ОПОРА БУРОВОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (ВАРИАНТЫ)
SUPPORT OF BORING ROCK-BREAKING TOOL (VERSIONS)

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.