新型高速牙轮钻头滑动轴承的试验研究

为了研制出能与动力钻具相匹配的牙轮钻头，作者从钻头轴承的材料选择入手，对硬质合金滑动轴承进行了分析，认为硬质合金的磨损抗力高，可应用于井下工具。在此基础上，进行了全尺寸牙轮钻头硬质合金滑动轴承的室内试验研究，结果表明：使用硬质合金滑动轴承可使牙轮钻头转速提高到２００～４００ｒ／ｍｉｎ。     

度量牙轮钻头滑动轴承粘着磨损失效的新准则

以现场失效的牙轮钻头滑动轴承解剖分析为依据 ,从理论上分析了其磨损失效过程 ,然后分析了影响牙轮钻头滑动轴承失效的主要因素 :摩擦系数、轴承配合接触表面压力的大小和分布以及相对运动速度等。最后对经典的混合摩擦滑动轴承的失效校核条件进行了改进 ,针对低速重载的牙轮钻头滑动轴承的特殊工况 ,提出了一种度量其失效的新判据。该判据的理论依据是牙轮钻头滑动轴承的局部摩擦能量损失不能超过其材料所规定的能量集度。     

粗糙表面下牙轮钻头浮动套轴承润滑机理研究

以流变学、摩擦学及固体力学为理论依据,在φ215.9mm(821英寸)牙轮钻头滑动轴承结构的基础上,综合考虑浮动套滑动轴承的特点及牙轮钻头轴承的特殊性,以牙轮钻头轴承系统结构及失效分析、牙轮钻头润滑脂的高温流变性分析结果为研究基础,建立了粗糙表面牙轮钻头浮动套轴承润滑性能参数的数学模型,并对模型进行了求解。通过计算结果分析得出牙轮钻头浮动套轴承内外间隙比在2.0~3.0之间时,有利于浮动套轴承的正常运转,该结论为牙轮钻头浮动套轴承的设计提供了理论和技术基础。     

新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

牙轮钻头滑动轴承浮动套优化设计

为了延长牙轮钻头滑动轴承的使用寿命,对带浮动套的牙轮钻头滑动轴承结构进行理论分析,并采用ANSYS软件对其进行有限元仿真。以浮动套的内、外间隙比和浮动套厚度为设计变量,以接触有限元分析的峰值接触压力为目标函数,用接触有限元方法建立了带浮动套的滑动轴承优化设计模型。优化结果表明,选择合适的浮动套内、外间隙比,不管其是否正常工作,都能大大改善牙轮钻头滑动轴承的接触压力和最大Mises应力,推荐内、外间隙比为2.2～2.8;浮动套能改善滑动轴承局部磨损,且浮动套厚度对其接触压力及峰值应力影响较小;选择合理的浮动套与不带浮动套的牙轮钻头滑动轴承相比,其接触压力降低了25.0%,最大Mises应力降低了32.2%。     

牙轮钻头滑动轴承材料抗胶合性能的试验研究

严重的粘着磨损，即胶合，是三牙轮钻头滑动轴承最主要的失效形式，是影响钻头工作寿命和机械钻速的制约因素，在工况条件相同的前提下，评价牙轮钻头滑动轴承材料抗胶合性能的参量应该是压强与滑动速度乘积的极限值，滑动摩擦因数和粘着磨损量，现文介绍并研究了几种材料这３个参量的测试方法及结果，该方法用于评定牙轮钻头滑动轴承材料的抗胶合性能是可行的，也可用于评定共它金属或合金的抗胶合性能。     

TiN/TiSiN复合涂层的耐磨性能研究

根据Archard磨损理论推导牙轮钻头滑动轴承摩擦计算公式,在CVD装置中生成滑动轴承摩擦面上的TiN/TiSiN复合涂层,并通过万能摩擦磨损试验机进行试件试验.试验结果表明,TiN/TiSiN复合涂层可以有效提高牙轮钻头滑动轴承耐磨性,延长其使用寿命.     

