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 долот, Палий П.А. и Корнеев К.E., 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 цементованным 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 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 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 достигается тем, что в опоре бурового породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с подшипником скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями со стороны нагруженной части и установленную на ней шарошку, согласно изобретению, по меньшей мере, один из подшипников скольжения со стороны нагруженной части выполнен с лыской и снабжен вкладышем, у которого глухие отверстия расположены на его грани, примыкающей к лыске, при этом вкладыш жестко соединен с цапфой, а расстояние между наружной поверхностью вкладыша и дном глухих отверстий составляет не менее допустимой величины износа цапфы.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- опора снабжена шпонкой с поперечным сечением в форме двух симметрично расположенных относительно его продольной оси «ласточкиных хвостов», а цапфа и вкладыш со стороны лыски выполнены с пазами ответной формы для размещения шпонки;
- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным пазом, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш - с ответным V-образным выступом;
- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным выступом, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш - с ответным V-образным пазом;
- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным пазом, имеющим в поперечном сечении форму «ласточкиного хвоста», а вкладыш - с выступом ответной формы;
- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным выступом, имеющим в поперечном сечении форму «ласточкиного хвоста», а вкладыш - с пазом ответной формы.
Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры (без шарошки), фиг.2 - сечение А-А фиг.1 (варианты соединения вкладыша с цапфой).
Опора породоразрушающего инструмента включает лапу 1 и цапфу 2 с подшипниками скольжения 4, количество которых выбирается в зависимости от диаметра инструмента. На подшипниках скольжения 4 цапфы 2 установлен вкладыш 3 с глухими отверстиями 5, расположенными на его грани 6, примыкающей к лыске 7, выполненной на подшипнике скольжения 4 со стороны его нагруженной части. Вкладыш 3 жестко соединен с подшипником скольжения 4, при этом расстояние между наружной поверхностью вкладыша 3 и дном глухих отверстий 5 выбирают равным не менее допустимой величины износа цапфы 2 в зоне подшипника скольжения 4. При этом и глубина цементованного слоя рабочей поверхности вкладыша 3 должна быть также не менее величины износа подшипника скольжения 4. Вкладыш 3 жестко соединяется с цапфой 2 любым известным способом, например посредством пайки, лазерной сварки и т.д.
Для повышения технологичности сборки и точности соединение вкладыша 3 с цапфой 2 рекомендуется осуществлять с использованием направляющих элементов. Так, по одному варианту для этой цели используется специальная шпонка 8 с поперечным сечением в виде двух симметрично расположенных «ласточкиных хвостов» (фиг.6), а цапфа 1 и примыкающий к лыске 7 вкладыш 3 выполнены с продольными пазами 9 в форме ответных «ласточкиных хвостов», в которых и устанавливается шпонка 8. Специальная шпонка 8 может быть изготовлена как из двух элементов, жестко соединенных между собой, так и из одного элемента.
По другому варианту лыска 7 цапфы 1 выполнена с продольным пазом 9, имеющим в поперечном сечении V-образную форму (фиг.3) или форму «ласточкиного хвоста» (фиг.2), а вкладыш 3 с ответным V-образным выступом 10 или выступом в форме «ласточкиного хвоста» 11.
По третьему варианту лыска 7 цапфы 1 выполнена с продольным выступом 12, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш 3 с ответным V-образным пазом (фиг.4). Предусмотрен также вариант выполнения на лыске 7 продольного выступа в форме «ласточкиного хвоста» 13, а вкладыша 3 с ответным пазом (фиг.5).
Выполнение соединения цапфы 2 с вкладышем 3 с использованием V-образных выступов и ответных пазов обеспечивает точную центровку вкладыша 3 относительно цапфы 2, что позволяет исключить применение специальных приспособлений для центровки и соединения вкладыша 3 с цапфой 2.
Применение же соединения типа «ласточкин хвост» обеспечивает не только центровку, но и фиксацию вкладыша 3 относительно цапфы 2 без применения специальных приспособлений. Все это позволяет значительно ускорить монтаж опоры в целом и повысить качество соединения цапфы 2 с вкладышем 3.
Одновременно с этим такое выполнение опоры обеспечивает получение рабочей поверхности с заданными физико-механическими свойствами и 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 может привести 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.
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. Использование для соединения вкладыша 3 с цапфой 1 специальных направляющих элементов (фигурных шпонок и выступов с ответными пазами на соединяемых деталях) повышает технологичность монтажа опоры и, как следствие этого, качество инструмента в целом.