Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости, разрушение которых не вызывает значительных нагрузок, направленных вдоль оси цапфы.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки, установленные на цапфах лап посредством замкового подшипника (см. Палий П.П. и Корнеев К.Е «Буровые долота», М.: Недра, 1971 г., с.175, рис.У1.30).

Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за значительного ослабления цапфы, связанного с использованием замкового пальца большого размера.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы, на наклонных цапфах которых, выполненных с кольцевыми канавками, установлены шарошки, закрепленные посредством замковых и стопорных элементов, последовательно установленных в радиальных каналах шарошки, совмещенных с кольцевыми канавками цапф (см. патент РФ №2291270, кл. Е 21 В 10/22, 2007).

Данное долото благодаря исключению замкового пальца повышает работоспособность опоры бурового долота, особенно малого диаметра, ресурс работы которого, как правило, лимитируется сроком службы опоры долота.

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую вероятность выпадения стопорного элемента, особенно при бурении по трещиноватым породам вследствие сильной вибрации бурового инструмента. Это неминуемо приведет и к выпадению замкового элемента, а следовательно и к выходу опоры в целом. Преждевременный же выход опоры резко снижает эффективность работы долота в целом.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы долота в целом.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы, на наклонных цапфах которых, выполненных с кольцевыми канавками, установлены шарошки, закрепленные посредством замковых и стопорных элементов, последовательно установленных в радиальных каналах шарошки, совмещенных с кольцевыми канавками цапф, согласно изобретению радиальный канал в шарошке выполнен ступенчатой формы, причем ступень меньшего диаметра расположена с наружной стороны шарошки, при этом стопорный элемент выполнен в виде пружины сжатия, размещенной между замковым элементом и опорным буртом, образованным ступенью меньшего диаметра радиального канала шарошки.

В известном патенте РФ №2291270 способ монтажа бурового шарошечного долота включает установку на цапфах, выполненных с кольцевыми канавками на наружной поверхности, шарошек и фиксацию их посредством замкового и стопорного элементов, устанавливаемых в радиальных каналах шарошек после совмещения их с кольцевыми канавками цапф.

К недостаткам данного способа следует отнести определенную сложность, связанную с надежной фиксацией стопорного элемента, обеспечиваемого или резьбовым соединением стопорного элемента с корпусом шарошки или же сваркой. Резьбовое соединение является сложной и дорогостоящей операцией в связи с необходимостью нарезки резьбы в термообработанном корпусе шарошки. Использование сварки для соединения стопорного элемента с корпусом шарошки ведет к отпуску материала корпуса шарошки, а следовательно и к ослаблению этого соединения и опоры в целом, особенно в долотах малых диаметров в связи с возможностью снижения твердости беговых дорожек опоры из-за отпуска материала шарошки.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота и упрощение конструкции узла крепления замкового подшипника.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предложенном способе монтажа бурового долота, включающем установку на цапфах шарошек и фиксацию их посредством замкового и стопорного элементов, которые устанавливают в радиальных каналах шарошек после совмещения их с кольцевыми канавками цапф, согласно изобретению радиальные каналы шарошек выполняют ступенчатой формы, после чего стопорные элементы предварительно устанавливают в радиальных каналах шарошек, после чего их фиксируют пружинным элементом, который размещают в полости между замковым элементом и дном радиального канала шарошки, при этом наружный диаметр пружинного элемента в сжатом положении выбирают большим диаметра входной части радиального канала шарошки.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота; на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с резьбой 2, наклонными цапфами 3, на которых посредством подшипников 5 и 6, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4, закрепленные посредством замковых 9 и стопорных 8 элементов, последовательно установленных в радиальных каналах 10 шарошки 4, совмещенных с кольцевыми канавками 7 цапф 3. Радиальный канал 10 в каждой шарошке 4 выполнен ступенчатой формы, причем ступень меньшего диаметра расположена с наружной стороны шарошки 4. Стопорный же элемент 8 выполнен в виде пружины сжатия и размещен между замковым элементом 9 и опорным буртом 11, образованным ступенью меньшего диаметра радиального канала 10 шарошки 4. При этом диаметр пружины сжатия 8 в рабочем положении должен быть больше, чем диаметр меньшей ступени радиального канала 10 шарошки 4. Опора может быть оснащена радиальным подшипником 5 и подшипником скольжения 6 в виде втулки 6.

Монтаж предложенного долота заключается в следующем. Вначале осуществляется сборка лап с шарошками 4. С этой целью на цапфах 3 или подшипниках скольжения 6, выполненных с кольцевыми канавками 7 на наружной поверхности, устанавливают шарошки 4 и фиксируют их от осевого перемещения посредством замкового 9 и стопорного элементов 8. Замковый 9 и стопорный 8 элементы устанавливают в радиальных каналах 10 шарошек 4 после совмещения их с кольцевыми канавками 7, выполненными на цапфах 3 или подшипниках скольжения 6. При этом каждый замковый элемент 9 предварительно устанавливают в кольцевой расточке 12 радиального канала 10 шарошки 4, а после совмещения его с кольцевой канавкой 7 фиксируют пружинным стопорным элементом 8. Причем стопорный элемент 8 через зауженный участок размещают в полости ступенчатого радиального канала 10 между замковым элементом 9 и опорным буртом 11 канала 10. При этом наружный диаметр пружинного элемента 8 в исходном положении выбирают близким к диаметру зауженной части радиального канала 10 шарошки 4. Это гарантирует свободную установку пружинного элемента 8 в полости радиального канала 10 шарошки 4 и фиксацию замкового элемента 9. При этом пружинный элемент 8 сжимается и увеличивается в диаметре, благодаря чему он надежно удерживается в полости радиального канала 10. После сборки лап осуществляется сборка корпуса 1 путем сварки лап в единый блок и нарезки присоединительной резьбы 2.

Благодаря выполнению радиальных каналов 10 шарошек 4 ступенчатой формы и использованию стопорных элементов 8 в виде пружин, размещаемых в расточке каналов 10, полностью исключается выпадение как замковых, так и стопорных элементов из радиальных каналов 10 в шарошке 4. Это позволяет значительно повысить надежность крепления шарошек и увеличить ресурс работы долота.

Таким образом, применение предложенного изобретения позволяет в первую очередь упростить технологию изготовления долота и повысить надежность работы опоры и тем самым снизить стоимость бурового долота в целом и затраты на буровые работы.