Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса в области управления качеством буровых шарошечных долот (БШД) 9
1.1. Современное состояние качества БШД 9
1.2. Общая характеристика БШД: конструкция, условия эксплуатации, классификация, показатели качества 15
1.3. Конструкторско-технологические методы управления качеством БШД. 27
1.4. Роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством БШД 33
Цели и задачи исследования. 46
Глава 2. Теоретические методы управления качеством БШД 48
2.1. Методические основы управления качеством БШД 48
2.2. Аналитическая модель работы БШД . 53
2.3. Модель управления качеством БШД на стадии производства 59
2.4. Статистические методы управления качеством БШД 62
Выводы по главе 74
Глава 3. Управление качеством бшд на стадии проектирования ...76
3.1. Влияние физико-механических свойств горных пород на геометрические параметры вооружения 77
3.2. Рациональное размещение твердосплавного вооружения . 82
3.3. Разработка твердосплавного вооружения шарошек с повышенной скалывающей способностью 84
3.4. Оптимизация промывочных устройств БШД 92
3.5. Выбор материалов. Упрочнение элементов вооружения БШД 96
Выводы по главе 102
Выводы
- Общая характеристика БШД: конструкция, условия эксплуатации, классификация, показатели качества
- Роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством БШД
- Аналитическая модель работы БШД
- Рациональное размещение твердосплавного вооружения
Введение к работе
Современные требования к буровому породоразрушающему инструменту создает потребность в создании новых конструкций буровых шарошечных долот (БШД). Сложнейшая кинематика работы БШД на забое скважины, высокие динамические нагрузки, которые претерпевает инструмент при разрушении горных пород самой различной твердости, вязкости и абразивности, делают БШД одной из самых сложнейших высоконагруженных конструкций [50].
Непрерывный рост глубины эксплуатационных и разведочных скважин, а также выход в труднодоступные районы бурения, острая конкуренция между фирмами России, дальнего и ближнего зарубежья предъявляют повышенные требования к качеству и эффективности современного породоразрушающего инструмента. При этом первоочередной остается проблема создания высокоэффективных БШД, на которые приходится (90 - 97)% объема бурения. Основным производителем БШД в Российской Федерации является ОАО «Волгабурмаш» [84,90].
В современных условиях важнейшим компонентом при изготовлении БШД и основным фактором конкурентоспособности выпускаемой продукции становится системы менеджмента качества, разрабатываемые в соответствии с требованиями МС ИСО серии 9001:2000 [5,35 - 39].
Сущность управления качеством на стадии проектирования заключается в обеспечении условий, при которых в любой момент времени на любом этапе проектирования можно получить информацию о качестве изготавливаемой продукции, и в случае обнаружения несоответствий, на каком этапе они возникли и принять меры по их ликвидации [12 - 18]. Поэтому реальная реализация системы менеджмента качества возможна только на основе развитой информационной инфраструктуры производственного процесса, эффективным инструментом получения и анализа которой являются статистические методы [19 - 22,27,45,67 - 70,75 - 77, 87 - 89].
Отдельными вопросами статистических методов постоянно занимаются ученые, инженеры и экономисты. Однако систематизированного изложения этих важных вопросов в оценке качества БШД пока нет. Объясняется это сложностью и многообразием причин, влияющих на показатели качества, большим количеством несвязанных параметров БШД, принципиальными трудностями прямого наблюдения ряда показателей, отсутствием у производственников ясного понимания эффективности статистических методов, а также большим разрывом между наукой и методов обработки данных и практикой их использования. Для конкретного повышения качества БШД необходимо развертывать работы по разработке, стандартизации, распространению и внедрению статистических методов исследования -статистический анализ, статистическое регулирование и контроль технологических процессов.
Цель работы - повышение качества изготовления БШД за счет совершенствования конструкторско-технологических решений на основе статистических методов управления.
