牙輪鉆頭儲(chǔ)油杯的改進(jìn)設(shè)計(jì)

董本麗　曾英

摘要：調(diào)查我廠生產(chǎn)的某型號(hào)鉆頭的使用情況，發(fā)現(xiàn)早期失效占鉆頭總數(shù)的65%，其中軸承失效約為70%，是影響鉆頭壽命的主要原因。解剖發(fā)現(xiàn)該批鉆頭的軸承潤滑不夠充分，原因是儲(chǔ)油系統(tǒng)存在不足。改進(jìn)了儲(chǔ)油杯的設(shè)計(jì)，提高儲(chǔ)油腔的壓力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)充潤滑脂，使鉆頭的平均壽命達(dá)到70h左右。

關(guān)鍵詞：牙輪鉆頭；軸承；潤滑；儲(chǔ)油杯

1.三牙輪鉆頭產(chǎn)品簡介

三牙鉆頭是廣泛用于石油、天然氣的勘探、開采及鐵礦、有色金屬礦山鉆鑿炮眼等地礦工程系列的工具鉆頭。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（如圖一）主要由牙掌、牙輪和軸承系統(tǒng)等三部分組成。其中由三片牙掌形成的主體部分與鉆柱連接，牙掌用來支撐牙輪，牙輪是破碎巖石的部件，牙輪上的合金齒是破碎井底巖石的工作刃，軸承由牙輪內(nèi)腔、牙掌軸頸和滾珠組成。軸承又與儲(chǔ)油系統(tǒng)相連，儲(chǔ)油系統(tǒng)在注油前須抽真空，

如果真空抽不干凈勢必會(huì)導(dǎo)致油注不滿，里面有空氣也會(huì)影響軸承的潤滑。軸承潤滑不良，導(dǎo)致早期失效是影響鉆頭使用壽命的主要原因。

為了充分潤滑軸承，設(shè)計(jì)了新型儲(chǔ)油杯。本文主要介紹該儲(chǔ)油杯的結(jié)

構(gòu)和特點(diǎn)。

2.鉆頭失效情況及原因

鉆頭牙輪內(nèi)腔與牙掌軸頸形成一個(gè)半封閉區(qū)域，區(qū)域內(nèi)用鋼球鎖緊，這一結(jié)構(gòu)就是一副滑動(dòng)軸承，起到支配牙輪繞牙掌軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。潤滑系統(tǒng)里有一個(gè)補(bǔ)償隔膜，它的一面與潤滑系統(tǒng)接觸，另一面向著牙掌外側(cè)面，它使?jié)櫥到y(tǒng)的內(nèi)外壓力差降到最小值；泄壓閥裝置通常是關(guān)閉的，但隨壓力差而變化，當(dāng)潤滑系統(tǒng)的壓力差過大時(shí)，它向外匯壓；當(dāng)鉆頭體內(nèi)的壓力過大時(shí)，它向潤滑系統(tǒng)里泄壓。

如果儲(chǔ)油系統(tǒng)里真空抽不干凈，里面存有殘余空氣，導(dǎo)致里面的壓力一直很大，油脂不能補(bǔ)償軸承，這樣會(huì)使密封圈的磨損加劇，使牙輪鉆頭的密封過早失效，導(dǎo)致軸承和整個(gè)鉆頭的失效。

3.原有儲(chǔ)油杯的不足

解剖我廠某型號(hào)的牙輪鉆頭后發(fā)現(xiàn)：牙輪鉆頭的儲(chǔ)油系統(tǒng)里，潤滑脂的量不夠充足，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)、有效地對牙輪鉆頭的軸承副進(jìn)行供油補(bǔ)償，造成牙輪鉆頭在鉆井過程中軸承副之間得不到充分潤滑。軸承副過早失效，使得牙輪鉆頭達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。

造成補(bǔ)油不充分的原因之一是如圖二所示的儲(chǔ)油杯存在不足。此油杯底部設(shè)有一個(gè)孔1，當(dāng)抽真空時(shí)，橡膠囊回彈，會(huì)堵死油杯孔，致使里面的一部分殘余空氣留在其中。因此，在牙輪鉆頭鉆井過程中，橡膠囊就會(huì)因?yàn)閮?nèi)腔的工作壓力不夠，造成橡膠囊的回彈力不足，起不到自動(dòng)供油的作用，造成牙輪鉆頭軸承副在缺少潤滑脂的情況下工作，使得鉆頭軸承早期失效。

4.儲(chǔ)油杯的改進(jìn)

改進(jìn)后的儲(chǔ)油杯如圖三所示，與圖二比較，增加了兩個(gè)孔2和孔3，避免了真空抽不干凈情況的發(fā)生。

5.抽真空過程

牙輪鉆頭的儲(chǔ)油系統(tǒng)，由橡膠囊、油杯蓋、O形圈、擋圈五部分組成。橡膠囊和儲(chǔ)油杯組成一個(gè)注滿油脂的腔體，通過壓蓋與基體的擠壓使橡膠囊產(chǎn)生一個(gè)壓縮量，實(shí)現(xiàn)端面密封，O形圈形成徑向密封，擋圈防止產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。在油杯底部另外開兩個(gè)小孔與孔1成對稱分布，當(dāng)抽真空橡膠囊回彈堵死孔1的時(shí)候，孔2與孔3發(fā)揮作用，直至橡膠囊完全貼合油杯，說明腔里沒有了空氣，達(dá)到抽真空的目的。6.結(jié)論

6.1.潤滑不充分

牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承的密封儲(chǔ)油系統(tǒng)是保證軸承工作的重要環(huán)節(jié)，導(dǎo)致軸承早期磨損、失效，使牙輪鉆頭的使用壽命降低，原因之一是儲(chǔ)油杯設(shè)計(jì)存在缺陷，注入潤滑脂的量不足，儲(chǔ)油囊的壓力不夠，不能自動(dòng)給軸承補(bǔ)充油脂。

6.2.改進(jìn)的儲(chǔ)油杯，能達(dá)到抽真空的目的，使得牙輪鉆頭的儲(chǔ)油系統(tǒng)里有足夠的潤滑脂，并能自動(dòng)給軸承補(bǔ)充潤滑脂，避免軸承早期失效，提高了鉆頭的平均使用壽命。

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