На головну

Теоретичні основи процесу зношування бурового інструменту

  1. Cинхронизация операцій технологічного процесу
  2. O можливість здійснення рекламного процесу з використанням усього комплексу засобів і методів реклами і їх органічного зв'язку в комерційному підприємстві;
  3. Process Control Block і контекст процесу
  4. XX з'їзд КПРС і початок процесу десталінізації

В процесі роботи бурової інструмент зношується. При певній мірі зносу інструмент стає непридатний для експлуатації та вимагає відновлення або заміни.

При зношуванні відбувається поступова зміна форми і розмірів породоразрушающих елементів інструменту. Найбільш інтенсивно зношуються ті місця на поверхні інструменту або різців, які при роботі відчувають максимальні напруги - ріжучі кромки різців, ділянки торців з різкою зміною ліній форми.

Зношування - явище, при якому з поверхні твердого тіла в процесі його взаємодії з абразивної середовищем відокремлюються частинки матеріалу, і відбувається зміна геометричної форми і маси тіла.

Результат зношування - зміна геометричних параметрів твердого тіла, який вимірюється як втрата маси тіла, називають зносом.

До основних видів зношування при терті відносяться [30]:

- Зношування схоплюванням при малих швидкостях переміщення труться, при якому утворюються задираки поверхонь;

- Окисне зношування, обумовлене руйнуванням окислювальних плівок і їх новим безперервним відновленням;

- Теплове зношування, характерне для високих швидкостей переміщення труться, і високого тиску в зоні контакту;

- Осповідного зношування, обумовлене втомним процесами в металі при терті кочення;

- Абразивне зношування, обумовлене наявністю абразивного середовища в зоні тертя і що характеризується пластичним деформуванням, царапанием, мікрорезанія поверхні металів і сплавів.

Поверхня металу більш інтенсивно зношується при нагріванні в умовах термічного разупрочнения.

Всі види зношування спостерігаються при бурінні, але при руйнуванні гірських порід найбільш часто і повно проявляється абразивний механічне зношування. При абразивному механічному зношуванні велике значення має абразивность гірських порід.

Величина абразивного зносу визначається по залежності:

 (3. 10)

де W - Знос, кг;

Aт - Робота сил тертя, Дж.

Робота сил тертя визначається залежністю:

 , (3.11)

де ?т - коефіцієнт тертя;

P - Навантаження на інструмент в напрямку контакту взаємодіючих тіл, Н;

Lт - Шлях тертя, м.

Коефіцієнт тертя зазвичай представляють у вигляді двох складових:

 , (3.12)

де fa - Молекулярна складова сили тертя, що характеризує частку витрат роботи на формування і руйнування молекулярних зв'язків, що утворюються в точках контакту ковзають поверхонь;

fm - Механічна складова сил тертя, що характеризує частку витрат роботи на руйнування внутрішніх зв'язків руйнується матеріалу.

Молекулярна складова тертя при пластичному контакті fa визначається залежністю [3]:

 (3.13)

де ? - Сдвиговое опір молекулярної зв'язку, Па;

?т - Межа плинності матеріалу, Па;

k - Коефіцієнт, що враховує форму индентора;

? - Коефіцієнт молекулярної складової.

Механічну складову сили тертя fm можна представити виразом:

 (3. 14)

де rк - Радіус кривизни поверхні, м.

Таким чином, загальний коефіцієнт тертя визначається залежністю:

 (3.15)

 Аналіз формули (3.15) показує, що молекулярна складова не залежить від діючого навантаження і визначається міцністю матеріалу. Використовуючи при аналізі формулу (2.44), можна відзначити, що міцність изнашиваемого матеріалу (бурового інструменту і його елементів) знижується при зростанні його температури і коефіцієнті теплового розширення, а також при наявності значних дефектів матеріалу.

Механічна складова коефіцієнта тертя залежить від навантаження, кривизни поверхні изнашиваемого тіла і також від його міцності, яка буде нижче в умовах нагріву силами тертя.

Робота сил тертя, наприклад, для коронки з зовнішнім радіусом R і внутрішнім радіусом r задається при обертанні довжиною траєкторій переміщення при бурінні точок 1 і 2, які розташовані на зовнішньому і внутрішньому контурах торця коронки (2?R и 2?r, см. рис. 3.8).

Таким чином, шлях пройдені точкою 1, розташованої на зовнішній кромці торця, за один оборот коронки на забої, буде більше шляху, пройденого точкою 2, розташованої на внутрішній кромці торця, в R / r рази. Звідси випливає, що знос торця коронки (лінія 3 на рис. 3.8, б) може бути більш інтенсивним на зовнішній кромці і меншим в точці, близької до внутрішньої кромці торця. У той же час епюра контактних тисків 4 (рис. 3.8, б) для плоского торця показує, що внутрішня кромка торця коронки також зношується досить інтенсивно через зміцнення породи в кутку забою і концентрації напружень на кромці.

В роботі [3] наведена залежність, яка визначає лінійний знос торця коронки:

 (3.16)

де ? - Частота обертання коронки, хв-1;

t - Час роботи коронки, хв.

 Аналіз залежності (3.16) показує, що знос торця коронки зростає зі збільшенням осьового зусилля Р і частоти обертання коронки ?.

Більшою мірою зношування піддається зовнішня кромка коронки і більш віддалені від центру точки торця, а також внутрішня кромка короночного кільця.

Зі зменшенням товщини короночного кільця її лінійний знос зростає, зі збільшенням знижується. У той же час, чим тонше матриця, тим вище знос породи, тобто вище ефективність буріння.

Ці два суперечливих умови можуть бути втілені в ступінчастому профілі торця короночного кільця (рис. 3.9), який повторює форму природного зносу.

Ступінчастість торця інтенсифікує процес руйнування породи за рахунок збільшення вільної поверхні руйнування (див. Рис. 3.6). У той же час такий профіль буде відрізнятися підвищеною зносостійкістю.

При аналізі зношування враховують також можливі поперечні коливання інструменту, що виникають внаслідок його вібрації.

 



Параметри фізико-механічних властивостей і буримости туфо-дацит | Вплив зовнішнього середовища на абразивне зношування інструменту

Руйнування гірської породи ударом при несиметричному навантаженні индентора | Твердість мінералів і гірських порід | Метод визначення твердості при вдавливании в гірську породу плоского циліндричного індентора. | Обробка результатів випробувань гірських порід на твердість | Класифікація гірських порід по пластичності | Вплив зовнішнього середовища на твердість гірських порід | Середовища, заданої умовами експерименту | Вплив діаметра індентора на твердість гірських порід | Руйнування породи впровадженням декількох індентора | Твердість анизотропной гірської породи |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати