Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.29).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя из-за ослабления цапфы каналом под замковый палец. Особо это сильно сказывается на долотах малого диаметра, предназначенных для бурения по твердым и крепким породам. Это связано с тем, что эффективность работы шарошечных долот по таким породам в первую очередь определяется величиной осевой нагрузки. Чем выше осевая нагрузка, тем выше скорость бурения. Однако ослабление цапфы замковым пальцем в малогабаритных долотах ограничивает допустимую осевую нагрузку и не обеспечивает работу долота на оптимальных режимах.

Известна также опора шарошечного долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней шарошку замковым подшипником, образованным двумя обоймами, наружная из которых жестко соединена с шарошкой, а внутренняя - с цапфой. При этом наружная обойма разделена на два кольца по линии, проходящей перпендикулярно ее оси через наибольший диаметр сферической поверхности внутренней обоймы, причем кольца выполнены с совмещенными каналами для их соединения штифтом, устанавливаемым через совмещенный с ними канал в лапе долота (патент РФ №2374419, кл. Е21В 10/22, 2009 г.).

Недостатком данной опоры является определенная сложность конструкции и малая надежность фиксации шарошки, особенно при бурении на форсированных режимах.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке (см. авт.св. СССР №220192, кл. Е21В 10/22, 1968 г.).

В данной опоре благодаря выполнению замкового подшипника без пальца значительно повышается прочность цапфы, а следовательно возможно и использование форсированных режимов бурения.

Однако известная конструкция опоры также не лишена недостатков, основным из которых является сложность монтажа замкового подшипника. Это связано с необходимостью нагрева шарошки для установки замкового подшипника. При нагреве шарошки происходит отпуск металла корпуса шарошки и как следствие этого уменьшение твердости рабочей поверхности корпуса шарошки. При бурении по абразивным породам это может привести к износу корпуса шарошки вплоть до обнажения опоры, что, в свою очередь, неминуемо приводит к попаданию абразивного шлама в полость опоры и к ее заклиниванию.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости и надежности опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником, в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, согласно изобретению, наружная обойма выполнена с несколькими осевыми каналами, в которых установлены фиксаторы с коническими направляющими, и пересекающими их радиальными каналами с размещенными в них стопорными штифтами, при этом шарошка выполнена с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, совмещенной с радиальными каналами верхней обоймы, а цапфа - с осевым каналом, расположенном от оси цапфы на расстоянии, равном радиусу удаления осевых каналов верхней обоймы от ее оси.

Решению поставленной задачи способствует также следующее:

- стопорные штифты выполнены с коническими торцами для взаимодействия с коническими направляющими фиксаторов;

- фиксаторы жестко соединены с верхней обоймой посредством резьбового соединения;

- шарошки выполнены с осевыми каналами, в которых размещены концевые участки фиксаторов.

Такое выполнение опоры позволяет повысить стойкость опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид опоры долота в разрезе.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку 2. Замковый подшипник выполнен в виде двух обойм 4 и 6, контактирующих между собой по сферической поверхности 5. Внутренняя обойма 6 закреплена на цапфе 1, а наружная 4 - на шарошке 2. При этом наружная обойма 4 выполнена с несколькими ступенчатыми осевыми 3 и пересекающими их радиальными каналами 7, в которых установлены соответственно фиксаторы 8 и стопорные штифты 9. Фиксаторы 8 выполнены с коническими направляющими 10, взаимодействующими с коническими торцами 11 стопорных штифтов 9 с целью их радиального выдвижения и закрепления шарошки 2 относительно цапфы 1. Фиксаторы 8 могут быть выполнены с длиной более длины наружной обоймы 4 и с возможностью размещения части фиксатора в осевых каналах 12 шарошки 2 для передачи крутящего момента от шарошки 2 к верхней обойме 4 замкового подшипника. Стопорные штифты 9 в рабочем положении размещают в кольцевой расточке 13 шарошки 2, совмещенной с радиальными каналами 7 наружной обоймы 4, и фиксируют ее от осевого перемещения относительно цапфы 1. Сами стопорные штифты 9 удерживаются от выпадения фиксаторами 8, которые крепятся в осевых каналах 3 верхней обоймы 4 посредством резьбы или другим известным способом. При этом фиксаторы 8 вводятся в осевые каналы 3 наружной обоймы 4 через специальный канал 14 в цапфе 1 лапы 15, расположенном от оси цапфы 1 на расстоянии R₁, равном радиусу R₂ удаления осевых каналов 3 верхней обоймы 4 от ее оси.

При монтаже опоры вначале на цапфе 1 устанавливают собранный замковый подшипник с обоймами 4 и 6. После этого в радиальных каналах 7 наружной обоймы 4 размещают стопорные штифты 9, совмещают один из осевых каналов 3 наружной обоймы 4 с каналом 14 цапфы 1 и вводят в них фиксатор 8. Своей конической направляющей 10 фиксатор 8 воздействует на конический торец 11 стопорного штифта 9 и выдвигает его в радиальном направлении в кольцевую расточку 13 шарошки 2, фиксируя ее от осевого перемещения относительно цапфы 1. Затем фиксатор 8 крепится в наружной обойме 4 резьбой или другим известным способом, например пайкой. Другие фиксаторы 8 устанавливаются таким же способом. Возможен вариант крепления фиксатора 8 пробкой (не показана), устанавливаемой в осевом канале 14 цапфы 1. При выполнении фиксатора 8 с длиной, превышающей длину верхней обоймы 4, осевые каналы 12 шарошки необходимо совместить с осевыми каналами 14 цапфы 1 лапы 15 и наружной обоймы 4 и только после этого вводить фиксатор 8.

Такое выполнение опоры позволяет повысить ее стойкость и надежность работы при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника, а следовательно и опоры в целом. Кроме того, при такой конструкции опоры возможна замена изношенной шарошки новой, причем непосредственно на буровой, что в ряде случаев (при опережающем износе вооружения по отношению к опоре) позволит значительно улучшить технико-экономические показатели буровых работ.