ОПОРА БУРОВОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
SUPPORT OF BORING ROCK-BREAKING TOOL

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 около 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 радиальными отверстиями и установленную на ней шарошку (см. авт. св. СССР №791897, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).
В данной опоре цапфа имеет необходимую концентрацию углерода на значительно большую глубину, 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, а следовательно, и всего инструмента.
В связи с изложенным, техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры и, как следствие этого, - породоразрушающего инструмента в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре бурового породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими радиальными отверстиями и установленную на ней шарошку, согласно изобретению, она снабжена установленным на подшипнике скольжения плавающим подшипником в виде, по меньшей мере, двух концентрично установленных втулок с глухими отверстиями, выполненными у втулки с большим диаметром на внутренней поверхности, а у втулки с меньшим диаметром - на наружной поверхности, при этом расстояние между дном каналов и соответствующей поверхностью втулок - не менее допустимой величины износа подшипника скольжения, причем втулки между собой зафиксированы от взаимного проворота.
Достижению указанного технического результат способствует также и то, что:
- отверстия на одной втулке смещены в плане относительно глухих отверстий другой втулки;
- что глухие отверстия на втулках заполнены твердой смазкой;
- плавающий подшипник снабжен дополнительной втулкой, размещенной между его основными втулками и жестко соединенной с ними, при этом дополнительная втулка выполнена из более мягкого материала по сравнению с основными втулками.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры (без шарошки), фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Опора породоразрушающего инструмента включает цапфу 1 с подшипниками скольжения 2, количество которых выбирается в зависимости от диаметра инструмента. На подшипниках скольжения 2 цапфы 1 установлены плавающие подшипники 3 в виде, по меньшей мере, двух цилиндрических втулок 4 и 5 (см. фиг.2) с глухими отверстиями 6, глубина которых выбирается таким образом, чтобы расстояние между дном отверстий 6 и поверхностью соответствующей цилиндрической втулки 4 и 5 было не менее допустимой величины износа подшипника скольжения 2. Выполнение втулок 4 и 5 с глухими отверстиями 6 обеспечивает без изменения существующей технологии химико-термической обработки сквозную цементацию всего изнашивающегося слоя на глубину, кратно превышающую глубину цементации при существующей технологии. Цилиндрические втулки 4 и 5 установлены концентрично и зафиксированы от взаимного проворота любым известным способом, например, путем установки на торцах втулок 4 и 5 шпонок 7. При этом глухие отверстия 6 выполнены у втулки 4 с большим диаметром на внутренней поверхности, а у втулки 5 с меньшим диаметром - на наружной поверхности, причем в собранном виде глухие отверстия 6 одной втулки смещены в плане (в развертке) относительно глухих отверстий другой втулки и расположены в шахматном порядке. Для улучшения условий смазки глухие отверстия 6 на обеих втулках 4 и 5 могут быть заполнены твердой смазкой, например графитом. Выполнение плавающего подшипника 3 в виде двух втулок 4 и 5, поверхности которых с глухими отверстиями 6 обращены одна к другой, обеспечивает контакт с цапфой 1 и шарошкой (не показана) гладкими поверхностями, толщина цементированного слоя которых выбрана такой, чтобы исключить вскрытие глухих отверстий 6, а следовательно, и вероятность скола острых кромок в зоне контакта глухих отверстий 6 с наружной поверхностью втулок 4 и 5 и попадание сколотых твердых частиц в полость между шарошкой 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 плавающего подшипника с шарошкой и цапфой 1, что значительно снижает удельные нагрузки на опору скольжения 2 и тем самым увеличивает срок ее службы.
Предусмотрен вариант выполнения плавающего подшипника с дополнительной втулкой 8, размещенной между его основными втулками 4 и 5 и жестко соединенной с ними, при этом дополнительная втулка 8 выполнена из более мягкого материала по сравнению с материалом основных втулок 4 и 5. В качестве такого материала может быть использована бронза, латунь, частицы которых могут выполнять функции смазки.
Предложенная схема выполнения плавающего подшипника 3 гарантирует цементацию его рабочих поверхностей с заданными параметрами при одновременном обеспечении контакта подшипника скольжения 3 с цапфой 1 и с шарошкой гладкими поверхностями. Это повышает работоспособность как опоры, так и породоразрушающего инструмента в целом.