Разработка теоретических основ и реализация структурно упорядоченной сборки буровых долот (26.10.2009)

Автор: Журавлев Андрей Николаевич

Таблица 1

Варианты m-структур размерных компоновок роликов СУС (фрагмент)

№ п/п Варианты m-структур № п/п Варианты m-структур

1 (Dmax, Dmin, Dsr,)…/(dmax, dmin, dsr),… 8 (Dmin, Dsr, Dmax,)…/(dmax, dmin, dsr,)…

2 (Dmax, Dmin, Dsr,)…/(dmax, dsr, dmin,)… 9 (Dmin, Dsr, Dmax,)…/(dmax, dsr, dmin,)…

3 (Dmax, Dmin, Dsr,)…/(dmin, dmax, dsr,)… 10 (Dmin, Dsr, Dmax,)…/(dmin, dmax, dsr,)…

4 (Dmax, Dsr, Dmin,)…/(dsr, dmax, dmin,)… 11 (Dsr, Dmax, Dmin,)…/(dsr, dmax, dmin,)…

5 (Dmax, Dsr, Dmin,)…/(dsr, dmin, dmax,)… 12 (Dsr, Dmax, Dmin,)…/(dsr, dmin, dmax,)…

6 (Dmin, Dmax, Dsr,)…/(dmax, dmin, dsr,)… 13 (Dsr, Dmin, Dmax,)…/(dmax, dmin, dsr,)…

7 (Dmin, Dmax, Dsr,)…/(dmax, dsr, dmin,)… 14 (Dsr, Dmin, Dmax,)…/(dmax, dsr, dmin,)…

Роликовые опоры в процессе эксплуатации воспринимают внешнюю нагрузку на ролики с различной степенью интенсивности. Условия контакта в пределах базисного цикла в основном характеризуются силовым фактором, воздействующим на цилиндрические поверхности роликов при качении. В подвижном соединении роликовой опоры с помощью F – декомпозиции выявлены четыре зоны взаимодействий роликов во время эксплуатации рис. 4.

Р и с. 4. Зонная декомпозиция ( F-декомпозиция) двухрядных роликовых опор

Максимальная интенсивность внешнего силового воздействия Р, создающего натяг между подвижными и неподвижной деталями опоры, приходится на сектор обращенный к забою – зону натягов. Слева и справа от этой зоны расположены две симметричные зоны переходных состояний, где возможно наличие как натягов, так и зазоров. Диаметрально противоположно к зоне натягов расположена замыкающая зона – зона зазоров. Данные зоны принадлежат двум внутренним контурам А1, А2 (см. рис. 3, п.4).

. Далее строятся карты ГБРД и ГМРД, путем откладывания в полярной системе координат полученных значений ХБРД и хМРД.

Следующий этап включает геометрические действия по наложению полученных карт путем совмещения центров их координатных осей. При этом происходит формирование взаимосвязанного контура Б.

Далее производится вращение карты ГБРД относительно карты ГМРД с привязкой к полярной системе координат с началом отчета в метке Q1 и определяются количества совпадений сопряженного градиента величин ХБРД и хМРД (благоприятные исходы) при изменении углового разворота комплекта роликов БРД (фазового угла) ( с шагом 10(. На основе проведенного анализа определяется структурный коэффициент, характеризующий контур Б как взаимосвязь двух внутренних контуров A1 и А2, который находится по зависимости

- соответственно количество благоприятных и неблагоприятных исходов.

составляют последовательность из n нулей и единиц в выбранной системе отсчета. Оператор бинарной функции взаимосвязанного контура последовательности xj включает преобразование знаковой функции следующих сигнатур

в точках j будет периодической с периодом n. Через конечное число описанных преобразований происходит отображение конечного множества {M} в себя. Размер бинарного ряда с учетом F – декомпозиции составляет: в зоне натягов nН=7; первой и второй переходных зонах nП1=7 и nП2=7; в зоне зазоров nЗ=15.

Описанный алгоритм выполнен при изменении углового разворота комплекта роликов БРД (фазового угла) ( с шагом 10(, в результате чего были выявлены пульсирующие циклы, составленные произвольным чередованием двух видов монад. Анализ количества пульсирующих циклов ( в различных зонах взаимосвязанного контура Б роликовых опор, собранных по методикам СУС и НС (с произвольным расположением роликов на беговых дорожках), показал их существенное различие, что указывает на различие процессов взаимодействий роликов. На рис. 5 графически представлены зонные частоты пульсирующих циклов взаимодействий роликов для двух сравниваемых методик сборки.

Р и с. 5. Зонные частоты пульсирующих циклов взаимодействия роликов

во взаимосвязанном контуре Б:

а – методика СУС; б – методика НС

Как видно из рис. 5, при СУС по сравнению с методикой НС наблюдается более равномерное распределение пульсирующих циклов ( во всех зонах. Это дает основание полагать, что характер взаимодействия роликов по зонам, собранных по методике СУС, в отличие от НС, изменяется несущественно, что может быть объяснено более равномерным распределением нагрузки во взаимосвязанном контуре Б.