В работе определен, сформулирован и решен комплекс задач, направленных на достижение поставленной цели. Теоретическую основу разработанных решения составили основные принципы всеобщего управления качеством (TQM), основы которой заложены в работах Э. Деминга, Дж. Джурана, Ф. Кросби, К. Исикавы, А. Фейгенбаума и др. зарубежных ученых [101 - 115]. В работах отечественных ученых В.Н. Азарова, В.Я. Белобрагина, Б.В. Бойцова, В.В. Бойцова, В.А. Васильева, В.Г. Версана, А.В. Гличева, О.А. Горленко, И.П. Данилова, А.Н. Колмогорова, М.Г. Круглова, Б.С. Мигачева, В.В. Окрепилова, Т.Ф. Сейфи, Г.П. Шлыкова и др. получили дальнейшее развитие принципы TQM, идеология системного и практического подходов к качеству.
Содержание настоящей работы обобщает результаты исследований и разработок, выполненных автором за период с 1997 по 2002 г.г. по повышению
качества за счет совершенствования конструкторско-технологических решений на основе статистических методов управления.
Наиболее существенный вклад в совершенствование БШД внесли научные школы Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ), Мавлютов М.Р., Матвеев Ю.Г., Попов А.Н., Спивак А.И. и др., Российского научно-исследовательского института буровой техники (ВНИИБТ) Мессер А.Г., Агошашвили Т.Г., Палий П.А., Эйгелес P.M., Кораблев Г.А. и др., Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина (РГУ нефти и газа) - Жидовцев Н.А., Кершенбаум В.Я., Бикбулатов И.К., Гинсбург и др., ВНИИТС - Чувилин A.M., Линдо Г.В., и др., ученые и специалисты ОАО «Волгабурмаш» Сокин П.И., Михайлин Ю.Г., Торгашов А.В., Богомолов Р.М., Неупокоев В.Г. и др.
Работа состоит из четырех глав и приложений.
Первая глава содержит результаты анализа состояния решения проблем в области управления качеством БШД. В главе приведена общая характеристика требований к качеству БШД: конструкция, условия эксплуатации, классификация, показатели качества, описаны современные конструкторско-технологаческие методы управления качеством БШД, роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством.
По результатам анализа сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена теоретическим основам управления качеством БШД. Приведены методические основы и аналитическая модель управления качеством БШД, описана разработанная модель управления качеством БШД на стадии производства и алгоритм внедрения статистических методов управления качеством БШД.
Третья глава отражает результаты управления качеством БШД на стадии проектирования. В главе представлены описания влияния физико-механических свойств горных пород на геометрические параметры вооружения, рационального размещения твердосплавного вооружения, разработки твердосплавного вооружения шарошек с повышенной скалывающей
7 способностью, оптимизации промывочных устройств, выбора материалов и упрочнения элементов вооружения.
Четвертая глава посвящена статистическим методам управления качеством БШД на стадии производства. В главе представлены статистический анализ технологических процессов, статистическое регулирование технологических процессов и статистический приемочный контроль при изготовлении БШД.
В заключительной части главы приведены результаты опытной апробации и внедрения разработанных методов, методик и алгоритмов на предприятиях ОАО «Волгабурмаш», ОАО «Уралбурмаш», сформулированы основные выводы по работе.
В приложениях приведены акты внедрения и другие документы, подтверждающие практическое использование результатов работы.
Результаты работы докладывались автором:
- на научно-практической конференции по проблемам бурового
породоразрушающего инструмента, май 1999 г., г. Самара.
на научно-техническом совете ОАО «Волгабурмаш», декабрь 1997 г., г. Самара.
на научно-техническом совете ОАО «Уралбурмаш», июнь 2000 г., п. Верхние Сергии Свердловской обл.
- на Всесоюзной научно-практической конференции «Управление
качеством и сертификация», март 2002 г., г. Москва.
- на расширенном научно-техническом совете кафедры производства
летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении Самарского
государственного аэрокосмического университета- имени академика СП.
Королева, март 2003 г., г. Самара.
Содержание диссертационной работы отражено в 15 научных трудах, в т.ч. в одной монографии, двух учебных пособиях, двух стандартах предприятия и 10 статьях, опубликованных в центральных научно-технических изданиях.
