牙轮钻头的润滑装置改进设计

汪 洋

(江西铜业股份公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224)

牙轮钻头的润滑装置改进设计

汪 洋

(江西铜业股份公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224)

牙轮钻头轴承的使用寿命直接决定了钻头的使用寿命。为了弄清牙轮钻头轴承的失效形式、进一步提高牙轮钻头轴承的使用寿命，通过对失效的轴承进行了分析，找出牙轮钻头快速磨损的原因，改进其相关技术，使其轴承寿命有了较大的提高。

牙轮钻头;轴承副;润滑;使用寿命

1 牙轮钻头失效现象及原因

提高牙轮钻头的寿命对提高钻井效率、降低钻井成本具有极其重要的意义。影响牙轮钻头使用寿命的最关键因素之一是轴承系统的寿命。轴承系统过早失效的原因有多种，在钻进工作中钻头油脂对轴承系统润滑不够充分是造成轴承过早失效的主要原因之一。2005年6月～9月间，对某一规格的64只库存牙轮钻头存在的质量问题展开调研，其中46只为轴承失效，占总数的60.2%，64只牙轮钻头的失效原因分析见表1。

表1 牙轮钻头的失效现象及原因

从表1可以看出，由于轴承系统失效造成的牙轮钻头失效占总数的71.8%，而牙轮钻头轴承系统过早失效的主要原因就是牙轮钻头在钻进过程中轴承副润滑不够充分。由此可见，牙轮钻头轴承系统在钻进工作当中的润滑是否充分是提高其寿命的关键因素。

2 现场问题分析

牙轮钻头供油自动补偿原理为:注油时，当油腔内压力足够时，储油囊鼓起，在牙轮钻头钻井工作时，储油囊依靠自身的回复弹性给牙轮钻头的轴承系统自动补充钻头油脂，使得钻头的轴承副在工作时得到充分的润滑。牙轮钻头的储油系统中润滑油脂不够充分，主要是因为牙轮钻头油腔内压力不够，从而导致自动供油系统不能持续、有效地对牙轮钻头的轴承副进行供油补偿，造成钻井过程中牙轮钻头的轴承副之间得不到充分的润滑，轴承副过早的失效，使得牙轮钻头达不到设计寿命。

以上失效原因是由于注油装置的设计不合理所造成。如图1所示，原来的注油工装现场注油过程为:抽真空，注油，换气，取出注油油管，旋入密闭螺塞，其原理如图2所示。在现场牙轮钻头的润滑注油仅凭操作工人查看油筒上的刻线来控制，即原来的注油思路为定量注油，而牙轮钻头流道的加工精度低、误差大，每个牙轮钻头流道的容积小、误差较大，单凭油筒上的刻度线来控制牙轮钻头储油系统中是否储油充分取决于工人的现场经验，这是造成牙轮钻头储油系统中储油不充分的原因之一。在给牙轮钻头注油结束时，工人取出注油油管，再旋入密闭螺塞，此时牙轮钻头内腔的油脂会从孔口溢出，这样牙轮钻头储油系统中的油压达不到设计要求，在牙轮钻头钻井过程中，就会因为储油囊内腔的工作压力不够，造成储油囊的回弹力不足，起不到自动供油的作用，造成牙轮钻头轴承副在缺少润滑工况下工作，这就是牙轮钻头达不到正常使用寿命、过早旷动失效的另一个原因。

图1 牙轮钻头结构

图2 牙轮钻头润滑注油原理

3 改进后的注油方式

根据以上分析，设计了一套注油装置，其工作步骤为:在注油前，将开有通孔的螺塞压紧橡胶垫，再进行抽真空——注油——换气的工作，注完油，只需将注油针头拔出即可，整个注油过程结束(见图3)。如图2所示，抽真空时，导通阀4、3导通，控制阀处关闭状态，真空泵通过导通阀对牙轮钻头进行抽真空;注油时，导通阀1、3导通，控制阀处左边导通状态，压缩机将压缩空气作用于油筒中的油脂，油脂通过导通阀注入牙轮钻头;换气时，导通阀2、3导通，控制阀处关闭状态，此时压缩机的压缩空气将注油管及注油针头中的残留油脂吹尽，此时方可进行下一次注油环节。注油过程中需注意的事项是:牙轮钻头在注入油脂时，需边注油边转动牙轮，让钻头油脂充分填充牙轮钻头轴承内腔，当溢流阀动作时(溢流阀的压力大小根据产品设计要求事先调节好，牙轮钻头规格不一样，溢流阀的压力值的大小设置也不一样)，此时牙轮钻头内腔压力达到设计要求，注油过程即可结束，这时只需将注油针头拔出即可。由于压缩后的特制橡胶垫具有自动收口的功能，它能自动将注油孔关闭，从而保证了钻头油腔内的油压，这样满足了产品设计要求。

图3 注油装置

使用新的注油方式后，对2006年1～3季度生产的某一规格的牙轮钻头200只，采用两种不同注油工艺进行对比，结果见表2。

表2 不同注油方式的效果对比

由表2可看出，使用专用注油方式后，牙轮钻头合格率达到98.5%。对以上的牙轮钻头追踪调查，其平均使用寿命达到了81.3 h，据统计，改进前牙轮钻头平均使用寿命为45 h左右，说明新的注油装置是有效的。

4 结论

以定压注油方式取代定量注油方式，使得牙轮钻头的储油系统中储油充分，大大改善了牙轮钻头工况条件，大幅的提高了牙轮钻头的寿命，为用户节约钻井成本，赢得市场占有率。

2011－09－21)

汪 洋(1974－)，男，江西德兴人，工程师，研究方向为矿山机械，Email:wy_327@163.com。