ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
DRILLING BIT BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот.
Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с. 175, рис. V1.29).
К недостаткам данной опоры долота следует отнести быстрый выход ее из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.
Известна также опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки и замкового подшипника (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с. 13, рис. 2).
В данном долоте благодаря использованию плавающего подшипника удалось повысить работоспособность опоры. Однако работоспособность подшипников скольжения и качения не одинакова, что связано с уменьшением контактной поверхности втулки с цапфой при значительных осевых нагрузках, связанных с консольностью расположения шарошек. Это приводит к уменьшению общей работоспособности опоры из-за усиленного износа нагруженной части подшипника скольжения.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая ступенчатую цапфу, втулку, размещенную между цапфой и шарошкой, установленной на цапфе посредством замкового подшипника и подшипника скольжения, выполненного с продольными пазами под натяжные ролики, установленные между шарошкой и втулкой (см. патент РФ №2435017, кл. Е21В 10/22, 2010 г.).
К недостаткам данной опоры долота следует отнести опережающий выход из строя подшипника скольжения по сравнению с подшипником качения из-за неодинаковых условий их работы, особенно при наличии значительных эксцентричных нагрузок.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является улучшение эффективности работы опоры и долота в целом путем повышения работоспособности подшипника скольжения.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей ступенчатую цапфу, втулку, размещенную между цапфой и шарошкой, установленной на цапфе посредством замкового подшипника и подшипника скольжения, выполненного с продольными пазами под натяжные ролики, установленные между шарошкой и втулкой, согласно изобретению нижняя часть цапфы между натяжными роликами выполнена с пазом, имеющим в поперечном сечении форму кольцевого сегмента и предназначенным для размещения вспомогательных опорных роликов, установленных с возможностью вращения вокруг своей продольной оси.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что глубина пазов под натяжные ролики больше, чем глубина паза под вспомогательные ролики.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид опоры в продольном разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 2, выполненную за одно целое с лапой 1, и шарошку 4, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника 3 и подшипника скольжения. Подшипник скольжения выполнен в виде плавающей втулки 5, изготовленной из упругого материала. Нижняя часть цапфы между натяжными роликами 9 выполнена с пазом 6, имеющим в поперечном сечении форму кольцевого сегмента и предназначенным для размещения вспомогательных опорных роликов 7, установленных с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Расположение вспомогательных роликов 7 по всей площади паза 6 позволяет увеличить контактную поверхность нижней части цапфы с опорной поверхностью шарошки 4, что значительно уменьшает удельную нагрузку на опорные элементы долота. Этому дополнительно способствует установка вспомогательных роликов 7 с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, что гарантирует равномерный износ как самих роликов 7, так и контактирующую с ними поверхность цапфы. При этом цапфа 2 в зоне подшипника скольжения выполнена с продольными пазами 8 под натяжные ролики 9, установленные между шарошкой 4 и втулкой 5. Контактирующие поверхности втулки 5 с шарошкой 4 и цапфой 2 покрывают материалом, обеспечивающим коэффициент трения между шарошкой 4 и втулкой 5 больше, чем коэффициент трения между втулкой 5 и цапфой 2. Это обеспечивает постоянный проворот втулки 5 относительно цапфы 2, чем гарантируется равномерное использование всей рабочей поверхности втулки 5. Кроме того, достижению указанного технического результата способствует также и то, что глубина пазов 8 под натяжные ролики 9 больше, чем глубина паза 6 под вспомогательные ролики 7. Это обеспечивает более благоприятные условия работы для втулки 5.
Принцип работы опоры бурового долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается замковым подшипником 3 и втулкой 5. При этом вследствие консольности цапфы 2 наблюдается эксцентричное нагружение указанных подшипников опоры долота. В первую очередь это относится к подшипнику скольжения, который начинает контактировать с цапфой 2 по значительно меньшей поверхности. Это ведет к усиленному износу подшипника скольжения. С целью уменьшения этого вредного явления плавающая втулка 5 выполняется из упругого материала, благодаря чему она под действием натяжных роликов 9 плотно обхватывает цапфу 2 в нагруженной зоне и тем самым увеличивает площадь контакта подшипника скольжения с цапфой 2. Этим достигается снижение удельного давления на цапфу и, как следствие этого, увеличение срока службы опоры долота. Этому же способствует и использование вспомогательных опорных роликов 7, установленных по всей поверхности паза 6 с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, причем глубина пазов 8 под натяжные ролики 9 больше, чем глубина паза 6 под вспомогательные ролики 7, что позволяет улучшить условия работы всей опоры и в первую очередь плавающей втулки 5.
Все это позволяет повысить эффективность работы долота в целом.