Результаты исследований нашли практическое применение на ряде предприятий отрасли, в т.ч. на ОАО «Волгабурмаш», ОАО «Уралбурмаш» и др. Общий экономической эффект от внедрения результатов разработки составляет 893 тыс. руб.
На защиту автором выносятся:
Модель управления качеством БШД на стадии производства.
Информационные процедуры и алгоритм внедрения статистических методов управления качеством при изготовлении БШД.
Рациональное размещение твердосплавного вооружения.
Статистический анализ ТП изготовления шарошки с использованием матрицы связей, гистограмм, коэффициента воспроизводимости Ср.
Методика статистического регулирования изготовления «лапы» БШД.
Методика статистического приемочного контроля при изготовлении твердосплавных зубков.
Общая характеристика БШД: конструкция, условия эксплуатации, классификация, показатели качества
Основными составными частями являются: негерметизированная опора лапы - подшипниковый узел качения -скольжения (цапфы) находится в нижней части лапы, на которой монтируется шарошка, и не защищена от проникновения промывочной жидкости; герметизированная опора лапы - подшипниковый узел скольжение-шарик-скольжение (цапфа) находится в нижней части лапы, на которой монтируется шарошка, для подшипника необходима специальная смазка; замковый палец, который обеспечивает поступление смазки в опору и служит для удержания шариков, приваривается к спинке лапы; твердосплавный зубок - зубок из спечённого карбидо-вольфрамового сплава, запрессовываемый в шарошку из углеродистой стали, и обеспечивающий долоту способность разрушать породу; негерметизированная опора типа ролик-шарик-ролик; негерметизированная опора типа ролик-шарик-скольжение; герметизированная опора типа скольжение-шарик-скольжение; герметизированная опора, типа ролик-шарик-скольжение; фрезерованные зубья шарошки; гидромониторная лапа - секция долота с обработанной подшипниковой опорой; система смазки - система, соединяющая полость опоры со смазочным резервуаром и обеспечивающая уравновешивание давления по уплотнению; узел смазочного резервуара; узел насадки; малая втулка; подпятник; шарошка с фрезерованными зубьями.
Условия эксплуатации БШД на забое скважины жесткие. Достаточно сказать, что БШД, имея диаметр 46-508 мм, работают при осевых нагрузках 2 -17 40кН, при частоте вращения от 0,7 до 20 с 1 в абразивосодержащей среде, при значительной динамичности приложения нагрузки.
Высокая энергоёмкость разрушения горных пород требует подведения к долоту большой (более 50 кВт) мощности. Реализация этой мощности происходит через небольшие контактные поверхности, что обуславливает высокую напряжённость работы элементов долота. Так, в работе опоры БШД одновременно участвует не более 25 % всех тел качения, а поэтому контактные напряжения достигают в опорах качения 4000-5000 МПа, а в опорах скольжения - 30-40 МПа [50].
Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации БШД при бурении скважин свидетельствует о том, что в отработанных долотах с открытой опорой износ беговых дорожек подшипников роликовых составляет (1,5 — 5,5) мм; шариковых - (0,3 - 1,6) мм; скольжения - (0,07 — 1,6) мм, что совпадает с установленной неравномерной загруженностью подшипников.
Температура среды в забое на некоторых участках достигает 473 К и выше. На контакте зуб шарошки - горная порода и в опорах возникают температурные изменения до 1300 К и более. Экспериментальные данные [74] показывают, что температура нагрева роликов достигает 583-673 К. Это может вызвать в долотных сталях температурные напряжения, которые будут способствовать зарождению первичных трещин и усталостных выкрашиваний.
