Способ сравнительных испытаний пластичных смазочных материалов для подшипников скольжения породоразрушающего бурового инструмента

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при разработке и выборе смазочных материалов. Целью изобретения является получение экспресс-информации о несущей способности смазочной пленки и ее стойкости. Для получения экспресс-информации удельные нагрузки задают на 15 - 20% ниже экстремальных разрушающих значений. Для определения несущей способности пленки пластичной смазки для материалов пары трения используют образовавшуюся площадь кольца с рабочим микрорельефом. Использование изобретения позволяет увеличить долговечность породоразрушающего бурового иснтрумента за счет повышения стойкости его подшипниковых узлов, благодаря использованию в них высокоэффективных смазочных материалов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИН (19) (11) (1) F 16 С 33/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЬ(Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4300467/24-27 (22) 25.08.87 (46) 07. 12.90. Бюл. Р 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) A.Â.Кивва, Т.Г.Агошашвили и Г.Ф.Перлов (53) 621.822.5 (088.8)

1 (56) Шверков Б.Л. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. — Киев: Наукова думка, 1979, с.79. (54) СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ

ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖУ НИЛ ПОРОДОРАЗРУ1lIANIllEI О БУРОВОГО ИНСТГA(FHTA (57) Изобретение относится к буровой технике и может быть использоваИзобретение может быть использовано в буровой технике при рабработке и выборе новых пластичных смазочных материалов для подшипников скольжения псродоразрушающего бурового инструмента, Целью изобретения является получение экспресс-информации о несущей способности смазочной пленки и ее стойкости, На фиг.1 представлена схема для осуществления способа оценки несущей способности пленки пластичных смазочных материалов; на фиг.2 — ис.пытуемый образец.

В корпусе врашающейся обоймы установленной на центрирующем шарике

2 но при разработке и выборе смазочных материалов. Целью изобретения является получение экспресс-информации о несущей способности смазочной пленки и ее стойкости. Для получения экспресс-информации удельные нагрузки задают на 15 — 20K нике экстремальных разрушающих значений. Для определения несущей способности пленки пластичной смазки для материалов пары трения и пользуют образовавшуюся площадь кольца с рабочим микрорельефом. Использование изобретения позволяет увеличить долговечность породоразрушающего бурового инструмента за счет повышения стойкости его подшипниковых узлов благодаря использования в них высокоэффективных смазочных материапов.

2 з.п.ф-лы, 2 ил.

2 буровой штанги 3, размещается испытуемый стальной образец 4 или композиционный материал, имитирующие трущуюсл поверхность подшипника шарошки, которые работают в паре с контртелом 5, наплавленным стеллитом б или другим износостойким материалом, используемым в цапфе. Образец фиксируется от проворота в корпусе роликом 7. Контртело 5 установлено в узлеизмеренил момента трения и осевой нагрузки 8 и фик=ируется от проворота роликом 9. В контртеле размещена малогабзр: тная и мапоинерционнал термопара 10, рабочий слой которой размещается на поверхности или на глубине 0,1-0,3 мм от нее .

1612136

Отвод тепла от образцов при фрикци онном трении осуществляется хлада, гентом в рабочей камере 11. Зона трения образцов после нанесения тонкого слон смазки герметизируется от попадания хладагента резиновым кольцом 12 круглого сечения, Оценку несущей способности смазочной пленки в процессе эксперимен( та осуществляют следующим образом.

При вращении образца 4 паре трения ступечато сообщается осевая нагрузка, пока она не достигне экстремальных значений, вызывающих разрушение пленки смазки и поверхностей ( трения. Определив статистически достоверное . значение экстремальной нагрузки для данной пары трения со смазкой в последующих экспериментах, задают величину осевой рабочей нагруз, ки, составляющей 80-857 от экстремальной. При получении экспресс.-информации методом ступенчатого нагружения пар трения со смазками было установлено опытным путем, что время работы на каждой ступени нагрузки рационально выдерживать 20 мин, что обеспечивает для одного узла трения и условий испытаний проведение экспериментов в сжатые сроки (1 опыт за 2 ч) и с минимальным разбросом результатов.

Длительность работы пары трения со смазкой на установившемся рабочем режиме составляет не более 6 ч и зависит в основном от соотношения твердостей тела и контртела.

Известно, что эпюра давлений при неподвижном и подвижном контактах дисковых поверхностей имеет принципиально различный характер. Эпюра давлений при износе имеет гиперболический характер, в то время как для неподвижного стыка из условия деформации поверхностных слоев она будет прямоугольная р-const. Гиперболический характер эпюры р у изношенного. сопряжения означает, что поверхностные слои в зоне больших значений переменного радиуса кольцевой пяты ис- пытуемого образца будут подвергаться меньшей деформации. Поэтому при остановке дискон и снятии нагрузки форма поверхности будет отличаться от плоскости. 3 общем машиностроении считают, что sGBHcHMoc Tb контакт.ного перемещения от давления на поверхность выражается степенной зависимостью о = ф P (Q и п — константы, зависящие от геометрии поверхности и свойств материалов), в этом случае уравнение искаженной поверхности в поперечном сечении будет

-1п х = - — — — — (—— )

L (R - г)) R P где P — абсолютная нагрузка на сопряжение, R r — соответственно внешний и внутренний радиусы испытуемого образца; р - переменный радиус кольцевой

t пяты испытуемого образца, изменяющийся от r до R.

