху частинки карбіду вольфраму при віброзмішуванні експериментальним шляхом. На основі досліджень показано, що: - сила опору середовища відносному руху частинки карбіду вольфраму залежить від параметрів середовища і самої частинки і не залежить від параметрів вібрації в їх оптимальних межах; 4. наявність крихко-в?язкого переходу при зменшенні радіусу надрізу взірців до значень, близьких до нуля, тобто при переході до більш жорстких видів навантаження, робить неможливим використання методу екстраполяції для визначення критичного коефіцієнту інтенсивності навантажень. Розроблену методику можна використовувати для зубків із змінною концентрацією карбіду вольфраму по довжині зубка.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

1. В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень була вирішена важлива наукова і практична задача - забезпечення працездатності шарошкових доліт за рахунок підвищення надійності зєднання “зубок-шарошка” технологічними та конструктивними шляхами.

2. Розроблено принципово новий спосіб отримання вставного комбінованого зубка на основі запропонованого способу одержання міцного звязку різнорідних матеріалів. Міцність конструкції ґрунтується на плавному переході концентрації твердого сплаву від робочої до кріпильної частини зубка. Такий перехід отримують при формуванні зубка. Запропоновано і розроблено теоретичні передумови використання методу віброзмішування для формування вставного зубка запропонованої конструкції. Розроблено методику визначення сили опору середовища відносному руху частинки карбіду вольфраму при віброзмішуванні експериментальним шляхом.

3. Проведено дослідження віброзмішування частинок карбіду вольфраму в середовищах порошкового заліза та сталі. На основі досліджень показано, що: - сила опору середовища відносному руху частинки карбіду вольфраму залежить від параметрів середовища і самої частинки і не залежить від параметрів вібрації в їх оптимальних межах;

- область оптимальних параметрів вібрації обмежена і залежить від сили опору середовища;

- процес віброзмішування можливо використовувати для отримання зубка запропонованої конструкції.

4. наявність крихко-в?язкого переходу при зменшенні радіусу надрізу взірців до значень, близьких до нуля, тобто при переході до більш жорстких видів навантаження, робить неможливим використання методу екстраполяції для визначення критичного коефіцієнту інтенсивності навантажень. Формальне розділення ударної вязкості руйнування KCU на роботу зародження тріщини і роботу поширення також може привести до хибних висновків при використанні методу екстраполяції при визначенні .

5. Розроблено і впроваджено методику оцінки вязкості руйнування твердосплавних зубків. Вязкість руйнування визначається без нанесення на взірці втомних тріщин. Розроблену методику можна використовувати для зубків із змінною концентрацією карбіду вольфраму по довжині зубка.

6. Запропоновано технологічні шляхи підвищення надійності зєднання ’’зубок-шарошка’’. Показано, що міцність зєднання підвищується при зближенні механічних характеристик зєднуваних деталей. Такий ефект досягається при використанні запропонованої конструкції вставного зубка.

7. Проведено дослідження пришвидшеного нагріву під гартування долотних сталей. На основі проведених досліджень показано, що: - при швидкості нагріву під гартування 7...8 К/с спостерігається максимум міцності усіх досліджуваних долотних сталей;

- ефективність методу залежить від вмісту вуглецю та легуючих елементів в сталі, а також від температури відпуску;

- пришвидшений нагрів під гартування можна використати для підвищення механічних характеристик шарошок бурових доліт.

8. Запропоновано методику вибору хімічного складу долотних сталей в залежності від необхідних механічних характеристик. Розроблену сталь запропоновано для виробництва шарошок та кріпильної частини зубків бурових доліт.

ЛІТЕРАТУРНІ ПРАЦІ

Петрина Ю.Д., Артим В.І. Вплив структурних і температурних факторів на роботу руйнування долотних сталей // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтопромислова механіка. - 1994. - Вип. 31. - С. 20-23. доліт вібрація твердосплавний

Петрина Ю.Д., Артим В.І., Ілик В.Т. Розробка долотних сталей з низьким вмістом нікелю // В зб.: Методи і засоби технічної діагностики, Івано-Франківськ, 1995. - С. 171-173.

Петрина Ю.Д., Артим В.І. Вязкість руйнування твердосплавних зубків бурових доліт // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтопромислове обладнання. - 1995. - Вип. 32. - С. 20-25.

Петрина Ю.Д., Борущак Б.О., Артим В.І. Вібраційне змішування порошкових матеріалів // Розвідка та розробка нафтових і газових свердловин. Серія: Нафтопромислове обладнання. - 1996. - Вип. 33. - С. 110-116.

Петрина Ю.Д., Борущак Б.О., Артим В.І. Аналіз надійності зєднання “зубок-шарошка” для комбінованих зубків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтопромислове обладнання. - 1997. - Вип. 34. - С. 19-22.

Петрина Ю.Д., Артим В.І., Боднарчук О.В. Спосіб отримання міцного звязку різнорідних сплавів // Патент України на винахід №17702А, С22С 1/04. Заявл. 03.01.1995, опубл. 20.05.1997.

Петрина Ю.Д., Артим В.І. Про вклад опору зародження та поширення тріщини в роботу руйнування сталей // Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету, Івано-Франківськ, 1995.

Артим В.І. Про мікромеханізм руйнування сталей при оцінці К1С // Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету, Івано-Франківськ, 1995. - С. 11.

Петрина Ю.Д., Артим В.І. Експериментальне визначення величини опору середовища при вібраційному змішуванні порошкових матеріалів// Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету, Івано-Франківськ, 1998. - С. 18.

Петрина Ю.Д., Борущак Б.О., Артим В.І. Метод підвищення ефективності закріплення вставних зубців в тілі шарошки// Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету, Івано-Франківськ, 1999. - С. 123.

Размещено на .ru