Надёжность работы систем смазки опор определяется объёмом (наличием) смазки. Так, для долота диаметром 215,9 мм объём пустой полости шарошки составляет 35-40 мм3. Если опора герметизирована, то этот объём следует считать замкнутым, и смазка в процессе работы долота будет подвергаться интенсивному нагреву. Поэтому, при небольших глубинах скважин и жёстких условиях работы смазка опор может быть малоэффективна. Смазка может вымываться из негерметизированных опор либо в процессе спуска долота в скважину, либо в начале его работы на забое и опора, в основном, работает в среде абразивосодержащей промывочной жидкости. Кроме того, буровая промывочная жидкость почти всегда содержит разные химические реагенты, которыми она специально обрабатывается. К этому следует добавить, что работа протекает при высокой динамичности и цикличности приложения нагрузки (коэффициент динамичности для БШД Кд = 1,3 - 1,5), а также высоком всестороннем гидростатическом давлении, достигающим 6000 - 8000 МПа и более. На долото подаётся также крутящий момент (до 2500 Нм), а буровая жидкость протекает через сопла в долоте со скоростью 50-100 м/с и более.
Жёсткие энергетические и гидродинамические условия работы, а также конструктивные особенности предопределяют низкую стойкость и повышенный износ БШД. Долото может эффективно работать только в том случае, если его тип, конструкция и режимы отработки соответствуют разбуриваемым породам. В то же время физико-механические свойства горных пород разнообразны, и это необходимо учитывать. Опытным путем установлено, что, если мягкие и средней твёрдости малоабразивные породы могут успешно разрушаться шарошками с фрезерованными зубьями, рабочие поверхности которых наплавлены зернистым литым твёрдым сплавом, то для абразивных и особенно крепких пород более эффективно применять шарошки с твердосплавным вооружением. Многообразие физико-механических свойств горных пород, а также использование высокооборотного (турбобур, электробур) и низкооборотного (ротор; винтовые, редукторные забойные двигатели) бурения требуют создания БШД различных конструкций и типоразмеров [90].
Классификация БШД по JADS (Международной ассоциации буровых подрядчиков) основана на четырёх символьном коде, отражающем конструкцию долота и тип горных пород [23, 24]. Первые три символа - цифровые, а четвёртый - буквенный. Последовательность цифровых символов определяется как «серия-тип-опора/калибрующая поверхность». Четвёртый буквенный символ определяется как «дополнительные характеристики».
Первая цифра кода - серия вооружения долота (1 — 8). Серии от 1 до 3 определяют долота с фрезерованным вооружением, а серии от 4 до 8 - долота с твердосплавным вооружением. Внутри групп увеличение цифры серии означает увеличение твёрдости пород.
Вторая цифра кода - тип вооружения долота (1 - 4). Каждая серия разделена на 4 типа в зависимости от твёрдости разбуриваемых пород. Тип 1 означает долота для бурения наиболее мягких пород в пределах серии, а тип 4 - относится к наиболее твёрдым породам в пределах серии.
Роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством БШД
В последние годы в связи с выходом отечественных БШД на мировой рьшок и обострением конкуренции на первый план выходит проблема качества, разрабатываемая в ряде стран на государственном уровне и составившая основу национальных экономических программ. Высокие темпы научно-технического прогресса вызывают усложнение конструкторско-технологических решений в повышении качества БШД.