В соответствии с этим уравнением происходит износ технологически рельефа от внутреннего радиуса r испытуемого образца до внешнего R. Возникает износ в сопряжении. Визуально было установлено, что регулярность следов износа технологического рельефа и образование рабочего (в направлении от r к R) наиболее отчетливо фиксируются иа пластине из стали, в то время как на контртеле из стеллита наблюдается иррегулярность контурных пятен касания, Таким образом, при трении тела и контртела в виде кольцевой пяты от внутреннего диаметра стальной или композиционной пластины начинает изнашиваться технологический рельеф и образовываться рабочий. Через определенное время технологический рельеф может полностью исчезнуть. Оценка толщины смазочной пленки осуществляется на этапе, когда технологический рельеф еще не совсем изношен. При одинаковом режиме испытаний и одинаковых парах трения на поверхности трения наносят пленку смазочного материала.

При граничном режиме трения величина зацепления микронеровностей двух трущихся поверхностей будет зависеть от толщины смазочного материала, свойства которого в свою очередь зависят от передеформировании микронеровностей и температуры в поверхюстых слоях, чем тоньше пленка смазки, тем быстрее происходит износ технологического рельефа, и наоборот, чем толще пленка„ Tpt меньше зацепление микронеровностей, износ и ниже соотвественно коэфф пэ ент трения.

При назначенном одинаковом ресурсе .6 ч в равных условиях (за исключением варьируемых смазок) на сталь161213 Ь

15 ной поверхности четко ранжируется величина колец с рабочим и технологическим рельефом, что служит качественной оценкой испытуемых пластичных смазок. Более тонкая ппенка смазки обеспечивает большее кольцо

- с рабочим рельефом на паре трения, что служит также прогнозом по износу самой пары трения. Предпочтение всегда отдается той смазке, пленка которой обеспечивает меньшее кольцо с рабочим рельефом. Исходя из вьппесказанного становится понятным преимущество пластичных смазок с твердыми добавками из графита, дисульфидов металлов, с металлическими порошками. Именно эти твердые добавки на критических режимах не допускают глубокого передеформирования микронеровностей и соответственно сдерживают износ на экстремальных режимах.

При испытании индентичных пар трения с различными смазочными материалами, работоспособность пленки смазки оценивается путем наложения на рабочую поверхность образца прозрачного шаблона, на котором нанесены пунктирные метки концентрических окружностей, Базовым объектом для сравнения следует принять способ оценки несущей способности смазочной пленки с помощью четырехшариковой машины, серийно выпускаемой промышленностью, Технические преимУщества предлагаемого способа, по сравнению с известным, заключаются в том, что оценКа экспресс-методом несущей способности пленки пластичных смазочных материалов может быть ис поль зов ана для совреме ннного высокоэффективного

: породораэрушающего бурового инструмента, работающего в крайне тяжелых режимах нагружения, путем его заправки смазками, обладающими высокими противоэадирными,и смазывающими свойствами, низким коэффициентом трения и стойкостью к высоким температурам, оперативной проверки качества и пригодности для породоразрушающего бурового инструмента, работающего в крайне тяжелых режимах нагружения, вновь создаваемых или используемых в промьппленности, пластических смазочных материалов, 20

55 прогнозирования стойкости и долговечности работы подшипников долот в скважине и соответственно работы бурового инструмента, обеспечейия гарантированной надеж4 ности и высокого качества породоразрушающего бурового инструмента.

Преимуществом предлагаемого способа, по сравнению с известным, является увеличение проходки породораэрушающего бурового инструмента за счет повышения стойкости его подшипниковых узлов благодаря использованию в них самых высокоэффективньтх смазочных материалов.

Формула изобретения

1. Способ сравнительных испытаний пластичных смазочных материалов для подшипннков скольжения породоразрушэюшего бурового инструмента, включающий вращение одного испытуемого образца пары трения относительно другого, воздействие осевой нагрузки на испытуемые образцы и определение несущей способности смазочного материала путем сравнения с базовым смазочным материалом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью получения экспресс-информации о несущей способности смазочной пленки и ее стойкости, удельные нагрузки задают на 15-207. ниже экстремальных раэрушающих значений, а несущую способность пленки пластичной смазки для выбранных материалов пары трения оценивают по образовавшейся площади кольца с рабочим микрорельефом.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что время работы пары трения определяют временем работы пары. трения с базовым смазочным материалом до образования следов технологического микрорельефа на участке рабочей поверхности испытуемого образца, ограниченном наружным радиусом рабочей поверхности испытуемого образца и радиусом, равным 80Х от разности между наружным и внутренним радиусами рабочей поверхности испытуемого образца.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что в качестве границ участка с рабочим микрорельефом используют внутренний диаметр образца и диаметр, износ по которому не превьппает 3-5Х максимального износа на внутреннем диаметре °

161213 б

Составитель Т.Хромова

Редактор В.Бугренкова Техред Л.Олийнык Корректор M.Ã1àêi= I HH

Заказ 3823 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при.ГКНТ СССР

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

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