劉登
摘 要：膠合是三牙輪鑽頭滑動軸（zhóu）承Z主要（yào）的失效形（xíng）式，是影響鑽頭工作壽命和機械鑽速的製約因素。采用在（zài）牙輪鑽頭原大軸頸上鑲固定（dìng）耐磨軸套並用（yòng）磁控濺（jiàn）射技術在軸套上生成複（fù）合塗層，以及采用固定套和浮動套（tào）兩種裝配方（fāng）式（shì），與原廠原工藝牙輪鑽頭軸承在牙輪鑽（zuàn）頭高速軸承試驗機上進行了對（duì）比試驗，探討了不同材料和結構（gòu）的三牙輪鑽頭軸承的性能影響。試驗結果表明該方法提高了牙輪鑽頭軸承的高承載和抗磨損能力，延長其使用壽命。
關（guān）鍵詞：牙輪鑽頭；塗層；固定套；浮動套；磨損性能（néng）；實驗（yàn）研究（jiū）
1.引言
牙輪鑽頭是鑽（zuàn）井工程中Z主要（yào）的破岩工具，其工作性能的好壞直接影響鑽井質量、鑽井效率和鑽井成本。要使牙輪鑽頭在高速鑽井過程中具有較長的使用壽命，首要問題是（shì）解決牙輪鑽頭軸承在高轉速下的磨損與膠合問題，使牙輪（lún）鑽頭滿（mǎn）足現代鑽井技術的（de）要求。為了能有效地提高軸承的抗磨損和高承載能力，采用在牙爪大軸頸處鑲襯套，襯套可以選擇強度高、熱變形小、抗磨損性能好的材料，並通過磁控濺射技術在摩擦麵生成複合塗層；並且采用固定套和浮動套兩種（zhǒng）裝配方（fāng）案，與原廠原工藝的牙輪（lún）鑽頭軸承形成對比；由於複合塗層以及軸套（tào）材（cái）料的優異性（xìng）能，提高了軸承的抗磨損和承載能力，進而提高鑽頭壽命。
2.實驗（yàn）部分
2.1實驗方法（fǎ）及試件製備
實驗所用試件裝配圖如圖1、圖2所示，每一種裝（zhuāng）配方案實驗組件以同樣的實驗路線方案進行。裝（zhuāng）配（pèi）並調試好實驗機與實驗組件後，進行加（jiā）載實驗，按徑向載荷（kg）500、1000、1500、…、6000以及軸向載荷（kg）150、200、250、…、700依次對應從小（xiǎo）到大逐步向大加載實驗（yàn）1小時，如果實驗組件在試驗機（jī）Z大載荷（hé）下仍能工作，則在此（cǐ）載荷下實驗到實驗組件失效（xiào）或實驗機自動停止（zhǐ）運行，若某實驗組件在從小（xiǎo）到大逐步向大加載實驗過程已失效或實驗機自動停止運行，則停止該實驗組件的實驗，換另外的實驗組件重新實驗。
2.2軸承實驗條（tiáo）件
軸承實驗在（zài）成都石油總機械（xiè）廠研製的牙輪鑽頭高速（sù）軸承試驗機上（shàng）進（jìn）行（háng）。根據牙輪（lún）鑽軸承（chéng）在工程實際中的應用情況進行了實（shí）驗，實驗裝置運行（háng）圖如圖（tú）3所（suǒ）示。
每次實驗由計算機自動記錄和采集徑向力、軸向力和扭矩等參數。每個受力階段各（gè）采集3次，Z後（hòu）取平均值。試驗後用計算機處理實驗數據算（suàn）出相應平（píng）均值，試件運（yùn）行總時間，用軟尺測量磨（mó）痕表麵的大致麵積。
3.實驗（yàn）結果與討論
3.1試件運行時間
在相同的實（shí）驗條件和實驗路徑下原廠試件、固定套和浮動（dòng）套試件的總運行時間如圖所示。從試件試驗運行（háng）時間來看，9號、12號試件工作時（shí）間相對較長，9號試件運行試件Z長，共（gòng）運（yùn）行32小時40分鍾，其次是12號試件（jiàn）共運行21小時，比-1號試件的10小時40分鍾、-2試件的12小時40分鍾運行時間長，運（yùn）行效（xiào）果好。
同時-1號試件並未（wèi）到高載曆程加載點（試驗運行12小時加載到6T）就已經失效，-2號試件在6T重（chóng）載下運行3小時45分，9號試件在6T重載下運行21小時40分（fèn），12號試件在6T重載下（xià）運行（háng）11小時。3組試件工作壽命來看，采用鍍膜鑲套技（jì）術的9號與12號試件（jiàn）在重載（zǎi）（6T）下的工作壽命至少（shǎo）高於未采用鑲套鍍（dù）膜技術軸承（chéng）-2號件3.5倍以上。
3.2試件磨損（sǔn）情（qíng）況（kuàng）
從試件（jiàn）損傷情況和損傷麵積來看，試件9號、12號的磨損總麵積Z大，單（dān）位時間裏的磨損量也Z大，試件-2的號的磨損麵積Z小，單位（wèi）時間裏的（de）磨損量也Z小，如圖4所示，但是試件9號和12號的運行時間較-2號長。
4.結論
結合本次（cì）軸承試驗（yàn），可得到如下結論：
（1）無鍍層牙爪二（èr）止麵與鍍銀層墊片（piàn）之間磨損嚴重；墊片鍍氮化鈦與牙（yá）輪摩擦副磨損（sǔn）輕微，但有一定磨痕，鍍層（céng）基本（běn）保持60%以上。說明在同等工況下鍍鈦（tài）/銀摩擦副比銀和無鍍（dù）層摩擦副壽命更長，體現出塗層技術的減摩、抗磨效果（guǒ）更強；
（2）浮動（dòng）套軸承比固定套軸承的壽命明顯增加；
（3）牙輪鑽頭軸承鑲襯套並通過磁控濺射鍍複合膜及牙輪內孔鍍銀處理，能顯著地提高（gāo）軸承的抗磨損性（xìng）能，有效地（dì）延長了軸承（chéng）的壽命；
（4）推薦采用12號試件的（de）製作工藝進（jìn）行（háng）固定套軸承製作（zuò）；推薦9號試件的製作工藝（yì）進行浮動套軸承製作。試件12號與試件9號運行試件Z長，但是（shì）表麵磨（mó）損較（jiào）大，可進一步提高表麵鍍層材料的質量（liàng），已達到更好的效果。
