ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
DRILLING BIT BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым 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.V 1.29).
К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя из-за ослабления цапфы каналом под замковый палец. Особо это сильно сказывается на долотах малого диаметра, предназначенных для бурения по твердым и крепким породам. Это связано с тем, что эффективность работы шарошечных долот по таким породам в первую очередь определяется величиной осевой нагрузки. Чем выше осевая нагрузка, тем выше скорость бурения. Однако ослабление цапфы замковым пальцем в малогабаритных долотах ограничивает допустимую осевую нагрузку и не обеспечивает работу долота на оптимальных режимах.
Известна также опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на ней замковым подшипником, образованным двумя обоймами, наружная из которых жестко соединена с шарошкой, а внутренняя - цапфой. При этом наружная обойма разделена на два кольца по линии, проходящей перпендикулярно ее оси через наибольший диаметр сферической поверхности внутренней обоймы, причем кольца выполнены с совмещенными каналами для их соединения штифтом, устанавливаемым через совмещенный с ними канал в лапе долота (патент РФ №2374419, кл. Е21В 10/22, 2009 г.).
Недостатком данной опоры является определенная сложность конструкции и малая надежность фиксации шарошки, особенно при бурении на форсированных режимах.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке (см. авт. св. СССР №220192, кл. Е21В 10/22, 1968 г.)
В данной опоре благодаря выполнению замкового подшипника без пальца значительно повышается прочность цапфы, а следовательно, возможно и использование форсированных режимов бурения.
Однако известная конструкция опоры также не лишена недостатков, основным из которых является сложность монтажа замкового подшипника. Это связано с необходимостью нагрева шарошки для установки замкового подшипника для прессовой посадки обойм замкового подшипника. При нагреве шарошки и внутренней обоймы замкового подшипника происходит отпуск нагреваемого металла и, как следствие этого, уменьшение твердости рабочих поверхностей контактирующих элементов цапфы, замкового подшипника и корпуса шарошки. При бурении по абразивным породам это может привести к износу корпуса шарошки вплоть до обнажения опоры, что в свою очередь неминуемо приводит к попаданию абразивного шлама в полость опоры и к ее заклиниванию. Другим негативным моментом известной опоры является недостаточная надежность, что связано с необходимостью выполнения обойм с ограниченной шириной. Это ведет к тому, что даже при незначительной величине износа замкового подшипника высока вероятность сползания шарошки с цапфы и оставления ее на забое.
В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости и надежности опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.
Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником, в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, согласно изобретению наружная обойма и цапфа выполнены с несколькими глухими радиальными каналами, в которых установлены с возможностью осевого перемещения фиксаторы, а шарошка и внутренняя обойма выполнены с кольцевыми расточками на внутренней поверхности, совмещенными с радиальными каналами соответственно наружной обоймы и цапфы.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что:
- фиксаторы выполнены со сферической рабочей головкой;
- фиксаторы цапфы и наружной обоймой расположены в разных радиальных плоскостях.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид опоры долота в разрезе.
Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 7 и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку 2. Замковый подшипник выполнен в виде двух обойм 5 и 6, контактирующих между собой по сферической поверхности 8. Внутренняя обойма 6 закреплена от осевого перемещения относительно цапфы 7, а наружная 5 - относительно шарошки 2. Наружная обойма 5 и цапфа 7 выполнены с несколькими глухими радиальными каналами 9, в которых установлены с возможностью осевого перемещения фиксаторы 3, а шарошка 2 и внутренняя обойма 6 выполнены с кольцевыми расточками 10 на внутренней поверхности, совмещенными с радиальными каналами 9 соответственно наружной обоймы 5 и цапфы 7. Фиксаторы 3 имеют сферическую рабочую головку и опираются на упругие элементы 4, размещенные на дне радиальных каналов 9 и обеспечивающие их перемещение в радиальном направлении.
При монтаже опоры вначале в радиальных каналах 9 цапфы 7 устанавливают упругие элементы 4 и фиксаторы 3, утапливают их и закрепляют их в таком положении любым известным способом например, легкоплавким сплавом. После этого таким же способом заподлицо с наружной поверхностью наружной обоймы 5 крепят фиксаторы 3, размещенные в радиальных каналах наружной обоймы 5. Собранный таким образом замковый подшипник с обоймами 5 и 6 устанавливают на цапфе 7 и совмещают фиксаторы 3 с кольцевой расточкой 10 на внутренней обойме 6. Затем надевают на цапфу 7 шарошку 2 до совмещения замкового узла с кольцевой расточкой 10 шарошки 2 и помещают лапу долота в емкость с заданной температурой, при которой происходит освобождение замкового узла, т.е. плавление удерживающего фиксаторы 3 сплава. После этого происходит автоматическое срабатывание замкового узла и подпружиненные фиксаторы 3 входят в кольцевые расточки 10 шарошки 2 и внутренней обоймы 6, фиксируя их относительно цапфы 7 наружной обоймы 6. Фиксаторы 3 цапфы 7 и наружной обоймой 5 могут быть расположены как в одной, так и в разных радиальных плоскостях, что определяется, в первую очередь, типоразмером долота, а также прочностными характеристиками опоры долота.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в данном случае - опорами скольжения. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде подпружиненных фиксаторов 3, которые воспринимают только нагрузку, действующую вдоль оси цапфы 7, они подвергаются незначительному износу. Это позволяет до минимума сократить количество отверстий под фиксаторы 3, а следовательно, и максимально увеличить прочность опоры, что имеет особое значение для долот малого диаметра, работоспособность которых практически полностью лимитируется прочностью цапфы 7. Кроме того, это позволяет и значительно упростить и технологию изготовления долот и тем самым снизить их стоимость.
Такое выполнение опоры позволяет повысить ее стойкость и надежность работы при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника, а следовательно, и опоры в целом. Это позволит значительно улучшить технико-экономические показатели буровых работ.