Мета роботи полягає у розробці теоретичних основ та практичних проектних і конструкторсько-технологічних заходів для підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт. Для досягнення мети були поставлені наступні завдання: 1. Розробити спосіб для вдосконалення об'єктивного виявлення причин відмов тришарошкових бурових доліт. 2. Встановити резерв підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт шляхом вдосконалення конструкції опор Р-К-Р. 3. Встановити і розробити шляхи підвищення довговічності опор Р-К-Р з осьовими підшипниками ковзання. 4. Розробити комплекс заходів щодо підвищення якісних та експлуатаційних показників тришарошкових бурових доліт на усіх етапах їх створення. 5. Встановити критерії для підвищення довговічності бурових доліт на етапах проектування і зміцнення їх деталей. 6. Встановити і розробити шляхи підвищення довговічності вставного породоруй-нівного оснащення на усіх етапах створення доліт. 7. Встановити шляхи підвищення довговічності доліт з опорами В, ВУ і АУ. ЗМІСТ Вступ 6 Розділ 1 1 Закономірності виходу з ладу тришарошкових бурових доліт та Сучасні підходи до підвищення їх довговічності і ефективності буріння 14 1.1 Експлуатаційні показники деталей тришарошкових бурових доліт і сучасні напрямки їх підвищення 14 1.2 Аналіз напрямків у підвищені довговічності опор кочення Р-К-Р тришарошкових бурових доліт вдосконаленням їх конструкції 16 1.2.1 Вплив конструкторських і експлуатаційних чинників на працездатність кулькового замкового підшипника 18 1.2.2 Вплив конструкторських і експлуатаційних чинників на працездатність роликових підшипників опор доліт 20 1.3 Аналіз конструкторсько-технологічних шляхів підвищення довговічності опор бурових доліт з осьовими підшипниками ковзання 24 1.3.1 Аналіз шляхів підвищення працездатності упорного підшипника ковзання "п'ята-підп'ятник" відкритої опори 24 1.3.2 Шляхи підвищення довговічності опор Р-К-Р з підшипником ковзання "упорний торець бурта лапи - упорний торець шарошки" 28 1.4 Підвищення якісних та експлуатаційних показників деталей тришарошкових бурових доліт на усіх етапах їх створення 30 1.4.1 Вплив фізико-механічних параметрів матеріалів деталей тришарошкових бурових доліт на їх працездатність 30 1.4.2 Підвищення стійкості до корозійно-механічного руйнування елементів відкритих опор доліт 35 1.4.3 Підвищення стійкості до контактного руйнування елементів опор доліт високоефективним викінчувальним зміцненням 35 1.4.4Перспективи об'єднання проектних, конструкторсько-технологічних процесів у єдину комп'ютеризовану систему створення деталей тришарошкових бурових доліт 40 1.5 Сучасні підходи у підвищенні тріщиностійкості шарошок бурових доліт 41 1.6 Працездатність та ефективність вставного породоруйнівного оснащення шарошок бурових доліт 43 1.6.1 Спосіб економії цінних твердих сплавів створенням комбінованих композиційних вставних зубків 43 1.6.2 Підвищення надійності з 'єднання "зубок-шарошка" 44 1.6.2.1 Критерії міцності кріплення вставного оснащення шарошок 45 1.6.2.2 Надійність вставного породоруйнівного оснащення на етапі підготовки і реалізації технологічного процесу пресування 47 1.6.3 Резерви підвищення міцності кріплення вставного оснащення шарошок підвищенням точності форми отворів 48 1.6.4 Розробка нових конструкцій хвостовиків твердосплавних зубків 49 1.7 Сучасні підходи до підвищення довговічності та ефективності буріння тришарошоковими буровими долотами 50 1.7.1 Сучасні напрямки підвищення ефективності буріння долотами з відкритою опорою 50 1.7.2 Сучасні шляхи підвищення довговічності і ефективності тришарошкових бурових доліт з герметизованими опорами 52 1.7.2.1 Шляхи підвищення довговічності і ефективності доліт ВУ 52 1.7.2.2 Шляхи