Необходим комплексный подход к решению проблемы обеспечения планового и устойчивого улучшения качества БШД, а также научная основа, позволяющая не только систематизировать все параметры, определяющие качест -34 во БШД, но и оценить важность каждого элемента для обеспечения качества при производстве. Чем определяется необходимость обеспечения качества? В настоящее время необходимость обеспечения качества определяется следующими обстоятельствами [8, 31-34, 43, 46, 71,82]. внедряются рыночные отношения, основу которых составляет использование экономических стимулов в прямой зависимости от повышения качества продукции и степени удовлетворения потребности населения в высококачественных видах продукции; значительно усиливаются взаимосвязи между экономической и технической сторонами качества, что определяет необходимость определения и использования во взаимоотношениях между предприятиями экономически оптимального качества продукции; широко распространяется внедрение международных стандартов ИСО серии 9000 по системам обеспечения качества как необходимого условия в проведении сертификации отечественной продукции и повышении ее конкурентоспособности на мировом рынке. Проблема качества осознается уже как стратегическая проблема, от успешного решения которой во многом зависит стабильность экономики страны, место страны в мировом производстве и распределении товаров [25, 44, 51]. В настоящее время понятие «качество» играет исключительно важную роль. Однако единой общепринятой формулировки понятия «качество» до сих пор не существует. В связи с этим отсутствует единый подход к оценке качества промышленных изделий и единые пути управления им [26, 29]. Наиболее известные специалисты в области менеджмента имеют следующие взгляды на качество. Доктор Сегецци (Швейцария): «Основой качества является культура и цивилизация общества»... «качество выполняемой работы как основа качества продукции уходит своими корнями в уровень качества предприятия». У.Ньюдисин (США): «От повышения качества выигрывает общество. Требования удовлетворяются, эксплуатация ресурсов сокращается, а прибыли растут». Дени Котон (Франция): «Качество - это определяющая цель предприятия». Г.Харрингтон (США): дает определение понятия «качество» как «удовлетворение ожиданий потребителя за цену, которую он может себе позволить, когда у него возникает потребность», а определение «высокого качества» как «превышение ожиданий потребителя за более низкую цену, чем он предполагал и выполнение изделием (сервисом) своих функций каждый раз без ремонтов и отказов».
Кросби (США) определяет качество как «соответствие требованиям», имея в виду степень соответствия всех особенностей и характеристик изделий техническим условиям. Ж.Джуран (США) использует понятие «качество» в виде определения «пригодность для достижения цели», т.к. оценка качества потребителем основана на пригодности изделия к использованию, а не на соответствии изделия требованиям технических условий. Г.Тагути (Япония) рассматривает качество изделия с учетом его отклонения от номинального или заданного значения на основе квадратичной функции издержек. [2] Доктор А.Фейгенбаум (США): «Комплексное управление качеством превратилось в ключ эффективности современной промышленной экономики». Международный стандарт ИСО 9000: 2001 определяет качество как «степень соответствия присущих характеристик (собственной или присвоенной, качественной или количественной, физические, органолептические, этические, временные, эргономические, функциональные) требованиям потребности или ожиданиям, которое установлено» [37].
Уточнение понятия качества продукции создает предпосылки для лучшего понимания проблем управления качеством, для разработки стратегических программ по их решению. Качество продукта представляет собой его свойство (способность) удовлетворить потребности и ожидания конкретного потребителя и является конечной целью производителя, определяющее его конкурентоспособность.
Аналитическая модель работы БШД
Основным фактором, определяющим конструкцию БШД в целом, является диаметр скважины. Главным при проектировании БШД является наиболее полное использование весьма ограниченного пространства скважины для размещения всех элементов БШД при оптимальном соотношении их размеров.
Эксплуатационное качество БШД определяется тремя основными составляющими элементами шарошки: опора, вооружение и толщина тела шарошки. Пространство, максимально возможное для размещения шарошек БШД, определяется углом наклона цапфы, т.е. углом между осью цапфы и горизонтальной плоскостью. Определение этого является первым этапом проектирования.
Исследования [11] показали, что угол наклона цапфы от 30 до 40 градусов обеспечивает наилучшее соотношение между основными элементами долота. Так, например, в долотах для бурения мягких и среднемягких пород угол наклона принят равным — 33 градуса, в долотах, предназначенных для более твердых пород — 36 градусов.
Этапы проектирования геометрических характеристик долот, с целью увеличения эффективности его работы в настоящее время практически исчерпала себя [30]. Поэтому требуется разработать иные пути повышения качества БШД.
Одним из возможных путей повышения качества изготовления БШД может явиться исследование работы вооружения на забое, анализ результатов и выяснение причин низкой, работоспособности долот при условии возникновения такого распространенного явления, как рейкообразование (трекинг), т.е. разработка математической модели работы БШД.
На стадии проектирования разработанная математическая модель позволяет проследить работу БШД на деформируемом забое и рассчитать такие его характеристики, как показатель объемного разрушения породы, неравномерности поражения забоя венцами шарошек, показатель механической скорости, форму зуба и его взаимодействие с породой [4, 83]. Для построения кинетических характеристик БШД прежде всего необходима информация о любой точке рабочих выступов шарошек в процессе взаимодействия их с породой.
