Мета і задачі дослідження полягають у встановленні шляхів підвищення довговічності опор тришарошкових бурових доліт на стадії їх проектування, конструювання, виготовлення і експлуатації. Для досягнення мети були поставлені наступні задачі: 1. Виявити причини відмов опори тришарошкового долота і встановити критерії вибору долотних сталей та їх зміцнення для підвищення довговічності деталей опор за умов енергоощадності. 2. Підвищити працездатність підшипників опор Р-К-Р, розкривши механізм крихкого руйнування елементів відкритої опори під дією водного робочого середовища, та встановити причини передчасного заклинювання таких опор. 3. Встановити вимоги до оптимального відпрацювання відкритих опор тришарошкових бурових доліт ОК з метою підвищення довговічності доліт. ЗМІСТ Вступ 5 Розділ 1 1 Сучасний стан підвищення довговічності опор тришарошкових бурових доліт і ефективності буріння 11 1.1 Аналіз механізму руйнування деталей тришарошкових бурових доліт і і основних чинників, що визначають працездатність опори долота 11 1.2 Вклад технологічного спадку в довговічність деталей опор бурових тришарошкових доліт 15 1.3 Підвищення довговічності високооборотних тришарошкових бурових доліт вдосконаленням конструкції опор типу Р-К-Р 16 1.4 Підвищення контактної витривалості цапф лап з поверхнями тертя кочення на етапі їх виготовлення 18 1.5 Підвищення довговічності доліт недопущенням до корозійно-механічного руйнування елементів відкритих опор 20 1.6 Підвищення довговічності опор Р-К-Р з підшипником ковзання "упорний торець бурта лапи - упорний торець шарошки" 22 1.7 Підвищення довговічності опор та ефективності буріння вдосконаленням конструкції захисту долота від спрацювання по діаметру 25 1.8 Напрямки підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт з опорами типу ВУ 27 1.9 Теоретичні основи обґрунтованого вибору критеріїв відмов і шляхів підвищення довговічності опор тришарошкових бурових доліт 28 1.10 Задачі досліджень 34 Розділ 2 2. Методи та засоби теоретичних та експериментальних досліджень 35 2.1 Обґрунтування методів дослідження 35 2.2 Опис матеріалів дослідних зразків та методів їх зміцнення 35 2.2.1 Обладнання і методика проведення зміцнення експериментальної литої сталі високотемпературною термомеханічною обробкою 36 2.2.2 Обладнання і методика хіміко-термічного зміцнення деталей доліт 37 2.2.3 Обладнання і методика зміцнення наплавленням упорного торця цапфи лапи 38 2.3 Методика лабораторних досліджень фізико-механічних властивостей та структури зміцнених матеріалів 39 2.3.1 Обладнання і методика пошарового аналізу концентрації вуглецю в цементованих шарах долотних сталей 40 2.3.2 Металографічні дослідження 41 2.3.3 Випробування на тріщиностійкість високоміцної роликової сталі 42 2.4 Методика і обладнання для дослідження конструкторсько-технологічних параметрів механічного оброблення бігових доріжок цапфи лапи 44 2.5 Методика і обладнання для досліджень експлуатаційних показників елементів тришарошкових бурових доліт 45 2.5.1 Лабораторні та стендові дослідження опор доліт 45 2.5.2 Стендові дослідження тришарошкових бурових доліт 50 2.5.3 Експлуатаційні випробовування тришарошкових бурових доліт 51 2.6 Висновки до розділу 53 Розділ З З Підвищення якісних та експлуатаційних показників тришарошкових бурових доліт на усіх етапах їх створення 54 3.1 Підвищення працездатності опор Р-К-Р тришарошкових бурових доліт на стадії вибору сталей і їх зміцнення 54 3.1.1 Дослідження причин відмов опор тришарошкових доліт 54 3.1.2 Вплив фізико-механічних характеристик матеріалів елементів опори на її працездатність 56 3.1.3 Вплив структури долотних сталей на зносостійкість деталей опор 59 3.1.4 Вплив працездатності цапф лап на експлуатаційні показники опор доліт 61 3.2 Розробка практичних рекомендацій щодо формування сприятливого технологічного спадку литої долотної сталі для забезпечення довговічності опор бурових доліт 64 3.2.1 Вплив параметрів зміцнення литої долотної сталі на фізико-механічні і експлуатаційні властивості деталей бурових доліт 64 13.2.2 Експериментальне обґрунтування можливості застосування литої долотної сталі для деталей бурових доліт 68 3.3 Енергоощадність та забезпечення якості при створенні тришарошкових бурових доліт 71 3.4 Висновки до розділу 76 Розділ 4 4 Підвищення довговічності підшипників опор тришарошкових бурових доліт 77 4.1 Підвищення довговічності опор Р-К-Р тришарошкових бурових доліт вдосконаленням конструкції підшипників кочення 77 4.1.1 Розробка оптимальних конструктивних параметрів замкового кулькового підшипника опори 77 4.1.2 Розробка оптимальних конструктивних параметрів опори 78 4.1.3 Експериментальне обґрунтування розроблених конструктивних параметрів опори 83 4.1.4 Результати стендових випробовувань шарошкового долота з експери ментальною конструкцією опори 85 4.1.5 Експлуатаційні показники тришарошкових бурових доліт 244,50К-ПГВ- R261Y з експериментальною конструкцією опори 86 4.2 Конструкторсько-технологічне забезпечення контактної тривкості бігових доріжок опор кочення тришарошкових бурових доліт 87 4.3 Забезпечення стійкості до контактного руйнування тіл кочення відкритих опор тришарошкових бурових доліт 92 4.4 Підвищення довговічності осьового підшипника ковзання "упорний торець бурта лапи - упорний торець шарошки" відкритих опор Р-К-Р тришарошкових бурових доліт 97 4.5 Висновки до розділу 99 Розділ 5 5 Підвищення довговічності опор та ефективності буріння тришарошоковими буровими долотами 101 5.1 Підвищення довговічності відкритих опор Р-К-Р та ефективності буріння тришарошоковими буровими долотами типу ОК 101 5.1.1 Вплив характеристик породи і умов буріння на працездатність відкритих опор 101 5.1.2 Розробка нової конструкції захисту шарошкового долота від спрацювання по діаметру 104 5.1.3 Експериментальне обґрунтування ефективності нової конструкції захисту від спрацювання долота по діаметру 108 5.2 Підвищення довговічності та ефективності буріння тришарошковими буровими долотами з опорами типу ВУ 112 5.2.1 Працездатність сучасних тришарошкових бурових доліт з опорами типуВУ 112 5.2.2 Сучасні вимоги до фізико-механічних та експлуатаційних показників матеріалів деталей опор ВУ тришарошкових бурових доліт 114 5.2.3 Сучасні тенденції в підвищенні довговічності та ефективності опор ВУ тришарошкових бурових доліт 114 5.2.4 Критерії підвищення довговічності опор типу ВУ тришарошкових бурових доліт 118 5.2.5 Експериментальне обґрунтування критеріїв підвищення довговічності опор типу ВУ 119 5.3. Висновки до розділу 122 Висновки 124 Список використаних джерел 126 Додатки 141