підвищення довговічності і ефективності доліт АУ 54 1.8 Теоретичні основи обгрунтованого вибору критеріїв відмов і шляхів підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт 57 1.9 Висновки та задачі досліджень 65 Розділ 2 2 Обладнання та методологія досліджень 66 2.1 Обґрунтування методів дослідження 66 2.2 Опис матеріалів дослідних зразків та методів їх зміцнення 66 2.2.1 Обладнання і методика проведення зміцнення високотемпературною термомеханічною обробкою 67 2.2.2 Обладнання і методика хіміко-термічного зміцнення деталей доліт 69 2.2.3 Обладнання і методика зміцнення наплавленням упорного торця цапфи лапи 69 2.2.4 Механоультразвукове зміцнення 70 2.2.5 Виготовлення відцентровим литтям армованих зубків 71 2.3 Лабораторні дослідження фізико-механічних властивостей та структури зміцнених матеріалів 72 2.3.1 Обладнання і методика пошарового аналізу концентрації вуглецю в цементованих шарах долотних сталей 73 2.3.2 Металографічні дослідження 74 2.3.3 Методика і устаткування для встановлення хімічного складу матеріалів темплетів і зразків 74 2.3.4 Методика дослідження величини зерна 75 2.3.5 Методика дослідження припалювання від шліфування 76 2.4 Лабораторні дослідження експлуатаційних показників матеріалів 76 2.4.1. Методика дослідження напруженого стану в зразках 76 2.4.2 Методика оцінки опору руйнуванню долотних сталей 77 2.4.3 Методика для оцінки тріщиностійкості балкових зразків 78 2.4.4 Методика випробування на тріщиностійкість високоміцної роликової сталі 80 2.5 Методика досліджень конструкторських параметрів елементів шарошкових доліт 81 2.5.1 Встановлення геометричних параметрів елементів цапфи лапи 81 2.5.2 Обладнання і методика дослідження геометричних параметрів отворів в шарошках і зубків під вставне оснащення 82 2.6 Обладнання і методика виготовлення нової конструкції п'яти на торці цапфи і лапи 83 2.7 Методика і обладнання для дослідження конструкторсько-технологічних параметрів виконання елементів деталей тришарошкових бурових доліт на етапі механічного оброблення 84 2.7.1 Методика і обладнання для дослідження параметрів механічного оброблення цапфи лапи 84 2.7.2 Обладнання і методика процесу формоутворення отворів у шарошці під вставне породоруйнівне оснащення 84 2.8 Інженерна методика побудови оптимального технологічного маршруту виготовлення лапи бурового долота 85 2.9 Методика і обладнання для досліджень експлуатаційних показників елементів тришарошкових бурових доліт 85 2.9.1 Методика дослідження механізму розвороту роликів 86 2.9.2 Лабораторні та стендові дослідження опор доліт 87 2.9.3 Стендові дослідження тришарошкових бурових доліт 92 2.9.4 Експлуатаційні випробовування тришарошкових бурових доліт 93 2.10 Висновки до розділу 95 Розділ 3 3 Теоретичні і практичні засади підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт з опорою Р-К-Р 96 3.1 Теоретична оцінка пливу експлуатаційних параметрів навантаження в замковому підшипнику на його довговічність 96 3.2 Теоретична оцінка впливу експлуатаційних параметрів навантаження в роликовому підшипнику на його роботу 102 3.2.1 Теоретичні і прикладні засади попередження перекошування роликів в опорах доліт 106 3.2.2 Механізм втрати працездатності роликів опор Р-К-Р доліт ПО 3.3 Підвищення довговічності опор тришарошкових бурових доліт конструкторським забезпеченням стійкості роликів до розвороту 113 3.4Підвищення довговічності опор Р-К-Р підвищенням їх вантажності 118 3.5 Висновки до розділу 126 Розділ 4 4 Розробка теоретичних основ і конструкторсько-технологічних рішень для підвищення довговічності тришарошкових бурових доліт з опорою Р-К-Р і осьовими підшипниками ковзання 127 4.1 Вплив конструкторських та технологічних параметрів підшипників ковзання опори