Обоснование параметров физической модели замкового подшипника трехшарошечного бурового долота

Трехшарошечные долота для бурения буровзрывных скважин, как показала практика их эксплуатации, имеют относительно низкую износостойкость. Одной из причин этого является отказ замкового шарикового подшипника вследствие разрушения беговой дорожки и буртика цапфы из-за сравнительно больших контактных и изгибных напряжений. Для обоснования конструктивных изменений выполнен расчет в CAD/ CAE системе АРМ WinMachine его напряженно-деформированного состояния: общего НДС элемента шарошечного долота — цапфы и местного НДС (места контактов замкового подшипника, подшипников трения и др.). Процесс анализа напряженно-деформированного состояния включает этапы: разработка модели конструкции; задание ограничений на перемещения; задание материала; задание нагрузок; проведение расчетов и анализ результатов. Дана формула для определения удельных нагрузок на зубки шарошки. Приведены расчеты контактных напряжений в замковом подшипнике шарошки. Для подтверждения адекватности имитационной модели спроектирована и изготовлена физическая модель замкового подшипника с соблюдением условия подобия физической модели натурному образцу по критерию равенства напряжений. Методику предлагается использовать при разработке шарошечного бурового инструмента.

Симисинов Д. И., Афанасьев А. И., Захаров И. А. Обоснование параметров физической модели замкового подшипника трехшарошечного бурового долота // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 190—196. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_190.

Исследование выполнено в соответствии с государственным заданием Минобрнауки России на выполнение НИР для ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» по теме № 1021060707960-7-2.3.1.

Симисинов Денис Иванович¹, канд. техн. наук, заведующий кафедрой эксплуатации горного оборудования, доц., 7sinov@mail.ru;
Афанасьев Анатолий Ильич¹, докт. техн. наук, профессор кафедры технической механики, проф.;
Захаров Иван Андреевич¹, магистрант;
¹ Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия.

1. Посташ С. А. Повышение надежности и работоспособности шарошечных долот //Недра. — 1982.

2. Жидовцев H. A. Долговечность шарошечных долот. В. Я. Кершенбаум, Э. С. Гинзбург, И. К. Бикбулатов, E. H. Бородина. — М.: Недра, 1992. — 272 с.

3. Богомолов Р. М. Анализ способов изготовления деталей и сборки шарошечных буровых долот и их влияние на работоспособность инструмента // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. — 2020. — №. 4. — С. 8—12.

4. Закиров Н. Н. Технико-технологические основы долговечности работы шарошечных долот. Тюмень, Тюменский индустриальный университет. 2018, 142 с.

5. Сериков Д. Ю., Блинков О. Г., Панин Н. М., Шигин А. О. Cовершенствование конструкций опор шарошечного бурового инструмента // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2019. № 4 (112). С. 29—33.

6. Симисинов Д. И., Боярских Г. А., Сухов Р. И. Вероятностная оценка надежности опор шарошечных долот//Материалы междунар. науч. техн. конф. Чтения памяти В. Р. Кубачека «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности». Екатеринбург, 2004. С. 34—42.

7. Торгашов А. В., Гинзбург Э. С., Вышегородцева Г. И., Новиков А. С. Современное состояние отечественного долотостроения в свете задач импортозамещения // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2015. № 2. С. 9—11.

8. Закиров Н. Н. Технологические аспекты повышения надёжности и долговечности деталей бурового оборудования // Известия вузов. Нефть и газ. -Тюмень: ТюмГНГУ, -2016. № 4. С. 259—263.

9. Lubrication system of a roller cone bit. Denis Simisinov, Anatoly Afanas’ev, Vitaliy Adas, Anton Simisinov. MATEC Web Conf. 329 03006 (2020). DOI: 10.1051/ matecconf/202032903006.

10. Волик Д. А., Мескин А., Надикта С. В. Новые тенденции в производстве шарошечных долот для горнорудной промышленности //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2000. — №. 5.

11. Pyalchenkov V. A., Dolgushin V. V., Kulyabin G. A. The model for studies of load for the roller bit support bearings //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. — 2017. — Т. 12. — №. 19. — С. 5548—5553.

12. Шигин А. О., Гилёв А. В. Методика расчета усталостной прочности как основного фактора стойкости шарошечных долот. Вестник ИрГТУ. 2012. №3 (62).

13. Симисинов Д. И., Афанасьев А. И., Шестаков В. С., Валиев Н. Г. Методика расчета на контактную выносливость элементов опоры бурового шарошечного долота. Горный журнал. 2019 (9). С. 97—101. DOI: 10.17580/gzh.2019.09.14.

14. Han C. et al. Mechanical performance analysis of hollow cylindrical roller bearing of cone bit by FEM. Petroleum. — 2015. — Т. 1. — №. 4. — С. 388—396.

15. Пяльченков В. А. Аналитическое исследование деформируемости деталей шарошечного долота // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1—1. С. 22.

16. Симисинов Д. И., Шестаков В. С., Афанасьев А. И. Моделирование напряженнодеформированного состояния одношарошечного бурового долота с раздельной конструкцией корпуса. Известия вузов. Горный журнал 2015. № 7. С. 74—79.

17. Добровольский В. А. и др. Детали машин. М.: Машиностроение, 1972. 502 с.

18. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М.: Наука,1965, 856 с.