钻头轴承载荷的测试与计算

本文阐述了三牙轮钻头滑动轴承载荷的测试方法。通过测试与计算,得到了各根牙轮轴轴承载荷大小的分配规律,从而得到钻压在三根牙轮轴上的分配百分比。该研究结果为牙轮钻头滑动轴承设计、润滑脂及轴承材料等研究提供参考资料。     

含渗碳层和铜合金牙轮钻头轴承的面接触分析

应用ANSYS的参数化设计语言APDL, 研究了牙轮钻头滑动轴承表面渗碳层和镶嵌的铜合金对轴承强度的影响。首先建立了牙轮钻头滑动轴承三维接触有限元模型, 然后利用网格划分技术分别对其表面渗碳层、镶嵌的铜合金和钻头本体进行网格划分和单元属性定义, 最后施加边界条件进行接触有限元分析求解。结果表明, 轴承接触应力峰值和Mises应力峰值位于铜合金和渗碳层结合部位。这一现象与实际使用的牙轮钻头滑动轴承失效的部位相吻合, 说明接触有限元分析的结果是正确可靠的。     

牙轮钻头滑动轴承稀土CNSB多元共渗工艺

牙轮钻头滑动辆承的发展趋向是“以硬代软”,凡能提高材料硬度和减小摩擦副材料之间亲合粘结力的热处理方法,均可提高其抗胶合性能。文中介绍了滑动轴承材料１５ＣｒＮｉ３ＭｏＡ钢试件碳、氮、硫、硼多元共渗工艺。通过显微组织、显微硬度及摩擦学性能测试表明,稀土多元共渗渗层相结构及硬度分布恰恰有利于提高１５Ｃ钢的抗粘着磨损能力。该工艺用于牙轮钻头滑动轴承是可行的。     

模糊正交法在钻头轴承磨损性能研究中的应用

应用模糊正交的理论与方法,在建立牙轮钻头滑动轴承磨损性能多目标隶属函数的基础上,以模糊综合评价值作为目标函数,对影响轴承磨损性能各因素的主效应,两两因素之间的交互效应及全部因素水平搭配之间的交互效应进行了综合分析,弥补了方差分析只能研究单目标问题,不能全面反映实际情况的不足,为正确选择和配用滑动轴承材料提供了依据。各因素对牙轮钻头滑动轴承影响程度依次为配对副材料、润滑油粘度、下试样表面粗糙度、润滑油清洁度,除配对副材料外,润滑油对钻头滑动轴承的磨损性能也有重要影响。     

织构化钻头滑动轴承单元摩擦学性能研究

为了研究织构对牙轮钻头滑动轴承的润滑减磨机理及织构面积比、织构直径和织构深度对轴承摩擦学性能的影响规律,采用MMW-1型微机控制立式万能摩擦磨损试验机和销-盘摩擦副,开展了模拟工况下织构化牙轮钻头滑动轴承单元摩擦学试验。研究结果表明:合理参数织构能有效提高牙轮钻头滑动轴承的润滑及摩擦学性能;对于较小直径(200μm)织构,当织构面积比为10%或15%时织构的润滑性能更好,而对于较大直径(300～600μm)织构,当织构面积比为5%时织构的润滑性能更优,因此小直径织构面积比偏大较好,可确保润滑介质分布更均匀,而大直径织构则织构面积比偏小更好;相同条件下,织构化牙轮钻头滑动轴承表面织构深度为40μm时织构的润滑性能最好,织构深度较深或较浅均不利于提高织构的润滑减磨性能。研究结果可为合理选择牙轮钻头滑动轴承织构参数、促进表面织构技术在牙轮钻头滑动轴承上的应用打下试验基础。     

表面技术在牙轮钻头滑动轴承上的应用与试验

对国内外表面新技术在石油地质勘探用牙轮钻头滑动轴承上的最新应用进行了简要综述,指出通过轴承新材料合理选用并结合表面工程技术的应用将是提高牙轮钻头滑动轴承摩擦学性能如高转速性能的主要途径。在此基础上,笔者采用爆炸喷涂新技术对牙轮钻头滑动轴承进行表面强化处理及钻头轴承模拟试验,结果表明：渗碳钢与爆炸喷涂WC12Co配对摩擦副具有优异的抗咬合性能及摩擦学性能,有助于提高钻头滑动轴承高转速性能。SEM和EMA分析表明WC12Co涂层磨损机理是表面少量的WC颗粒脆性断裂、剥落,并有微裂纹;涂层的渗碳钢配对轮试件的磨损机理主要是涂层偶件表面硬微凸体造成的微切削和犁沟变形。同时伴有粘着机理存在。     

