ОПОРА БУРОВОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту шарошечного типа, а именно к опорам буровых долот, калибраторов и расширителей.

Известна опора шарошечного инструмента, содержащая цапфу с цементованным слоем на беговых дорожках и установленную на ней посредством замкового подшипника шарошку (см. Буровые долота. Палий П.А. и Корнеев К.Е. М. Недра, 1971, с.152- 153).

Недостатком такой опоры является малая износостойкость нагруженных поверхностей подшипников скольжения цапфы, подвергающихся постоянным динамическим нагрузкам в процессе бурения. Как известно, наибольшей твердостью и, как следствие этого, износостойкостью обладает опора с цементированным слоем при концентрации углерода от 0,85 до 1,05%. Однако такая концентрация углерода содержится только на наружной поверхности цапфы, а на глубине 1 мм она составляет всего 0,2%. Это значительно ухудшает физико-механические свойства термообработанного слоя и ведет к ускоренному износу цапфы по мере уменьшения толщины цементованного слоя.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового породоразрушающего инструмента, включающая цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями с нагруженной стороны и установленную на ней шарошку (авт.св. СССР № 791897, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).

В данной опоре цапфа имеет необходимую концентрацию углерода на значительно большей глубине, что повышает износостойкость цементованного слоя. К недостаткам данной опоры следует отнести значительную вероятность скола острых кромок в зоне контакта глухих отверстий с наружной поверхностью цапфы и попадание сколотых твердых частиц в полость между шарошкой и цапфой. Попадание таких частиц между трущимися поверхностями приводит к усиленному износу опоры и быстрому выходу ее из строя, что уменьшает работоспособность опоры и инструмента в целом.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры и, как следствие этого, породоразрушающего инструмента в целом.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в опоре бурового породоразрушающего инструмента, включающей цапфу и подшипники скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями со стороны нагруженной части и установленную на ней шарошку, согласно изобретению она снабжена цилиндрической втулкой, жестко установленной на подшипнике скольжения, причем глухие отверстия выполнены на внутренней поверхности втулки, при этом втулка выполнена с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения.

По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в опоре бурового породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями с нагруженной стороны и установленную на ней шарошку, согласно изобретению, по меньшей мере, один из подшипников скольжения снабжен вкладышем, выполненным с поперечным сечением в форме сегмента и глухими отверстиями, расположенными со стороны его плоской грани, примыкающей к лыске, выполненной со стороны нагруженной части подшипника скольжения, жестко соединенного с вкладышем, при этом вкладыш выполнен с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры (без шарошки), фиг.2 и 3 - соответственно сечение А-А и Б-Б на фиг.1.

Опора породоразрушающего инструмента по первому варианту включает цапфу 1 с подшипниками скольжения 2, количество которых выбирается в зависимости от диаметра инструмента. На подшипниках скольжения 2 цапфы 1 установлены цилиндрические втулки 3 (см. фиг.3) с глухими отверстиями 4, выполненные с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения 2. Таким образом, глубина глухих отверстий 4 выбирается таким образом, чтобы расстояние между дном отверстий 4 и наружной поверхностью цилиндрической втулки 3 была не менее допустимой величины износа подшипника скольжения 2. Такое выполнение опоры исключает вскрытие глухих отверстий 4, а следовательно, и вероятность скола острых кромок в зоне контакта глухих отверстий 4 с наружной поверхностью втулки 3 и попадание сколотых твердых частиц в полость между шарошкой (не показана) и цапфой 1, что имеет место в прототипе. Попадание же частиц с высокой твердостью между трущимися поверхностями цапфы 1 и шарошки приводит к усиленному износу опоры и быстрому выходу ее из строя, что уменьшает работоспособность опоры и инструмента в целом. Не менее важно и то, что предложенная конструкция опоры обеспечивает большую по сравнению с прототипом контактную поверхность подшипника скольжения 2 с шарошкой, что значительно снижает удельные нагрузки на опору скольжения 2 и тем самым увеличивает срок их службы. Каждая втулка 3 жестко соединена с подшипником скольжения 2. При этом глухие отверстия 4 выполняются на части внутренней поверхности втулки 3, которую ориентируют при креплении на цапфе 1 в сторону ее нагруженной части.

По второму варианту вместо цилиндрических втулок 3 используются вкладыши 5 с глухими отверстиями 4 и поперечным сечением в форме сегмента (см. фиг.2). При этом каждый подшипник скольжения 2 со стороны нагруженной части выполнен с лыской 6 под плоскую грань 7 вкладыша 5. Причем глухие отверстия 4 на вкладыше 5 сверлят со стороны его плоской грани 7, а глубину их выбирают таким образом, чтобы расстояние между дном отверстий 4 и наружной поверхностью вкладыша 5 было не менее допустимой величины износа подшипника скольжения 2. При этом и глубина цементованного слоя рабочей поверхности вкладыша 5 должна быть также не менее величины износа подшипника скольжения 2. Вкладыш 5 жестко соединяется с цапфой 1 любым известным способом, например посредством пайки, лазерной сварки и т.д.

Возможен вариант использования вкладыша 5 и втулки 3 в одной опоре. При этом целесообразно втулку 3 использовать на подшипнике скольжения с большим диаметром, а вкладыш 5 - на подшипнике скольжения с меньшим диаметром, как это показано на фиг.1. Этим обеспечивается более равномерное распределение нагрузок на опору породоразрушающего инструмента.

Предложенная схема выполнения глухих отверстий 4 гарантирует цементацию рабочих поверхностей подшипника скольжения 2 с заданными параметрами при обеспечении контакта цапфы 1 с шарошкой гладкими поверхностями. Это исключает сколы цементованных поверхностей и попадание твердых частиц, как это имеет место в прототипе, в опору породоразрушающего инструмента, что позволит значительно повысить работоспособность как опоры, так и инструмента в целом.

Изобретение относится к опорам породоразрушающего инструмента шарошечного типа, а именно к опорам буровых долот, калибраторов и расширителей. Технический результат - повышение износостойкости и работоспособности всего породоразрушающего инструмента. Предложенная опора включает цапфу, установленную на ней шарошку и подшипники скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями со стороны нагруженной части. Особенностью опоры по первому варианту является то, что она снабжена цилиндрической втулкой, жестко установленной на цапфе и выполненной с глухими отверстиями, выполненными на ее внутренней поверхности. При этом втулка выполнена с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения. По другому варианту особенностью предложенной опоры является то, что, по меньшей мере, один из подшипников скольжения со стороны нагруженной части снабжен вкладышем с поперечным сечением в форме сегмента и глухими отверстиями, при этом подшипник скольжения со стороны нагруженной части выполнен с лыской под плоскую грань вкладыша, а глухие отверстия выполнены со стороны плоской грани вкладыша. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Опора бурового породоразрушающего инструмента, включающая цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями со стороны нагруженной части и установленную на ней шарошку, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрической втулкой, жестко установленной на подшипнике скольжения, причем глухие отверстия выполнены на внутренней поверхности втулки, при этом втулка выполнена с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения.

2. Опора бурового породоразрушающего инструмента, включающая цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями с нагруженной стороны и установленную на ней шарошку, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из подшипников скольжения снабжен вкладышем, выполненным с поперечным сечением в форме сегмента и глухими отверстиями, расположенными со стороны его плоской грани, примыкающей к лыске, выполненной со стороны нагруженной части подшипника скольжения и жестко соединенного с вкладышем, при этом вкладыш выполнен с цементованным слоем, толщина которого не менее допустимой величины износа подшипника скольжения.