SU1714073A1

SU1714073A1 - Method for load measuring on roller cutter drilling bit supports and relevant device

Info

Publication number: SU1714073A1
Application number: SU894688641A
Authority: SU
Inventors: Григорий Фомич Перлов; Валерий Авраамович Бирман; Александр Алексеевич Перегудов; Александр Леонидович Бровер
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники
Priority date: 1989-05-06
Filing date: 1989-05-06
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к бурению, а именно к шарошечным буровым долотам. Цель - повышение эффективности способа путем получени более достоверной информации и повышение эффективности устройства путем возможности проведени замеров по всей площади опоры. Это достигаетс тем, что устройство имеет измерительный элемент 9 из упругого материала с диаметрально расположенными точечными упорами. Упоры имеют возможность продольного перемещени по каждой последующей образующей опоры 4. Дл 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 поворачиватьс вокруг оси и закрепл тьс . С измерительным элементом 9 св зан микрометрический узел 14. При проведении замеров благодар возможности продольного перемещени упоров и поворота цапфы 2 вокруг оси получаетс более достоверна информаци о величине нагрузки опоры 4. 2 с.ф.п.ф-лы, 3 ил.^4^ О VI СОThis invention relates to drilling, namely roller cone drill bits. The goal is to increase the efficiency of the method by obtaining more reliable information and increasing the efficiency of the device by the possibility of taking measurements over the entire area of the support. This is achieved in that the device has a measuring element 9 of elastic material with diametrically arranged point stops. The stops have the possibility of longitudinal movement along each subsequent forming support 4. For this, the axle 2 is collapsible and has a rotatable assembly in the form of a flange 22 with a half-ring groove and clamping bolts 23. Through the rotatable assembly the axle 2 can be rotated around an axis and fixed. A micrometer node 14 is connected with the measuring element 9. When measuring, due to the possibility of longitudinal movement of the stops and turning the trunnion 2 around the axis, more reliable information is obtained about the magnitude of the load of support 4. 2 sfpf-ly, 3 il. ^ 4 ^ About VI WITH

Description

Изобретение относитс к бурению, конкретно к шарошечным буровым долотам.The invention relates to drilling, specifically to roller cone bits.

Известен способ регистрации осевых нагрузок и крут щих моментов, передаваемых через корпус долота, включающий измерение нагрузок с помощью специальных датчиков. Он позвол ет замер ть нагрузки, воспринимаемые подшипниками опор шарошек .A known method for recording axial loads and torques transmitted through a bit body, including the measurement of loads using special sensors. It allows you to measure the loads perceived by the bearings of the roller cones.

Известен способ определени нагрузки на опорные подшипники шарошечного долота , согласно которому измер ют нагрузку с помощью тензорезистивных датчиков. Способ осуществл етс устройством дл измерени нагрузок на опорные подшипники, содержащим шарошку, лапу с цапфой, в которой выполнен канал дл размещени датчиков .There is a known method for determining the load on the thrust bearings of a roller bit, according to which the load is measured with the aid of strain gauges. The method is carried out by a device for measuring loads on support bearings, comprising a roller cutter, a leg with a trunnion in which a channel for accommodating sensors is provided.

Регистрируемые с помощью датчиков и аппаратуры сигналы характеризуют нагруженность не точки, а участка подшипника, занимаемого датчиком. Это не позвоУ| ет получить точную информацию о мгновенных значени х нагрузки, действующей в различных точках подшипника.Signals registered with the help of sensors and equipment characterize the loading not of a point, but of the bearing section occupied by the sensor. This is not allowed | It is not possible to obtain accurate information on the instantaneous values of the load acting at various points of the bearing.

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 смещени датчика увеличиваетс толщина стенки, деформацию которой измер ет датчик. Если ось канала выполнить соосной с осью цапфы, понизить прочность цапфы.In addition, the use of this method does not provide high accuracy measurements of the load on the bearing in the radial direction. With a parallel displacement of the channel axis relative to the trunnion axis, the signal of the radially displaced sensor is inaccurate, since with increasing radial displacement of the sensor, the wall thickness increases, the deformation of which is measured by the sensor. If the channel axis is coaxial with the axle axis, lower the axle strength.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности способа путем получени более достоверной информации, а также путем возможности проведени замеров по всей площади опоры.The aim of the invention is to increase the efficiency of the method by obtaining more reliable information, as well as by the possibility of taking measurements over the entire area of the support.

Указанна цель достигаетс согласно способу измерени нагрузок в опорных подшипниках шарошечного долота, включающему измерение нагрузок по периметру опоры цапфы с помощью тензометрического узла, осуществление которого обуславливаетс применением устройства определенной новой конструкции. This goal is achieved according to the method of measuring loads in support bearings of a roller bit, which includes measuring loads on the perimeter of a trunnion bearing using a strain gauge assembly, the implementation of which is determined by using a device of a certain new design.