В результате проведенных исследований разработан принцип фазового соответствия, в основе которого лежат два положения:

- каждому варианту m-структуры соответствует рациональный угол разворота комплекта роликов БРД (внутреннего контура А1) относительно комплекта роликов МРД (внутреннего контура А2);

- если парные взаимодействия роликов с m-структурой имеют большинство благоприятных исходов, то при прочих равных условиях степень перераспределения нагрузки между внутренними контурами тем выше, чем больше количество пульсирующих циклов во всех зонах подвижного соединения.

- соответственно дисперсия и математическое ожидание совпадений углового положения зубков с роликами, имеющими в m-структуре диаметры Dmin, dmin (см. табл. 1). Данный коэффициент устанавливает связь между внешним контуром В и входящим в него взаимосвязанным контуром Б (см. рис. 3, п.5)

Учитывая процессы контактного взаимодействия деталей в соединении в качестве базовой модели, для нахождения взаимосвязи между расчетным ресурсом и переменными структурными параметрами, выбрано тождество проф. А.С. Проникова, в которое введены параметры, характеризующие структуру собираемого узла. Полученная модель имеет вид

- скорость линейного изнашивания роликов, определяемая по измеренной величине износа роликов за время ресурсных испытаний, мкм/ч;

Полученная расчетная модель (4) используется для выбора рациональных параметров СУС подвижного соединения с учетом оценки допустимого износа роликов. Расчетный ресурс опоры в часах, оценивается по значению корней Tmax, и Tmin биквадратного уравнения (4). Расчетные значения среднего ресурса трех секций (опор) на примере трехшарошечного бурового долота 187,3МЗ-ПГВ в зависимости от m-структуры комплектов роликов представлены на рис. 6.

Р и с. 6. Зависимости средних значений расчетного ресурса Тр от m-структуры комплектов роликов:

Ряд 1 - первая секция (опора); Ряд 2 – вторая секция (опора); Ряд 3 – третья секция (опора)

Как видно из рис. 6. для рассматриваемой марки долота рациональной является m-структура m26=(Dsr, Dmax, Dmin,)…/(dmax, dsr, dmin,)… т.к. численные значения расчетного ресурса при такой m-структуре максимальны. После определения рациональной m-структуры аналогичным образом находится рациональный фазовый угол ?, который составил для первой секции (=20(; для второй секции (=20(; для третьей секции (=330(. Для удобства нахождения рациональных параметров СУС по модели (4) разработана специализированная программа в среде Delphy, которая в настоящее время используется в инженерной практике.

Составленное таким образом множество m-структур комплектов роликов позволяет с помощью системного анализа параметров сборки управлять сборочным процессом, добиваясь максимального расчетного значения ресурса буровых долот Tр.

Практика эксплуатации трехшарошечных буровых долот показала, что их отказы связаны, как правило, с выходом из строя одной опоры, тогда как две другие находятся в работоспособном состоянии. Реже происходят отказы двух опор и крайне маловероятно событие, заключающееся в одновременной потере работоспособности всех трех опор долота. Это приводит к существенной недоработке ресурса работоспособных секций и свидетельствует о неблагопритном распределении нагрузки на секции долота, когда большая часть веса буровой колонны приходится на одну секцию, а также о существенном разбросе технического ресурса опор, собранных по технологии НС. Причем, как следует из расчетов ресурса опор трехшарошечных буровых долот по математической модели (4), долговечность третьей секции является наибольшей, а второй – наименьшей (см. рис. 6). Это согласуется с имеющимися данными статистики отказов.

Для решения вышеуказанной проблемы разработана методика СУС под сварку буровых долот, позволившая минимизировать случайные составляющие сборочного процесса и привести к повышению долговечности трехшарошечных буровых долот за счет выравнивания расчетного ресурса отдельных секций методом направленного регулирования высоты подъема каждой опоры, осуществляемого в пределах заданного допуска на разновысотность. При этом для оценки ресурса опор использовалась разработанная расчетная модель (4), описанная выше. Регулирование производится с помощью набора концевых мер заданного размера с последующей предварительной фиксацией секции путем выполнения прихватки. Размер набора концевых мер определяется как произведение выравнивающего множителя на расчетное значение среднего ресурса каждой опоры. Данная методика СУС трехшарошечных буровых долот под сварку приводит к рациональному распределению нагрузки на опоры, при котором с наименее надежных опор часть нагрузки переносится на более надежные опоры, что повышает долговечность всего изделия.

В четвертой главе рассматривается характер взаимодействия деталей во всех зонах двухрядных роликовых опор трехшарошечных буровых долот и определяются рациональные зазоры в сопряжениях с учетом m-структуры комплектов роликов.

при качении:

Поскольку процесс контактного взаимодействия роликов в опорах характеризуется как циклический и дискретный, импульсы сил определяются с использованием волновой функции Бете


загрузка...