牙輪鉆頭儲油杯的改進設計

董本麗　曾英

摘要：調查我廠生產的某型號鉆頭的使用情況，發現早期失效占鉆頭總數的65%，其中軸承失效約為70%，是影響鉆頭壽命的主要原因。解剖發現該批鉆頭的軸承潤滑不夠充分，原因是儲油系統存在不足。改進了儲油杯的設計，提高儲油腔的壓力，實現自動補充潤滑脂，使鉆頭的平均壽命達到70h左右。

關鍵詞：牙輪鉆頭；軸承；潤滑；儲油杯

1.三牙輪鉆頭產品簡介

三牙鉆頭是廣泛用于石油、天然氣的勘探、開采及鐵礦、有色金屬礦山鉆鑿炮眼等地礦工程系列的工具鉆頭。其設計結構（如圖一）主要由牙掌、牙輪和軸承系統等三部分組成。其中由三片牙掌形成的主體部分與鉆柱連接，牙掌用來支撐牙輪，牙輪是破碎巖石的部件，牙輪上的合金齒是破碎井底巖石的工作刃，軸承由牙輪內腔、牙掌軸頸和滾珠組成。軸承又與儲油系統相連，儲油系統在注油前須抽真空，

如果真空抽不干凈勢必會導致油注不滿，里面有空氣也會影響軸承的潤滑。軸承潤滑不良，導致早期失效是影響鉆頭使用壽命的主要原因。

為了充分潤滑軸承，設計了新型儲油杯。本文主要介紹該儲油杯的結

構和特點。

2.鉆頭失效情況及原因

鉆頭牙輪內腔與牙掌軸頸形成一個半封閉區域，區域內用鋼球鎖緊，這一結構就是一副滑動軸承，起到支配牙輪繞牙掌軸線自由轉動的作用。潤滑系統里有一個補償隔膜，它的一面與潤滑系統接觸，另一面向著牙掌外側面，它使潤滑系統的內外壓力差降到最小值；泄壓閥裝置通常是關閉的，但隨壓力差而變化，當潤滑系統的壓力差過大時，它向外匯壓；當鉆頭體內的壓力過大時，它向潤滑系統里泄壓。

如果儲油系統里真空抽不干凈，里面存有殘余空氣，導致里面的壓力一直很大，油脂不能補償軸承，這樣會使密封圈的磨損加劇，使牙輪鉆頭的密封過早失效，導致軸承和整個鉆頭的失效。

3.原有儲油杯的不足

解剖我廠某型號的牙輪鉆頭后發現：牙輪鉆頭的儲油系統里，潤滑脂的量不夠充足，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，造成牙輪鉆頭在鉆井過程中軸承副之間得不到充分潤滑。軸承副過早失效，使得牙輪鉆頭達不到設計壽命。

造成補油不充分的原因之一是如圖二所示的儲油杯存在不足。此油杯底部設有一個孔1，當抽真空時，橡膠囊回彈，會堵死油杯孔，致使里面的一部分殘余空氣留在其中。因此，在牙輪鉆頭鉆井過程中，橡膠囊就會因為內腔的工作壓力不夠，造成橡膠囊的回彈力不足，起不到自動供油的作用，造成牙輪鉆頭軸承副在缺少潤滑脂的情況下工作，使得鉆頭軸承早期失效。

4.儲油杯的改進

改進后的儲油杯如圖三所示，與圖二比較，增加了兩個孔2和孔3，避免了真空抽不干凈情況的發生。

5.抽真空過程

牙輪鉆頭的儲油系統，由橡膠囊、油杯蓋、O形圈、擋圈五部分組成。橡膠囊和儲油杯組成一個注滿油脂的腔體，通過壓蓋與基體的擠壓使橡膠囊產生一個壓縮量，實現端面密封，O形圈形成徑向密封，擋圈防止產生軸向竄動。在油杯底部另外開兩個小孔與孔1成對稱分布，當抽真空橡膠囊回彈堵死孔1的時候，孔2與孔3發揮作用，直至橡膠囊完全貼合油杯，說明腔里沒有了空氣，達到抽真空的目的。6.結論

6.1.潤滑不充分

牙輪鉆頭滑動軸承的密封儲油系統是保證軸承工作的重要環節，導致軸承早期磨損、失效，使牙輪鉆頭的使用壽命降低，原因之一是儲油杯設計存在缺陷，注入潤滑脂的量不足，儲油囊的壓力不夠，不能自動給軸承補充油脂。

6.2.改進的儲油杯，能達到抽真空的目的，使得牙輪鉆頭的儲油系統里有足夠的潤滑脂，并能自動給軸承補充潤滑脂，避免軸承早期失效，提高了鉆頭的平均使用壽命。

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