Исследование объемного упрочнения породоразрушающих элементов шарошечного долота посредством криогенной обработки

Abstract

Актуальность. Шарошечные долота - породоразрушающий инструмент, широко используемый в практике геологоразведочных работ, при разработке месторождений полезных ископаемых буровзрывным способом, строительстве сложных инженерных сооружений. В последние десятилетия идет работа по улучшению конструкции и технологии изготовления шарошечных долот для повышения их долговечности. Однако причины выхода из строя остаются прежними. В 80 % случаев отказа шарошечного долота причиной является разрушение подшипниковых опор ввиду тяжёлых условий эксплуатации и больших осевых и динамических нагрузок. Проведение периодического технического обслуживания и ремонта подшипниковых узлов может снизить частоту отказов, но не решит проблему полностью, так как другие части долота, главным образом вооружение, также могут находиться в критическом состоянии. Комплексный подход к техническому обслуживанию долот, включающий помимо ремонта подшипниковых узлов работы по восстановлению прочности породоразрушающих элементов, является обоснованным. Одним из наиболее эффективных и технологически просто реализуемых способов объемного упрочнения породоразрушающих элементов долота, не требующих специализированного оборудования, является их криогенная обработка. Цель: определение положительного влияния применения криогенной обработки шарошечных долот на промежуточном техническом обслуживании или восстановительном ремонте изношенных шарошечных долот на ресурс инструмента. Объект: усталостное разрушение и методы объемного упрочнения твердосплавных породоразрушающих элементов шарошечных долот. Методы: аналитическое исследование процесса снижения прочности материала твердосплавных породоразрушающих элементов шарошечных долот, причин выхода из строя шарошечных долот, постановка и описание эксперимента по объемному упрочнению деталей шарошечного долота кратковременной криогенной обработкой. Результаты. Доказана близость средних значений проходки шарошечных долот до выработки ресурса по причине отказа подшипникового узла и износа породоразрушающих элементов, обуславливающая необходимость комплексного подхода к ремонту шарошечных долот. Описан эффект применения криогенной обработки твердых сплавов, заключающийся в рассредоточении полей напряжений и создании равномерного объёмного напряжённого состояния сжатия

Relevance. Roller bits are a rock-breaking tool widely used in geological exploration, in development of mineral deposits using drilling and blasting methods, and in construction of complex engineering structures. In recent decades, work has been underway to improve the design and manufacturing technology of roller chisels to increase their durability. However, the reasons for the failure remain the same. In 80% of the cases the roller bit failure, the cause is the destruction of the bearing supports, due to severe operating conditions and large axial and dynamic loads. Carrying out periodic maintenance and repair of bearing assemblies can reduce the failure rate, but will not solve the problem completely, since other parts of the bit, mainly the cutters may also be in critical condition. It seems reasonable to take an integrated approach to the maintenance of chisels, including, in addition to repairing bearing assemblies, work to restore the strength of rock-breaking elements. One of the most effective and technologically simple methods of volumetric hardening of rock-breaking elements of a chisel that do not require specialized equipment is their cryogenic treatment. Relevance. To determine the positive effect of the use of cryogenic treatment of roller bits on intermediate maintenance or repair of worn-out roller bits. Object. Fatigue destruction of carbide rock-destroying elements of ball bits. Methods. Fatigue failure and methods of volumetric hardening of tungsten carbide rock-breaking elements of roller bits. Results. The proximity of the average values of the penetration of the roller bits before the resource is exhausted due to the failure of the bearing assembly and wear of the rock-breaking elements, which necessitates an integrated approach to the repair of roller bits. The paper describes the effect of cryogenic treatment of hard alloys on the tool life, which consists in the dispersion of stress fields and the creation of a uniform volumetric stress state of compression