Точки рабочих выступов при заданных геометрических параметрах будут находиться в контакте с породой тем дольше, чем большей частью (дугой) зуб контактирует с поверхностью забоя скважины в каждый момент времени. Это обстоятельство является отправным пунктом при вычислении путей контакта зубьев шарошек с породой и при оценке влияния этих величин на работу БШД.
Передаточное отношение шарошки определяется из условий равномерного вращения ее вокруг своей оси и равенства контактных работ, совершаемых относительно венца чистого качения. Условие, при котором, вычисляется передаточное отношение шарошки, является, с одной стороны, критерием достоверности определения контактных работ, а с другой — упрощает получение действительных путей контакта, служащих основными исходными параметрами для расчета критериев оценки работы долота на забое скважины. Такими критериями являются [83].
Аналитическая модель работы БШД, представляющая совокупность этих критериев, позволяет определить режим вращения шарошек (формула 2.19), оценить абразивный износ вооружения по венцам (формула 2.20), интенсивность разрушения породы на соответствующих участках забоя скважины, а также даёт картину относительной эффективности работы БШД на модели забоя скважины, близкой к реальной. Вычисление вышеизложенных критериев реализуется с помощью программы КИПСМ (кинетический паспорт долота со смещёнными осями) на ЭВМ. Исходные геометрические параметры вооружения долот снимаются графически со схемы поражения радиуса забоя.
Предлагаемая модель относится к принципиально новому поколению систем организации бездефектных производств. Ее основными отличительными особенностями являются:
? наличие информационной базы, включающей в себя данные о конструктивно-технологических параметрах и нормативных документах; перечни особо ответственных ТП, новых и освоенных ТП с указанием особо контролируемых параметров этих процессов и элементов конструкций; значения заявленных характеристик безопасности и надежности; данные о характеристиках материалов, полуфабрикатов, параметры оборудования, оснастки и приспособлений, инструментов;
? объединение отдельных управленческих процедур в целостную автоматизированную технологию управления, позволяющую комплексно решать задачи контроля, учета, анализа и регулирования производства;
? развитое нормативно-методическое обеспечение реализации управленческих процессов, необходимое для согласованного выполнения управленческих процедур различными работниками предприятия и ориентация их на достижение высоких конечных результатов.
Рациональное размещение твердосплавного вооружения
Одним из эффективных способов повышения стойкости БШД является рациональное размещение твердосплавного вооружения (зубков в венцах шарошек), обеспечивающее более низкие изгибающие нагрузки. Рассмотрение решения этих задач проводится на примере долот Ш 215,9 ТЗ-ГАУ-1140 и Ш 215,9 ТЗ-ГНУ-Ш)5.
Анализ работ [10,84] показал, что долговечность БШД в целом определяют зубья периферийных венцов шарошек. На рис. 3.1 показана схема воздействия двухрядного венца на забой. Шаг в рядах двухрядных зубков много больше, чем в однорядных. Предпериферийная часть забоя поражается только рядами с большим шагом, и при этом может формироваться весьма устойчивая рейка. Причем выступы рейки располагаются напротив зон поражения забоя зубками внешних рядов. Последнее существенно увеличивает изгибающие силы, действующие на зубки со стороны забоя за счет отклонения векторов Р сил от осей зубков в сторону стенки скважины. Положение усугубляется тем, что выступы этой рейки разрушаются боковым скалывающим действием периферийных зубков, но в момент скалывающего действия выступ может быть прижат (нагружен) телом шарошки.
Исследования путей улучшения условий работы твердосплавного вооружения дали следующие технические решения. В случае применения зубков большого диаметра их шаг в венцах может быть уменьшен, если зубки будут иметь вид ступенчатых вставок [90]. Эта рекомендация может быть распространена и для БШД типа М большого диаметра.
