Результат интеллектуальной деятельности: Шарошка бурового долота

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород.

Известна шарошка бурового долота, включающая установленную на радиальных и упорных подшипниковых опорах в корпусе ось, крышки корпуса, между крышками и корпусом установлен эластичный элемент, при этом в оси выполнен канал, в котором установлен поршень с образованием камеры переменного объема, сообщенной с внутренней полостью корпуса (см. Патент США №5598895, МПК E21B 9/08, 1997 г.).

Недостатком известной шарошки является недостаточный ресурс вследствие возможности проникновения во внутреннюю полость шарошки воды и абразива (земли, песка) по причине отсутствия полной герметичности внутренней полости корпуса относительно внешней среды, меньшего давления в полости корпуса, чем в окружающей среде, в связи с потерей давления от трения в поршне. Кроме того, малый объем смазки в канале не позволяет полностью компенсировать утечки. Сборка подшипников в корпусе и на оси существенно повышает трудоемкость изготовления шарошки.

Также известна шарошка бурового долота, включающая корпус, установленную на двух конических подшипниковых опорах в корпусе ось, крышки корпуса, при этом корпус и крышки корпуса снабжены эластичными элементами относительно последних, взаимодействующими по торцам, кольцами, а в крышках выполнены кольцевые углубления с установленными в них поршнями с образованием камер переменного объема, сообщенными с внутренней полостью корпуса (см. Свайная буровая установка ЗИФ. Сайт ЗАО «Геомаш-Центр» WWW.geomash.ru. заявка США №2012/0212034, МПК E21D 9/10), который выбран за прототип).

Оснащение шарошки серийными коническими подшипниками значительно снижает трудоемкость ее изготовления.

Недостатком указанной шарошки является недостаточный ресурс вследствие возможности проникновения во внутреннюю полость корпуса воды и абразива (земли, песка) по причине отсутствия полной герметичности внутренней полости корпуса относительно внешней среды, меньшего давления смазки в полости корпуса, чем в окружающей среде, в связи с потерей давления от трения в поршне. Сложность конструкции, большое количество сопрягаемых друг с другом деталей снижает надежность, увеличивает трудоемкость изготовления изделия.

Известна шарошка бурового долота, содержащая корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, на оси выполнен центральное отверстие с установленным поршнем с образованием камеры переменного объема, сообщенной с полостью шарошки (см. Шарошка 12'' RCD Roller CUTTER фирмы SICHUAN JZ MACHINERY LTD, который принят за прототип).

Образование камеры переменного объема в центральном отверстии оси упрощает конструкцию.

Недостатком указанной шарошки является недостаточный ресурс вследствие возможности проникновения во внутреннюю полость корпуса воды и абразива (земли, песка) по причине отсутствия полной герметичности внутренней полости корпуса, меньшего давления смазки в полости корпуса, чем в окружающей среде, в связи с потерей давления от трения в поршне.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение срока службы шарошки.

Указанная цель предлагаемого решения достигается тем, что в шарошке бурового долота, содержащей маслонаполненный корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, на оси выполнено центральное цилиндрическое отверстие с образованием камеры переменного объема, согласно техническому решению цилиндрическое отверстие по торцам снабжено пробками, в котором установлена герметичная газонаполненная камера, выполненная из эластичного материала ответно отверстию, при этом начальное давление в эластичной камере не ниже атмосферного, а отношение давления масла в корпусе к начальному давлению газа в камере находится в диапазоне от 2 до 4.

Камера выполнена из патрубка, снабженного по торцам пробками, при этом патрубок и пробки выполнены из эластичного материала.

Диаметр в средней части центрального отверстия оси больше диаметра на торцах.

Конструкция предлагаемой шарошки поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлен общий вид шарошки (продольный разрез);

На фиг. 2 - вариант изготовления оси с увеличенной полостью для смазки.

На фиг. 3 - вариант изготовления эластичной камеры из патрубка:

Шарошка бурового долота содержит корпус 1 (фиг. 1), ось 2, установленную в корпусе 1, например, на двух конических подшипниках 3 и 4 и на радиальном подшипнике 5, крышку 6. Крышка 6 установлена в корпусе 1 при помощи резьбового соединения. На оси 2 выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 7, которое по торцам снабжено заглушками 8 и 9 с образованием герметичной полости, в которой установлена выполненная ответно отверстию 7 герметичная камера 10 цилиндрической формы, выполненная из эластичного материала (резина) с образованием камеры 11 переменного объема, образованной между камерой 10 с одной стороны и поверхностями отверстия 7 и заглушками 8 и 9 с другой. Камера 10 снабжена, например, самозакрывающимся каналом 12 для заправки газом, например воздухом.

