牙轮钻头储油杯的改进设计

董本丽　曾英

摘要：调查我厂生产的某型号钻头的使用情况，发现早期失效占钻头总数的65%，其中轴承失效约为70%，是影响钻头寿命的主要原因。解剖发现该批钻头的轴承润滑不够充分，原因是储油系统存在不足。改进了储油杯的设计，提高储油腔的压力，实现自动补充润滑脂，使钻头的平均寿命达到70h左右。

关键词：牙轮钻头；轴承；润滑；储油杯

1.三牙轮钻头产品简介

三牙钻头是广泛用于石油、天然气的勘探、开采及铁矿、有色金属矿山钻凿炮眼等地矿工程系列的工具钻头。其设计结构（如图一）主要由牙掌、牙轮和轴承系统等三部分组成。其中由三片牙掌形成的主体部分与钻柱连接，牙掌用来支撑牙轮，牙轮是破碎岩石的部件，牙轮上的合金齿是破碎井底岩石的工作刃，轴承由牙轮内腔、牙掌轴颈和滚珠组成。轴承又与储油系统相连，储油系统在注油前须抽真空，

如果真空抽不干净势必会导致油注不满，里面有空气也会影响轴承的润滑。轴承润滑不良，导致早期失效是影响钻头使用寿命的主要原因。

为了充分润滑轴承，设计了新型储油杯。本文主要介绍该储油杯的结

构和特点。

2.钻头失效情况及原因

钻头牙轮内腔与牙掌轴颈形成一个半封闭区域，区域内用钢球锁紧，这一结构就是一副滑动轴承，起到支配牙轮绕牙掌轴线自由转动的作用。润滑系统里有一个补偿隔膜，它的一面与润滑系统接触，另一面向着牙掌外侧面，它使润滑系统的内外压力差降到最小值；泄压阀装置通常是关闭的，但随压力差而变化，当润滑系统的压力差过大时，它向外汇压；当钻头体内的压力过大时，它向润滑系统里泄压。

如果储油系统里真空抽不干净，里面存有残余空气，导致里面的压力一直很大，油脂不能补偿轴承，这样会使密封圈的磨损加剧，使牙轮钻头的密封过早失效，导致轴承和整个钻头的失效。

3.原有储油杯的不足

解剖我厂某型号的牙轮钻头后发现：牙轮钻头的储油系统里，润滑脂的量不够充足，主要是因为牙轮钻头油腔内压力不够，从而导致自动供油系统不能持续、有效地对牙轮钻头的轴承副进行供油补偿，造成牙轮钻头在钻井过程中轴承副之间得不到充分润滑。轴承副过早失效，使得牙轮钻头达不到设计寿命。

造成补油不充分的原因之一是如图二所示的储油杯存在不足。此油杯底部设有一个孔1，当抽真空时，橡胶囊回弹，会堵死油杯孔，致使里面的一部分残余空气留在其中。因此，在牙轮钻头钻井过程中，橡胶囊就会因为内腔的工作压力不够，造成橡胶囊的回弹力不足，起不到自动供油的作用，造成牙轮钻头轴承副在缺少润滑脂的情况下工作，使得钻头轴承早期失效。

4.储油杯的改进

改进后的储油杯如图三所示，与图二比较，增加了两个孔2和孔3，避免了真空抽不干净情况的发生。

5.抽真空过程

牙轮钻头的储油系统，由橡胶囊、油杯盖、O形圈、挡圈五部分组成。橡胶囊和储油杯组成一个注满油脂的腔体，通过压盖与基体的挤压使橡胶囊产生一个压缩量，实现端面密封，O形圈形成径向密封，挡圈防止产生轴向窜动。在油杯底部另外开两个小孔与孔1成对称分布，当抽真空橡胶囊回弹堵死孔1的时候，孔2与孔3发挥作用，直至橡胶囊完全贴合油杯，说明腔里没有了空气，达到抽真空的目的。6.结论

6.1.润滑不充分

牙轮钻头滑动轴承的密封储油系统是保证轴承工作的重要环节，导致轴承早期磨损、失效，使牙轮钻头的使用寿命降低，原因之一是储油杯设计存在缺陷，注入润滑脂的量不足，储油囊的压力不够，不能自动给轴承补充油脂。

6.2.改进的储油杯，能达到抽真空的目的，使得牙轮钻头的储油系统里有足够的润滑脂，并能自动给轴承补充润滑脂，避免轴承早期失效，提高了钻头的平均使用寿命。

参考文献：

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