Р-К-Р на експлуатаційні показники бурових доліт 127 4.2 Підвищення довговічності вузла "п'ята-підп'ятник" 132 4.3 Підвищення довговічності вузла "упорний торець бурта лапи - упорний торець шарошки" 137 4.4 Розробка конструкцій опор з компенсацією перекосів 147 4.5 Висновки до розділу 153 Розділ 5 5 Підвищення якісних та експлуатаційних показників тришарошкових бурових доліт на усіх етапах їх створення 155 5.1 Підвищення працездатності опор Р-К-Р тришарошкових бурових доліт на стадії вибору сталей і їх зміцнення 155 5.2 Дослідження механізму руйнування бігових доріжок опор кочення 160 5.3 Розробка практичних рекомендацій з підвищення довговічності деталей бурових доліт виготовлених із литої сталі 20ХГНЗМА 167 5.4 Забезпечення стійкості до контактного руйнування тіл кочення відкритих опор тришарошкових бурових доліт у водних середовищах 171 5.5 Підвищення контактної витривалості бігових доріжок опор кочення доліт.... 176 5.5.1 Конструкторсько-технологічне забезпечення контактної витривалості 176 5.5.2 Підвищення довговічності бігових доріжок цапфи обкочуванням 180 5.5.3 Механоультразвукове зміцнення цапф лап 181 5.5.4 Криогенне зміцнення деталей тришарошкових доліт 184 5.6 Новий енергоощадний підхід до єдиного процесу проектування, конструювання і виготовлення деталей бурових доліт 187 5.7 Висновки до розділу 198 Розділ 6 6. Підвищення стійкості до руйнування шарошок бурових доліт 200 6.1 Критерії тріщиностійкості сталі шарошок бурових доліт 200 6.2 Підвищення тріщиностійкості сталі шарошок бурових доліт високотемпературною механічною обробкою (ВТМО) заготовок 202 6.3 Підвищення тріщиностійкості шарошок до дії ударних навантажень 203 6.4 Запобігання крихкому руйнуванню шарошок оптимізацією ХТО 206 6.5 Забезпечення стійкості до руйнування шарошок бурових доліт підвищенням якості технологічного спадку 212 6.6 Висновки до розділу 214 Розділ 7 7 Підвищення довговічності породоруйнівного оснащення шарошок бурових доліт на усіх етапах його створення 216 7.1 Вдосконалення композиційного вставного породоруйнівного оснащення 215 7.2 Підвищення довговічності вставного твердосплавного оснащення оптимізацією фізико-механічних, конструкторсько-технологічних параметрів з'єднання "зубок-шарошка" 218 7.3 Забезпечення надійності вставного породоруйнівного оснащення на етапі організації і виконання пресування зубків у шарошку 229 7.4 Підвищення якості конструкторських параметрів отворів під вставки 232 7.5 Розробка нових конструкцій хвостовиків твердосплавних зубків 235 7.5.1 Розробка нової конструкції породоруйнівної вставки для доліт ТКЗ 235 7.5.2 Нова конструкція породоруйнівної вставки для доліт ТКЗ, що реалізує ефект економії твердого сплаву 241 7.5.3 Нові конструкції черпакоподібного породоруйнівного оснащення 246 7.6 Вдосконалення конструкції вставного твердосплавного оснащення тришарошкових бурових доліт ОК 253 7.7 Висновки до розділу 255 Розділ 8 8 Підвищення довговічності та ефективності буріння тришарошоковими буровими долотами 257 8.1 Попередження відмов доліт при бурінні високоміцних порід вдосконаленням якості конструкції секційних доліт на етапі їх складання 257 8.2 Підвищення довговічності відкритих опор Р-К-Р та ефективності буріння тришарошоковими буровими долотами типу ОК 260 8.2.1 Вплив характеристик породи і умов буріння на працездатність відкритих опор 260 8.2.2 Розробка нової конструкції захисту шарошкового долота від спрацювання . по діаметру 263 8.3 Підвищення довговічності бурових доліт з опорами типу ВУ 267 8.4 Підвищення довговічності бурових доліт з опорами типу АУ 276 8.5 Підвищення довговічності бурових доліт з опорами типу АУ лінії FS 285 8.6 Висновки до розділу 288 Висновки 290 Список використаних джерел 293 Додатки 3 36