На оси 2 выполнены, как минимум, два радиальных сквозных канала 13 и 14, сообщающие камеру 11 переменного объема с полостью корпуса.

Крышка 6 и корпус 1 снабжены уплотнительными элементами 15, 16, 17 и 18, 19, 20 для герметизации сопрягаемых поверхностей крышки 6 и корпуса 1 с осью 2.

На крышке 6 и в корпусе 1 выполнены, ответно друг другу, кольцевые бурты 21 и 22, между которыми с возможностью взаимодействия установлена регулировочная шайба 23.

На стыке резьбового соединения корпуса 1 с крышкой 6 установлены, например, как минимум, два резьбовых штифта 24.

В корпусе 1 выполнено, как минимум, два сквозных отверстия 25 и 26. Отверстие 25 снабжено заглушкой 27, а отверстие 26 - обратным клапаном 28 и пробкой 29.

Снаружи корпус 1 снабжен разрушающими породу зубьями 30 из твердого сплава.

Сквозное отверстие 7 в средней части выполнено большего диаметра (фиг. 2), чем на торцах, с образованием горловин (на фиг. не указаны).

Камера 10 может быть выполнена из патрубка 31 из эластичного материала, снабженного пробками 32 и 33, выполненными также из эластичного материала.

Подготовка шарошки бурового долота к работе.

При установленных подшипниках 3, 4 и 5 на корпус 1 устанавливается крышка 6 с обеспечением требуемой затяжки конических подшипников 3 и 4. Далее по размеру биения торца крышки 6 относительно торца корпуса 1 (на фиг. не указаны) определяется зазор между буртами 21 и 22. Далее снимается крышка 6, и при повторном монтаже шарошки между буртами 21 и 22 устанавливается регулировочная шайба 23, ширина которой равна величине зазора между буртами 21 и 22. Перед установкой заглушек 8 и 9 в цилиндрическое отверстие 7 в камеру 10 закачивается газ (воздух) под абсолютным давлением, равным или превышающим на 5-7% атмосферное давление.

Собранная шарошка устанавливается вертикально с расположением отверстий 25 и 26 сверху (фиг. 1 и 2). Снимаются пробка 29, заглушка 27, и через клапан 28, отверстие 26, каналы 13 и 14 во внутреннюю полость шарошки и камеру 11 переменного объема закачивается смазка (масло). После появления смазки из отверстия 25, она закрывается заглушкой 27. Далее смазка закачивается в полость корпуса 1 шарошки и камеру 11 переменного объема путем сжатия газа (воздуха) в камере 10. При этом абсолютное давление в камере 10 достигает от 2 до 4 кг/см², т.е. отношение конечного и начального давления газа в камере составляет от 2 до 4.

Шарошка работает следующим образом.

В составе долота (на фиг. не указано) корпус 1 (фиг. 1) шарошки вращается относительно оси 2. При этом зубья 30, перекатываясь, разрушают породу. Подшипники 3, 4 и 5 вращаются в масляной среде. Оснащение корпуса 1 и крышки 6 уплотнительными элементами 15, 16, 17 и 18, 19 и 20 исключает попадание во внутренние уплотнительные элементы 16, 17 и 19, 20 абразивных частиц и воды. Кроме того, избыточное давление в корпусе 1 шарошки предотвращает попадание абразива и воды в зону внутренних уплотнительных элементов корпуса 1 и крышки 6 и во внутреннюю полость шарошки. При наличии утечек смазки через уплотнительные элементы давление в полости шарошки снижается. Под действием избыточного давления газа камера 10 расширяется, компенсируя утечки масла и восстанавливая избыточное давление. При этом объем камеры 11 переменного объема постепенно уменьшается.

Увеличение диаметра отверстия 7 (фиг. 2) в средней части оси 2 увеличивает объем камеры 10 и начальный объем масла в камере 11 переменного объема для компенсации утечек.

Изготовление камеры 10 из трубы 31 (фиг. 3) из эластичного материала и пробок 32 и 33, выполненных также из эластичного материала, существенно упрощает изготовление камеры 10.

Таким образом, оснащение центрального цилиндрического отверстия 7, выполненного в оси 2, герметичной газонаполненной камерой 10 позволяет увеличить избыточное давление в корпусе 1 в связи с отсутствием потерь на трение.