Породоразрушающий орган буровой установки фирмы «WIRTH» буровое долото по своей конструкции имеет до 24 шарошек, разрушающих горную породу, которые крепятся через шарошкодержатели к нижней части долота.

Концы осей шарошек выполнены в виде квадратных призм, которые крепят к шарошкодержателям с помощью четырех болтов М24-8g с длиной стержня 110 мм.

При бурении, особенно на больших глубинах (более 500 м), часто наблюдается разрушение болтов и как следствие, аварии, связанные с обрывом одной или нескольких шарошек. Бурение прекращают и затрачивают много времени на ликвидацию последствий аварий.

Во время работы на болты воздействуют значительные нагрузки, которые вызывают комплекс знакопеременных напряжений: кручения, растяжения, изгиба и среза. Как показала практика, основным видом разрушений болтов является отрыв головок от стержня и разрушение стержня болта в месте его ввинчивания в шарошкодержатель. Постоянные разрушения болтов свидетельствуют об их недостаточной несущей способности, которая заложена в нерациональной конструкции болта.

Конструктивные и технологические меры, которые могут повысить нагрузочную способность и циклическую прочность болтов возможно за счет рационального изготовления стержня болта, снижения концентрации напряжений в витках резьбы болта, изменении шага резьбы, увеличении радиусов галтели сопрягаемых поверхностей между стержнем и другими поверхностями и т.д. [1, 2].

1. Болты с диаметром стержня do, равным диаметру наружной d резьбы, в ответственных соединениях практически не применяют. Для повышения упругости и ударопрочности болта рекомендуется уменьшать диаметр стержня до получения одинаковой прочности резьбы и стержня.
2. Выбор оптимальной величины галтели способствует снижению концентрации напряжений в 2-4 раза. Так величина галтели между резьбовым поясом и стержнем, а также между посадочной плоскостью головкой болта М24 и стержнем должна быть не менее 0,2d, где d, мм – диаметр стержня болта, т.е. в нашем случае для болта М24 это не менее 4,8 мм.
3. Для выравнивания нагрузки по виткам резьбового соединения целесообразно применить технологически простой способ при нарезании резьбы – увеличение шага резьбы отверстия на 2-4 % по сравнению с шагом резьбы болта.
4. Для предотвращения пластических микроперемещений целесообразно применять подкладные шайбы большого диаметра, если это невозможно или нецелесообразно, то рекомендуется опорные поверхности и опорные поверхности головок болтов обрабатывать не ниже 6-го класса шероховатости (Ra=2,5…3,2 мкм). На чертеже стоит шероховатость Rz=40 (Ra=12,5 мкм).

Проанализировав старую конструкцию болта (рис. а) и с учетом изложенного выше, можно предложить новую равнопрочную конструкцию болта повышенной несущей способности, которая приведена на рис. б.

Для новой конструкции тело стержня болта уменьшено с O 24 мм до O 18 мм, радиус галтели R перехода между торцом головки болта и стержнем увеличен с 1,5 до 4,5 мм, а радиус сопряжения между стержнем и началом резьбы до 18 мм. В новой конструкции шероховатость резьбы уменьшена с Rz 40 мкм (Rа 12,5 мкм) до Ra 2,5 мкм, шероховатость стержня болта уменьшена с Rz 40 мкм (Ra 12,5 мкм), до Ra 3,2 мкм, а поле допуска резьбы с 8g до 6g. При этом опорная поверхность и головка болта обрабатывается не ниже 6-го класса шероховатости (Ra=3,2 мкм) на чертеже стоит Rz 40 мкм (Rа 12,5 мкм). Дополнительно для лучшего расположения болта в болтовом соединении предложено ввести в конструкцию болта центрирующий поясок O 20 мм длиной 10 мм.

Библиографический список

1. Биргер И.А., Иоселевич Г.Б. Резьбовые соединения. Библиотека конструктора. М.: Машиностроение, 1973.,256 с.
2. Петриков В.Г., Власов А.П. Прогрессивные крепежные изделия. –М.: Машиностроение, 1991. ?256 с.

© 2010 Гусева Галина Геннадиевна