На фиг. 1 изображена секци долота дл проведени стендовых испытаний; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (вариант изготовлени измерительного злемента датчика в виде упругого кольца сжати ); на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 (вариант фиксации поворотной цапфы в лапе с помощью крепежных болтов ).FIG. 1 shows a bit section for bench testing; in fig. 2 shows section A-A in FIG. 1 (option of making the measuring element of the sensor in the form of an elastic compression ring); in fig. 3 is a view B in FIG. 1 (a variant of fixing the rotary pin in the paw with the help of fixing bolts).

Устройство содержит лапу 1 с цапфой 2, роликовыми подшипниками 3 и 4, замковымThe device contains a paw 1 with a pin 2, roller bearings 3 and 4, locking

подшипником 5, с помощью которых на цапфе 2 монтируетс шарошка 6. В цапфе 2 выполнен канал 7, ось которого смещена параллельнр оси цапфы. Этот канал может быть выполнен цилиндрической или другойbearing 5, with the help of which a milling cutter 6 is mounted on the trunnion 2. In the trunnion 2, a channel 7 is made, the axis of which is offset parallel to the axis of the trunnion. This channel can be cylindrical or other

формы, он приближен к поверхности роликовой дорожки подшипника 4 (максимально при условии обеспечени необходимой прочности цапфы). Диаметр канала должен быть минимальным, чтобы исключить иска0 женив сигнала от нагружени точки цапфы р дом расположенными роликами, но при этом в нем должен разместитьс датчик 8 необходимых габаритов. Датчик 8 состоит из измерительного элемента 9 и штока 10.form, it is close to the surface of the roller track of the bearing 4 (as long as possible provided the necessary strength of the axle). The diameter of the channel should be minimal in order to exclude the search for a signal from the loading point of the pin next to the rollers, but it should accommodate a sensor 8 of the required dimensions. The sensor 8 consists of a measuring element 9 and the rod 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 поверхност х элемента наклеены тензодатчики 13. Шток 10, соединенный с измерительным элементом одним из известных5 The measuring element can be made in the form of an elastic strain gauge ring 11, a split ring, or a split bending bar (as one of the options), with stops installed on it 12. having a hemispherical shape of the contact head with the channel wall. The height of the measuring element along the tops of the head is somewhat greater than the diameter of the channel (or its height, if it has a non-cylindrical shape) in order to create a preliminary compression of the element. On the surfaces of the element are glued-on strainers 13. A rod 10 connected to the measuring element by one of the known

0 способов, имеет микрометрическое устройство 14, обеспечивающее перемещение на задаваемую величину датчика по каналу 7 таким образом, что точечные упоры наход тс на радиусе цапфы (в плоскости, включающей оси цапфы и канала). Упор 15 неподвижно закреплен на хвостовике датчика с помощью фиксатора 16 с резьбовым кольцом, вход щим в резьбовое отверстие упора. Шпилька 17 вворачиваетс в отверстие цапфы и свободно проходит через отверстие упора. Вращением гайки 18 осуществл етс поступательное движение датчика в канале. В устройстве имеетс шкала 19 перемещени . Ось резьбового отверсти в упоре выполн етс в плоскости. включающей ось цапфы и канала.0 methods, has a micrometric device 14, which provides movement by a specified sensor value along channel 7 in such a way that the point stops are at the pin radius (in the plane including the axles of the pin and the channel). An anvil 15 is fixedly mounted on the shank of the sensor by means of a clamp 16 with a threaded ring entering the threaded hole of the anvil. The stud 17 is screwed into the pin hole and freely passes through the stop hole. The nut 18 rotates the sensor in the channel. The device has a scale of 19 movement. The axis of the threaded hole in the support is in the plane. including axle pin and channel.

Возможны другие конструкции устройства , фиксирующего и перемещающего датчик , в частности с использованием шаговогоOther designs of the device that fixes and moves the sensor are possible, in particular using a stepper.

0 двигател (фиг. 1 и 3).0 engine (Fig. 1 and 3).

Лапа 1 имеет цилиндрическое отверстие , в которое вставл етс хвостовик 20 цапфы. Хвостовик имеет бурт 21, которым цапфа упираетс в спинку лапы. Конструкци поворотного узла представлена на фиг.The foot 1 has a cylindrical hole into which the shank 20 of the trunnion is inserted. The shank has a collar 21, with which the pin rests on the back of the paw. The design of the swivel assembly is shown in FIG.

