Способ измерения нагрузок в опорах шарошечного долота и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к бурению, а именно к шарошечным буровым долотам. Цель - повышение эффективности способа путем получения более достоверной информации и повышение эффективности устройства путем возможности проведениязамеров по всей площади опоры. Это достигается тем, что устройство имеет измерительный элемент 9 из упругого материала с диаметрально расположенными точечными упорами. Упоры имеют возможность продольного перемещения по каждой последующей образующей опоры 4. Для этого цапфа 2 выполнена разборной и имеет поворотный узел в виде фланца 22 с полукольцевым пазом и прижимных болтов 23. Посредством поворотного узла цапфа 2 может поворачиваться вокруг оси и закрепляться. С измерительным элементом 9 связан микрометрический узел 14. При проведении замеров благодаря возможности продольного перемещения упоров и поворота цапфы 2 вокруг оси получается более достоверная информация о величине нагрузки опоры 4. 2 с.ф.п.ф-лы, 3 ил.^4^ О VI СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, . Ы,, 1714073 А1 (21) 4688641/03 (22) 06.05.89 (46) 23.02.92. Бюл. гЬ 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Г,Ф.Перлов, В,А.Бирман, А.А,Перегудов и А.Л.Бровер. (53) 622.24,051.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 794151, кл. Е 21 В 10/22, 1977. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗОК В

ОПОРАХ ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению, а именно к шарошечным буровым долотам.

Цель — повышение эффективности способа путем получения более достоверной информации и повышение эффективности устройства путем возможности проведения

2 замеров по всей площади опоры. Это достигается тем, что устройство имеет измерительный элемент 9 из упругого материала с диаметрально расположенными точечными упорами. Упоры имеют возможность продольного перемещения по каждой последующей образующей опоры 4. Для этого цапфа 2 выполнена разборной и имеет поворотный узел в виде фланца 22 с полукольцевым пазом и прижимных болтов 23.

Посредством поворотного узла цапфа 2 может поворачиваться вокруг оси и закрепляться. С измерительным элементом 9 связан микрометрический узел 14. При проведении замеров благодаря возможности продольного перемещения упоров и поворота цапфы 2 вокруг оси получается более достоверная информация о величине нагрузки опоры 4. 2 с.ф.п.ф-лы, 3 ил.

1714073

Изобретение относится к бурению, конкретно к шарошечным буровым долотам.

Известен способ регистрации осевых нагрузок и крутящих моментов, передаваемых через корпус долота, включающий измерение нагрузок с помощью специальных датчиков. Он позволяет замерять нагрузки, воспринимаемые подшипниками опор шарашек.

Известен способ определения нагрузки на опорные подшипники шарошечного долота, согласно которому измеряют нагрузку с помощью тензорезистивных датчиков.

Способ осуществляется устройством для измерения нагрузок на опорные подшипники, содержащим шарошку, лапу с цапфой, в которой выполнен канал для размещения датчиков.

Регистрируемые с помощью датчиков и аппаратуры сигналы характеризуют нагруженность не точки, а участка подшипника, занимаемого датчиком. Это не позвоЛяет получить точную информацию о мгновенных значениях нагрузки, действующей в различных точках подшипника.

Кроме того, использование указанного способа не дает высокой достоверности замеров нагрузки на подшипник в радиальном. направлении. При параллельном смещении оси канала относительно оси цапфы сигнал радиально смещенного датчика неточен, так как с увеличением радиального смещения датчика увеличивается толщина стенки, деформацию которой измеряет датчик. Если ось канала выполнить соосной с осью цапфы, понизить прочность цапфы.

Целью изобретения является повышение эффективности способа путем получения более достоверной информации, а также путем возможности проведения замеров по всей площади опоры.

Указанная цель достигается согласно способу измерения нагрузок в опорных под- шипниках шарошечного долота, включающему измерение нагрузок по периметру опоры цапфы с помощью тензометрического узла, осуществление которого обуславливается применением устройства определенной новой конструкции.

На фиг. 1 изображена секция долота для проведения стендовых испытаний; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1 (вариант изготовления измерительного элемента датчика в виде упругого кольца сжатия); на фиг. 3 — вид

Б на фиг. 1 (вариант фиксации поворотной цапфы в лапе с помощью крепежных болтов).

Устройство содержит лапу 1 с цапфой 2, роликовыми подшипниками 3 и 4, замковым

40 подшипником 5, с помоЩью которых на цапфе 2 монтируется шарошка 6..В цапфе 2 выполнен канал 7, ось которого смещена параллельно оси цапфы. Этот канал может быть выполнен цилиндрической или другой формы, он приближен к поверхности роликовой дорожки подшипника 4 (максимально при условии обеспечения необходимой прочности цапфы). Диаметр канала должен быть минимальным, чтобы исключить искажение сигнала от нагружения точки цапфы рядом расположенными роликами, но при этом в нем должен разместиться датчик 8 необходимых габаритов. Датчик 8 состоит из измерительного элемента 9 и штока 10.

