Мета роботи - підвищення надійності озброєння бурових шарошкових доліт шляхом удосконалення конструкції закріплення вставних твердосплавних зубців в корпусі шарошки. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні завдання: 1. Аналіз сучасного стану досліджень з моделювання роботи та конструювання бурових доліт, зокрема вставного твердосплавного озброєння. 2. Розвиток аналітичної моделі напружено-деформованого стану багатокомпонентного циліндра, зібраного з натягом. 3. Розробка методу моделювання напружено-деформованого стану деталей з'єднання "твердосплавна вставка-корпус" з наближеною до реальної геометрією. 4. Удосконалення конструкції з'єднання "твердосплавна вставка-корпус", встановлення оптимальних геометричних параметрів елементів конструкції з'єднання під навантаженням. 5. Перевірка адекватності математичних моделей та підтвердження працездатності запропонованої конструкції експериментальним шляхом на лабораторній фізичній моделі. Об'єктом дослідження є явище аварійної втрати вставного твердосплавного озброєння бурового інструменту. Предметом дослідження є напружено-деформований стан конструкції закріплення твердосплавної вставки в корпусі шарошки бурового інструменту. Для досягнення поставленої мети як методи дослідження використано: -методи теорії пружності для вдосконалення аналітичної моделі напружено-деформованого стану з'єднання вставка - корпус; -метод скінченних елементів для побудови розрахункової моделі напружено-деформованого стану з'єднання "зубець-шарошка" з наближеною до реальної геометрією; -методи теорії подібності для побудови експериментальної фізичної моделі. ЗМІСТ ВСТУП 4 РОЗДІЛ 1. Аналіз технічного рівня озброєння шарошкових доліт 9 1.1 Механіка взаємодії елементів з'єднань з натягом 9 1.2 Конструкції шарошок бурових доліт із вставними зубцями 24 1.3 Механіко-математичне моделювання роботи з'єднань з натягом "шарошка-вставка" 28 1.4 Конструювання шарошкових доліт та моделювання їх роботи 35 1.5 Постановка завдань досліджень 39 РОЗДІЛ 2. Удосконалення з'єднання "шарошка-вставка" з використанням аналітичних моделей 40 2.1 Вхідні дані 40 22 Модель двокомпонентного з'єднання без навантаження 48 2.3 Оптимізація двокомпонентного з'єднання за несучою здатністю 58 2.4 Модель трикомпонентного з'єднання без навантаження 65 2.5 Оптимізація трикомпонентного з'єднання під осьовим навантаженням 78 2.6 Порівняльна оцінка дво- і трикомпонентного з'єднань 87 2.7 Порівняльний аналіз роботи мікропроковзувань у дво- та трикомпонентному з'єднаннях 90 Висновки до розділу 94 ЮЗ ДІЛ 3. Аналіз впливу доданих конструктивних елементів та способу складання з'єднання "шарошка-вставка" 95 3.1 Обґрунтування методики моделювання з використанням числового методу 95 3.2 Встановлення репрезентативності числових моделей 98 3.3 Розподіл напружень вздовж осі циліндричного з'єднання 102 3.4 Вплив доданих конструктивних елементів на напружено-деформований стан з'єднання з натягом "шарошка-вставка" 104 3.5 Визначення впливу способу збирання на несучу здатність з'єднання "шарошка-вставка" 115 Висновки до розділу 122 РОЗДІЛ 4. Експериментальні дослідження на фізичних моделях 123 4.1 Дослідження запресовування у наскрізний отвір у плиті 124 4.2 Створення фізичної моделі, подібної шарошці бурового долота 128 4.3 Проведення експериментальних досліджень 138 4.4 Аналіз результатів експерименту з моделювання вінця шарошки 141 4.5 Інженерна методика створення конструкцій з врахуванням навантаженого стану та умов роботи інструменту 142 Висновки до розділу 147 ВИСНОВКИ 148 Список використаних джерел 150 Додатки 172 Додаток А - Ескізи геометричних та FEA моделей 173 Додаток Б - Програма і методика експериментальних досліджень 178 Додаток В - Робочі креслення фізичної моделі, протоколи вимірювань та випробувань. Акт випробувань 185 Додаток Д - Акти впровадження 196 Додаток Е - Методика проектування. Числові значення безрозмірних натягів та оптимальних безрозмірних сил 200 І Додаток Ж - Макропрограми MCE ANSYS 223