3. Хвостовик цапфы выполнен в виде флан ,ца с полукольцевым пазом 22, в который3. The shank of the pin is made in the form of a flan, tsa with a half-ring groove 22, in which

вставл ютс крепежные болты 23. Болты завинчиваютс в резьбовые гнезда, предусмотренные в спинке лапы, На цапфе yqraнавливаетс шкала центральных углов цапфы 2, а на лапе наноситс риска, позвол ющие фиксировать угол ловооота с датчиком нагрузки относительно нулевого положени , когда упоры датчиков располагаютс в плоскости, включающей оси цапфы и канала.The fastening bolts 23 are inserted. The bolts are screwed into the threaded sockets provided in the back of the paw. The axial angle of the central angles of the axle 2 pushes down on the pin, and the paw is applied with a risk to fix the angle of load with the load cell relative to the zero position when the sensors are in the plane , including axle axle and channel.

Способ измерени нагрузок в опорных подшипниках осуществл етс следующим образом.The method of measuring loads in support bearings is carried out as follows.

Цапфа выставл етс в нулевом положении и фиксируетс болтами 23. Датчик нагрузки с помощью микрометрического устройства И устанавливают в канал напротив кра подшипника, наиболее удаленного от спинки лапы. Дл облегчени процесса записи показаний датчика долото или его секцию проще испытывать на обращенном забое, хот с помощью токосъемника можно вести запись при бурении на обычном забое . Режимы бурени задаютс , исход из программы испытаний. Долото (или его секци ) закрепл етс на стенде, прирабатываетс в течение некоторого времени забой (при пониженных значени х частоты вращени и осевых нагрузок), задаютс рабочие пара иетры бурени и осуществл етс запись нагрузки в радиальном подшипнике (подшипниках). После зтого датчик перемещают в канале по направлению к спинке лапы на заданное и фиксируемое рассто ние . Долото (секцию) нагружают и производ т повторную запись. Этот процесс повтор ют, перемеща датчик вдоль всей длины канала над подшипником, в результате чего получают значени нагрузки на подшипник по всей его длине в нулевом положении. Цапфу раскрепл ют и поворачивают вокруг своей оси на задаваемый угол, закрепл ют болтами на спинке лапы, датчик вновь устанавливают в канале напротив кра подшипника, удаленного от спинки лапы, и производ т запись нагрузок.The trunnion is exposed in the zero position and fixed with bolts 23. The load sensor is installed using a micrometric device AND in a channel opposite the edge of the bearing furthest from the back of the foot. To make it easier to record sensor readings, the bit or its section is easier to test on the facing face, although with a current collector you can record while drilling on a normal face. Drilling modes are set based on the test program. The bit (or its section) is fixed on the bench, the bottom is mined for some time (at lower values of rotational speed and axial loads), working drilling parameters are set and the load is recorded in the radial bearing (bearings). After this, the sensor is moved in the channel towards the back of the paw for a predetermined and fixed distance. The chisel (section) is loaded and re-recorded. This process is repeated by moving the sensor along the entire length of the channel above the bearing, as a result of which the load on the bearing is obtained along its entire length in the zero position. The trunnion is loosened and turned around its axis at a predetermined angle, bolted to the back of the foot, the sensor is re-installed in the channel opposite the edge of the bearing remote from the back of the foot, and the loads are recorded.

При осуществлении предлагаемого способа по вл етс возможность получени When implementing the proposed method, it is possible to obtain

высокой достоверности величины и характера распределени радиальных нагрузок в подшипнике как в осевом, так и радиальном направлени х, а также зависимости распределени нагрузки от зазоров в подшипнике. так как обеспечиваетс замер нагружени подшипника в точка, а не з плоскости.high accuracy of the magnitude and nature of the distribution of radial loads in the bearing in both axial and radial directions, as well as the dependence of the load distribution on the gaps in the bearing. since it measures bearing loading at a point, not at a plane.

Claims

Claim 1. Method for measuring loads in roller bit supports, including measuring the load on the axle bearing perimeter using a strain gauge unit, characterized in that, in order to improve efficiency and method by obtaining more reliable information, the load is measured by mixing the strain gauge knot along each subsequent forming support micrometer node.

2, a device for measuring loads in roller bearings, containing a trunnion mounted on a trunnion by means of a scarbshka; a channel in the pin, whose axis is displaced parallel to the axis of the pin, and a thermal node that is installed in the channel of the pin, characterized in that. In order to increase the efficiency of the device by providing the ability to measure over the entire area of the support, it is equipped with a measuring element made of an elastic material with diametrically located point stops installed in the channel with longitudinal displacement, a micrometer unit connected to the measuring element by means of a rod, and a swivel unit in the form of a flange with a half-ring groove, and clamping bolts located in a half-ring groove, with the flanges of the swivel unit attached to the trunnions e, and the point stops are installed with the possibility of interaction with the inner walls of the channel along the radius of the trunnion, which is collapsible.