Измерительный элемент может быть выполнен в виде упругого тензометрического кольца 11, разрезного кольца или разрезной балки, работающей на изгиб (как один из вариантов), с установленными на нем упорами 12; имеющими полусферическую форму головки контакта со стенкой канала. Высота измерительного элемента по вершинам головки несколько больше диаметра канала (или его высоты, если он имеет нецилиндрическую форму) с тем, чтобы создать предварительное сжатие элемента, На поверхностях элемента наклеены тензодатчики 13. Шток 10, соединенный с измерительным элементом одним из известных способов, имеет микрометрическое устройство 14, обеспечивающее перемещение на задаваемую величину датчика по каналу 7 таким образом, что точечные упоры находятся на радиусе цапфы (в плоскости, включающей оси цапфы и канала). Упор 15 неподвижно закреплен на хвостовике датчика с помощью фиксатора 16 с резьбовым кольцом, входящим в резьбовое отверстие упора. Шпилька 17 вворачивается в отверстие цапфы и свободно проходит через отверстие упора. Вращением гайкй 18 осуществляется поступательное движение датчика в канале. В устройстве имеется шкала 19 перемещения. Ось резьбового отверстия в упоре выполняется в плоскости. включающей ось цапфы и канала.

Возможны другие конструкции устройства, фиксирующего и перемещающего датчик, в частности с использованием шагового двигателя (фиг. 1 и 3).

Лапа 1 имеет цилиндрическое отверстие, в которое вставляется хвостовик 20 цапфы. Хвостовик имеет бурт 21, которым цапфа упирается в спинку лапы. Конструкция поворотного узла представлена на фиг, 3. Хвостовик цапфы выполнен в виде флан„ца с полукольцевым пазом 22, в который вставляются крепежные болты.23. Болты завинчиваются в резьбовые гнезда, предус1714073

55

-мотренные в спинке лапы. На цапфе устанавливается шкала центральных углов цапфы 2, а на лапе наносится риска, позволяющие фиксировать угол повооота с датчиком нагрузки относительно "нулево- 5 го" положения, когда упоры датчиков располагаются в плоскости, включающей оси цапфы и канала.

Способ измерения нагрузок в опорных подшипниках осуществляется следующим 10 образом.

Цапфа выставляется в "нулевом" положении и фиксируется болтами 23. Датчик нагрузки с помощью микрометрического,устройства 14 устанавливают в канал напро- 15 тив края подшипника, наиболее удаленного от спинки лапы. Для облегчения процесса записи показаний датчика долото или его секцию проще испытывать на обращенном забое, хотя с помощью токосъемника можно 20 вести запись при бурении на обычном забое. Режимы бурения задаются, исходя из программы испытаний. Долото (или его секция) закрепляется на стенде, прирабатывается в течение некоторого времени забой 25 (при пониженных значениях частоты вращения и осевых нагрузок), задаются рабочие параметры бурения и осуществляется запись нагрузки в радиальном подшипнике (подшипниках). После этого датчик переме- 30 щают в канале по направлению к спинке лапы на заданное и фиксируемое расстояние. Долото(секцию) нагружают и производят повторную запись, Этот процесс повторяют, перемещая датчик вдоль всей 35 длины канала над подшипником, в результате чего получают значения нагрузки- на подшипник по всей его длине в "нулевом" положении. Цапфу раскрепляют и поворачивают вокруг своей оси на задаваемый 40 угол, закрепляют болтами на спинке лапы, датчик вновь устанавливают в канале напротив края подшипника, удаленного от спинки лапы, и производят запись нагрузок.

При осуществлении п редлагаемого спо- 45 соба появляется воэможность получения высокой достоверности величины и характера распределения радиальных нагрузок в подшипнике как в осевом, так и радиальном направлениях, а также зависимости распределения нагрузки от зазсров в подшипнике. так как обеспечивается замер нагружения подшипника в точке, " не в плоскости.

Формула изобретения

1. Способ измерения нагрузок в опорах шарошечного долота, включающий измерение нагрузки по периметру опоры цапфы с помощью тензометрического узла, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности способа путем получения более достоверной информации; замер нагрузки производят перемешиванием тензометрического узла вдоль каждой последующей образующей опоры микрометрическим узлом.

2, Устройство для измерения нагрузок в опорах шарошечного долота, содержащее цапфу, установленную на цапфе посредством опоры шарошку, канал в цапфе, ось которого смещена параллельно оси цапфы, и тензометрический узел, установленный s каналецапфы, отл и чаю щееся тем,чт с целью повышения эффективности устройства путем обеспечения возможности проведения замеров по вСей площади опоры, оно снабжено измерительным элементом из упругого материала с диаметрально расположенными точечными упорами, установленными в канале с возможностью продольного перемещения, микрометрическим узлом, соединенным посредством штока с измерительным элементом, и поворотным узлом в вИде фланца с полукольцевым пазом, и прижимных болтов, расположенных в полукольцевом пазу, причем фланцы поворотного узла прикреплены к цапфе, а точечные упоры установлены с возможностью взаимодействия с внутренними стенками канала вдоль радиуса цапфы, выполненной разборной, 1714073

Фи .

ВодБ

Составитель В. Бирман

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор Н. Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 668 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5