УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ ШАРОШЕК БУРОВЫХ ДОЛОТ
PLAIN THRUST BEARING OF DRILL BIT ROLLING CUTTERS

Изобретение относится к области техники, применяемой при бурении грунта или горных пород, и предназначено для увеличения нагрузочной способности опорных элементов подшипников скольжения в шарошечных долотах.
Известны подшипники скольжения шарошечных буровых долот - аналогов [1, 2] и др., содержащих шариковый замок, свободно сидящую втулку, уплотнение, герметизирующее зону трения от внешнего загрязнения, и упорный элемент подшипника, выполненный в виде торцевого уступа на цапфе, взаимодействующий с опорной поверхностью шарошки, воспринимающей осевую составляющую нагрузки, через промежуточную свободно сидящую шайбу.
Примером такого решения является опора бурового долота III-М3-ГАУ 190.5, в которой осевую нагрузку воспринимают торцевой уступ, выполненный на цапфе, а также плоский торец центрирующего шипа.
Недостатком данной конструкции является нестабильность распределения нагрузки между упорными буртами цапфы и шипа, зависящей от точности выполнения их линейных размеров.
В устройстве упорного подшипника по патенту РФ №2068060 [3] для повышения работоспособности опор предусмотрены свободно сидящие втулки и упорные шайбы, на поверхности которых образованы спиральные, наполненные смазкой канавки, что улучшает смазочный режим радиального и упорного элементов подшипника.
Недостатком данного технического решения является уменьшение площади контакта опорной поверхности за счет образованных канавок, что повышает удельную нагрузку в упорном подшипнике.
Кроме того, при действии динамических нагрузок - вибрации и ударов, осевая опора, даже с промежуточной шайбой, остается жесткой, ее демпфирующее действие - недостаточным, а выход опоры из строя связан со схватываниями и задирами между поверхностями шайбы, торцевыми поверхностями шипа и шарошки.
Данный патент принимается за прототип.
Техническим результатом является увеличение работоспособности упорного подшипника шарошек буровых долот.
Технический результат достигается тем, что в опоре скольжения шарошек буровых долот, содержащей цапфу, промежуточную втулку между цапфой и поверхностью посадочного отверстия шарошки, упорный элемент, выполненный в виде торцевого уступа на цапфе и имеющий промежуточную свободно сидящую шайбу, между контактирующими поверхностями торцевого уступа цапфы, промежуточной шайбы, а также между поверхностями шайбы и шарошки устанавливают пропитанные штатной смазкой трехслойные пакеты: бумажная калька - фторопластовая пленка - бумажная калька, площадь контакта которых равна площади промежуточных шайб.
В предлагаемом решении (чертеж) в стыки между шарошкой 2, упорной шайбой 4, а также между упорной шайбой и опорной поверхностью цапфы 1 устанавливают промежуточные элементы 5, выполненные в виде пакета пластин из фторопласта Ф-4, разделенных пористыми прослойками, например, из бумажной кальки по ГОСТ 2036-88, ГОСТ - 24222-80.
Введенные в рабочий зазор промежуточные элементы предотвращают металлический контакт, схватывание и задиры при разрывах смазочной пленки, усиливают смазывающее действие, препятствуют выдавливанию смазки через боковой зазор и нежелательный перенос меди на стальные поверхности с поверхностей свободно сидящих шайб, выполненных из бронзы БрБ2, а также обеспечивают повышение демпфирующего действия опоры, что и создает суммарный полезный эффект предложенного изобретения.
Предложенное изобретение реализуется следующим образом.
Изготовленные из фторопласта Ф-4 и бумажной кальки кольца промазывают штатной смазкой и формируют пакет: между двумя бумажными кольцами размещают кольцо из фторопласта Ф-4, а полученные трехслойные пакеты 5 (фиг.1) устанавливают на упорный торец цапфы 1. Поверх пакета устанавливают упорную шайбу 4, поверх шайбы - второй пакет 5.
На сформированный таким образом опорный элемент устанавливают шарошку 2, а в смазочные зазоры 3 под давлением подают смазку.
При оценке эффективности использования демпфирующих пакетов в упорных подшипниках буровых долот на примере долота R544 установлено следующее:
2
1. Величина предельной нагрузки схватывания при испытании, например, со смазкой «Томфлон СБС-240» возросла с 75 до 350 кГс/см, т.е. в 4,7 раза.
2. Температура саморазогрева за 1 час испытания снизилась на 10…15%.
3. Коэффициент трения снизился в 4 раза.
Литература
1. Иогансен К.В. Спутник буровика. Справочник: Иогансен Константин Владимирович. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М: Недра, 1990. - 302 с.
2. Кершенбаум В.Я., Торгашов А.В., Вессер А.Г. Буровой породоразрушающий инструмент. Том.1. Шарошечные долота. Междунар. транслятор-справочник. - М.: «Нефть и газ», 2003. - 254 с.
6
3. Пат. 2068069 Российской Федерации, МПК Е21В 10/22 Опора шарошечного долота. / Зельцер П.Я.; заявитель и патентообладатель Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья. - №4936924/03; заявл. 15.05.91; опубл. 20.10.96. - Бюл. №22. - 5 с.: ил.
4. ГОСТ 20692-2003. Группа Г43. Межгосударственный стандарт. Долота шарошечные. ТУ МКС 75.180.10. ОКП 36 6440. - Взамен ГОСТ 20692-75.