Для БШД типов СЗ и ТЗ предложено зубки во внутренним ряду периферийного венца разместить в виде четного количества чередующихся групп, при этом в пределах нечетных групп от первого элемента группы к последнему угловое смещение зубков относительно зубков внешнего ряда уменьшается от 0,6 до 0,4 его углового шага, а в пределах четных групп — увеличивается от 0,4 до 0,6 его углового шага. Зубки внутренних венцов скоординированы относительно периферийных. Такое размещение зубков в венцах уменьшает образование рейки, как в центральной, так и в периферийной частях забоя и обеспечивает лучшую поражаемость забоя при меньшем количестве зубков в венцах. Предложенное техническое решение было реализовано в шарошках долота Ш 215,9 ТЗ-ГАУ-І140К. координированное размещение зубков в венцах позволило в опытном долоте уменьшить количество зубков на 7,3%. Испытания этих опытных долот на стенде БИС-150 в ОАО «Волгабурмаш» на стальном забое показали увеличение их стойкости по сравнению с базовым на 13% и существенное снижение рейкообразования.
Однако, последующие наблюдения за износом опытных долот R40K привели к заключению, что ожидаемого преимущества по показателям качества бурения не получили. По нашему мнению, это было обусловлено снижением запаса вооружения на внешних рядах периферийных венцов шарошек.
С целью исключения указанного недостатка была предложена новая конструкция БШД, позволяющая более эффективное разрушение рейки на периферийной части забоя за счет попарно размещенных зубков в рядах периферийного венца. Анализ проведенных исследований, а также работ [84] существующих конструкций вооружения шарошек долот как фрезерованными, так и вставны 84 ми зубьями отечественного и зарубежного производства показал, что не учитывались кинематика работы долота на забое, а также следующее: армирование вооружения (наплавка) износостойкими покрытиями производится чаще всего не с обеих граней, а наносится либо на набегающую, либо на обратную грань зуба, при этом даже на ведущий венец наносится также несимметрично; существуют долота с наклонными зубьями, в частности вставными черпакообразными, разработанными фирмой Хъюз Тул и зубками «Самара», разработанными нами совместно с ГААГ им. И.М. Губкина. Значительное повышение стойкости БШД может быть получено путем разработки твердосплавного вооружения шарошек с повышенной скалывающей способностью, т.е. разработки долота с оптимизированной геометрией вооружения фрезерования зубьев, черпакообразных зубьев, а также упрощения элементов вооружения.
По принципу конструирования зубки черпакообразной формы отличаются от других формой вогнутой и выпуклой граней. Передняя вогнутая грань имеет сферическую форму, что позволяет полнее использовать эффект черпака и повышает способность к шламоотделению, особенно при использовании долот в пластичных породах. Несмотря на то, что современные долота твердосплавным вооружением в состоянии успешно разбуривать любые горные породы от самых мягких до очень крепких, фрезерованные долота (рисунок 3.2а) продолжают находить широкое применение по двум основным причинам. Первая — это более высокая механическая скорость бурения в мягких и средне-мягких малообразивных породах, вторая — существенно более низкая стоимость по сравнению со штыревыми долотами.
Для изготовления твердосплавных зубков и для износостойких наплавочных материалов для армирования зубьев фрезерованных шарошек, подвергающихся в процессе работы абразивному износу, применяют вольфрамокобальто-вые твердые сплавы. В соответствии с ОСТ 26-02-1315-84 твердосплавные зубки могут изготавливаться из сплавов марок : ВК4-В, ВК8-ВК и ВК11-ВК. Из сплавов ВК4-В и ВК8-ВК изготавливаются зубки с плоской вершиной, используемые для армирования обратных корпусов шарошек и козырьков лап. Из сплава ВК11-ВК изготавливаются зубки всех остальных форморазмеров: от зубков со сферической головкой, применяемых в долотах для бурения очень крепких пород, до клиновидных, применяемых в долотах для бурения мягких абразивных пород. ОАО «Волгабурмаш» в своих долотах применяет зубки из сплавов марки ВК10, ВК13иВК16[50].