JZ—CIMS工程CAD子系统的规划

三牙轮钻头ＣＡＤ子系统是ＪＺ－ＣＩＭＳ工程不可缺少的重要组成部分，对它进行研究既有利于整个ＪＺ－ＣＩＭＳ工程的集成，又有利于提高三牙轮钻头的设计水平。文中从三牙轮钻头的方案设计、几何设计和结构设计三个方面介绍了ＪＺ－ＣＩＭＳ工程ＣＡＤ子系统的研究内涵。随着对钻井工艺的不断认识和对有关三牙轮钻头作深层次的机理研究，三牙轮钻头ＣＡＤ子系统将进一步得到充实和完善。     

牙轮钻头滑动轴承混合润滑时的载荷计算

牙轮钻头滑动轴承实际工作时摩擦副之间处于混合润滑状态，此时金属微凸体和油膜一起承担载荷。文中给出了计算混合润滑时油膜和微凸体承载比例的计算方法，并以８１／２ＸＨＰ滑动轴承牙轮钻头为例，分析了钻头运转参数和最小油膜厚度对轴承摩擦副间载荷分配的影响，结果表明：钻头的运转参数直接影响轴承摩擦副间的润滑状况，在一定范围内，提高转速能够改善润滑状况。混合润滑时最小油膜厚度有一个下限门槛值，若低于此门槛值，则这种载荷分配计算方法不再适用。     

牙轮钻头滑动轴承的特殊性及主要研究方向

牙轮钻头滑动轴承与一般机械滑动轴承相比 ,在滑动轴承结构、承受的载荷、轴承的工作环境和滑动副之间的相对转速等方面都具有特殊性。牙轮钻头滑动轴承的失效解剖分析表明 ,最终导致轴承失效的主要形式一种是轴承密封系统损坏而导致磨料磨损失效 ;另一种是密封润滑系统工作正常时最终导致粘着磨损失效 ,而影响粘着磨损的主要因素有轴承的摩擦系数、表面压力大小及分布和相对滑动速度。今后牙轮钻头滑动轴承主要研究方向是滑动轴承密封系统(密封圈和传压补油装置 )的研究 ;轴承摩擦系数的研究 ;轴承表面压力大小及分布的研究。     

牙轮钻头滑动轴承套的硼化处理

由于某些旧工艺制成的钢衬套曾产生严重的磨损和咬合,因此,降低了滑动轴承的寿命。本发明为一种新的改进了的牙轮钻头的滑动轴承。此轴承包含一个具有优良抗磨性能的硼化抗磨表面的金属衬套。因此,在钻进过程中不会发生咬合。图1为牙轮钻头轴承结构的详细局部剖面图,其轴承衬套24压入牙轮的孔25内,与     

牙轮钻头的发展历史与展望

综观牙轮钻头在各个时期的发展情况可知,牙轮钻头齿和轴承的不断改进,使钻头的使用寿命、单只进尺和钻速不断提高。实践表明,硬质合金镶齿、密封润滑、滑动轴承和高速喷射组合的“四合一”钻头,在目前的牙轮钻头中占主导地位。作者指出:今后牙轮钻头研究工作的重点是提高钻头的钻速。为此,应优化牙轮齿形和布齿方案,挖掘水力系统的潜力,改进轴承结构和提高钻头零件的机械设计技术。     

三牙轮钻头滑动轴承浮动衬套的抗胶合试验

带浮动衬套的滑动轴承已成功应用于三牙轮钻头，因高压喷射钻井工艺的需要，钻头轴承工作条件较为恶劣，导致浮动村套产生胶合卡死牙轮。为此，对用不同材料在不同热处理状态下的浮动村套进行了抗胶合试验。结果表明，Ｈ１３钢的中温气体硫氮共渗是制造钻头轴承浮动村套较为理想的材料和处理工艺，用它代替铍青铜合金固溶时效制造浮动村套是可行的，其磨损量为铍青铜合金村套的１／３，使用中能有效地防止浮动村套胶合卡死牙轮，可延长钻头使用寿命。     

牙轮钻头滑动轴承减摩合金镶嵌沟槽的电脉冲加工

一、概述滑动密封轴承三牙轮钻头是近年来钻头生产中的一种新产品,它成倍地提高了钻头的使用寿命和进尺,是今后钻头生产的发展方向。在这种钻头中,为了减少滑动轴承付之间的摩擦和增加润滑,从而进一步提高钻头的使用寿命,在滑动轴承的表面镶有减摩