Способ измерения нагрузок в опорах шарошечного долота и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B10/22 

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 шарошек.

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 позвоУ|яет 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 подшипниках 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 злемента 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

подшипником 5, с помощью которых на цапфе 2 монтируется шарошка 6. В цапфе 2 выполнен канал 7, ось которого смещена параллельнр 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 иска0 женив 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.

5 Измерительный элемент может быть выполнен в виде упругого тензометрического коль-ца 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 нецилиндри5 ческую форму) с тем, чтобы создать предварительное сжатие элемента. На поверхностях элемента наклеены тензодатчики 13. Шток 10, соединенный с измерительным элементом одним из известных

0 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 гайки 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

0 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, предусмотренные в спинке лапы, На цапфе yqraнавливается шкала центральных углов цапфы 2, а на лапе наносится риска, позволяющие фиксировать угол ловооота с датчиком нагрузки относительно нулевого положения, когда упоры датчиков располагаются в плоскости, включающей оси цапфы и канала.

Способ измерения нагрузок в опорных подшипниках осуществляется следующим образом.

Цапфа выставляется в нулевом положении и фиксируется болтами 23. Датчик нагрузки с помощью микрометрического устройства И устанавливают в канал напротив 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 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 (при пониженных значениях частоты вращения и осевых нагрузок), задаются рабочие пара иетры бурения и осуществляется запись нагрузки в радиальном подшипнике (подшипниках). После зтого датчик перемещают 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 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 угол, закрепляют болтами на спинке лапы, датчик вновь устанавливают в канале напротив края подшипника, удаленного от спинки лапы, и производят запись нагрузок.

При осуществлении предлагаемого способа появляется возможность получения

высокой достоверности величины и характера распределения радиальных нагрузок в подшипнике как в осевом, так и радиальном направлениях, а также зависимости распределения нагрузки от зазоров в подшипнике. так как обеспечивается замер нагружения подшипника в точка, а не з плоскости.

Формула изобретения 1. Способ измерения нагрузок в опорах шарошечного долота, включающий измерение нагрузки по периметру опоры цапфы с помощью тензометрического узла, отличающийся тем, что, с целью повышения зффективност и способа путем получения более достоверной информации, замер нагрузки производят перемешиванием тензометрического узла вдоль каждой последующей образующей опоры микрометрическим узлом.

2, Устройство для измерений нагрузок в опорах шарошечного , содержащее цапфу, установленную на цапфе посредством опоры шарбшку; канал в цапфе, ось которого смещена параллельно оси цапфы, и тeнзoмetpичecкий узел, установленный в канале цапфы, отличающееся тем. чт с целью повышения эффективности устройства путем обеспечения возможности проведения замеров по всей площади опоры, оно снабжено измерительном злементом из упругого материала с диаметрально расположенными точечными упорами, установленными в канале с в.озможностью 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.

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