牙輪鉆頭的潤滑裝置改進設計

汪 洋

(江西銅業股份公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

牙輪鉆頭的潤滑裝置改進設計

汪 洋

(江西銅業股份公司德興銅礦， 江西德興市 334224)

牙輪鉆頭軸承的使用壽命直接決定了鉆頭的使用壽命。為了弄清牙輪鉆頭軸承的失效形式、進一步提高牙輪鉆頭軸承的使用壽命，通過對失效的軸承進行了分析，找出牙輪鉆頭快速磨損的原因，改進其相關技術，使其軸承壽命有了較大的提高。

牙輪鉆頭;軸承副;潤滑;使用壽命

1 牙輪鉆頭失效現象及原因

提高牙輪鉆頭的壽命對提高鉆井效率、降低鉆井成本具有極其重要的意義。影響牙輪鉆頭使用壽命的最關鍵因素之一是軸承系統的壽命。軸承系統過早失效的原因有多種，在鉆進工作中鉆頭油脂對軸承系統潤滑不夠充分是造成軸承過早失效的主要原因之一。2005年6月～9月間，對某一規格的64只庫存牙輪鉆頭存在的質量問題展開調研，其中46只為軸承失效，占總數的60.2%，64只牙輪鉆頭的失效原因分析見表1。

表1 牙輪鉆頭的失效現象及原因

從表1可以看出，由于軸承系統失效造成的牙輪鉆頭失效占總數的71.8%，而牙輪鉆頭軸承系統過早失效的主要原因就是牙輪鉆頭在鉆進過程中軸承副潤滑不夠充分。由此可見，牙輪鉆頭軸承系統在鉆進工作當中的潤滑是否充分是提高其壽命的關鍵因素。

2 現場問題分析

牙輪鉆頭供油自動補償原理為:注油時，當油腔內壓力足夠時，儲油囊鼓起，在牙輪鉆頭鉆井工作時，儲油囊依靠自身的回復彈性給牙輪鉆頭的軸承系統自動補充鉆頭油脂，使得鉆頭的軸承副在工作時得到充分的潤滑。牙輪鉆頭的儲油系統中潤滑油脂不夠充分，主要是因為牙輪鉆頭油腔內壓力不夠，從而導致自動供油系統不能持續、有效地對牙輪鉆頭的軸承副進行供油補償，造成鉆井過程中牙輪鉆頭的軸承副之間得不到充分的潤滑，軸承副過早的失效，使得牙輪鉆頭達不到設計壽命。

以上失效原因是由于注油裝置的設計不合理所造成。如圖1所示，原來的注油工裝現場注油過程為:抽真空，注油，換氣，取出注油油管，旋入密閉螺塞，其原理如圖2所示。在現場牙輪鉆頭的潤滑注油僅憑操作工人查看油筒上的刻線來控制，即原來的注油思路為定量注油，而牙輪鉆頭流道的加工精度低、誤差大，每個牙輪鉆頭流道的容積小、誤差較大，單憑油筒上的刻度線來控制牙輪鉆頭儲油系統中是否儲油充分取決于工人的現場經驗，這是造成牙輪鉆頭儲油系統中儲油不充分的原因之一。在給牙輪鉆頭注油結束時，工人取出注油油管，再旋入密閉螺塞，此時牙輪鉆頭內腔的油脂會從孔口溢出，這樣牙輪鉆頭儲油系統中的油壓達不到設計要求，在牙輪鉆頭鉆井過程中，就會因為儲油囊內腔的工作壓力不夠，造成儲油囊的回彈力不足，起不到自動供油的作用，造成牙輪鉆頭軸承副在缺少潤滑工況下工作，這就是牙輪鉆頭達不到正常使用壽命、過早曠動失效的另一個原因。

圖1 牙輪鉆頭結構

圖2 牙輪鉆頭潤滑注油原理

3 改進后的注油方式

根據以上分析，設計了一套注油裝置，其工作步驟為:在注油前，將開有通孔的螺塞壓緊橡膠墊，再進行抽真空——注油——換氣的工作，注完油，只需將注油針頭拔出即可，整個注油過程結束(見圖3)。如圖2所示，抽真空時，導通閥4、3導通，控制閥處關閉狀態，真空泵通過導通閥對牙輪鉆頭進行抽真空;注油時，導通閥1、3導通，控制閥處左邊導通狀態，壓縮機將壓縮空氣作用于油筒中的油脂，油脂通過導通閥注入牙輪鉆頭;換氣時，導通閥2、3導通，控制閥處關閉狀態，此時壓縮機的壓縮空氣將注油管及注油針頭中的殘留油脂吹盡，此時方可進行下一次注油環節。注油過程中需注意的事項是:牙輪鉆頭在注入油脂時，需邊注油邊轉動牙輪，讓鉆頭油脂充分填充牙輪鉆頭軸承內腔，當溢流閥動作時(溢流閥的壓力大小根據產品設計要求事先調節好，牙輪鉆頭規格不一樣，溢流閥的壓力值的大小設置也不一樣)，此時牙輪鉆頭內腔壓力達到設計要求，注油過程即可結束，這時只需將注油針頭拔出即可。由于壓縮后的特制橡膠墊具有自動收口的功能，它能自動將注油孔關閉，從而保證了鉆頭油腔內的油壓，這樣滿足了產品設計要求。

圖3 注油裝置

使用新的注油方式后，對2006年1～3季度生產的某一規格的牙輪鉆頭200只，采用兩種不同注油工藝進行對比，結果見表2。

表2 不同注油方式的效果對比

由表2可看出，使用專用注油方式后，牙輪鉆頭合格率達到98.5%。對以上的牙輪鉆頭追蹤調查，其平均使用壽命達到了81.3 h，據統計，改進前牙輪鉆頭平均使用壽命為45 h左右，說明新的注油裝置是有效的。

4 結論

以定壓注油方式取代定量注油方式，使得牙輪鉆頭的儲油系統中儲油充分，大大改善了牙輪鉆頭工況條件，大幅的提高了牙輪鉆頭的壽命，為用戶節約鉆井成本，贏得市場占有率。

2011－09－21)

汪 洋(1974－)，男，江西德興人，工程師，研究方向為礦山機械，Email:wy_327@163.com。