БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.
Известно буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых установлены шарошки, смонтированные посредством замкового шарикового подшипника (см. авт. св. СССР №1361290, кл. E21B 10/16, 1981 г.).
Недостатком этого долота является высокое расположение замкового пальца, острые кромки рабочего торца которого контактируют с шарошкой. При вращении шарошки указанные острые кромки скалываются и попадают в беговую дорожку, что приводит к усиленному износу как тел качения, так и самой беговой дорожки.
Более близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых установлены шарошки, смонтированные посредством шарикового подшипника, запираемого замковым пальцем (см. авт. св. СССР №1716070, кл. E21B 10/18, 1992 г.).
К недостаткам данного долота относится низкое расположение замкового пальца, что может быть использовано только в долотах большого диаметра. В малогабаритных долотах такая схема расположения замкового пальца существенно уменьшает прочностные характеристики цапфы и долота в целом, а также и надежность крепления замкового пальца. Все это снижает технико-экономические показатели долота в целом.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более надежного крепления шарошек замковыми пальцами и сохранения прочностных характеристик всей опоры в малогабаритных шарошечных долотах.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с цапфами, на которых установлены шарошки, смонтированные посредством шарикового подшипника, запираемого замковым пальцем, согласно изобретению координата h оси замкового пальца в вертикальной плоскости в верхней ее части определяется по формуле
,
к
m
m
где t=R/sinφ-R/tqφ-σ
φ - угол наклона оси цапфы к оси долота;
ш.д.
R - минимальный радиус шариковой дорожки, мм;
m
R - радиус подшипника скольжения у основания цапфы, мм;
к
R - расстояние от оси долота до спинки лапы;
m
σ - расстояние от оси шариковой дорожки до основания цапфы.
з.п.
з.п.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что на замковом пальце со стороны спинки лапы выполнена площадка под углом α к вертикали, равным α=(90-φ)±1, которая расположена от нижнего края пальца на расстоянии (0.4-0.6)d, где d - диаметр замкового пальца.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота в продольном разрезе; на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Буровое малогабаритное шарошечное долото включает лапы 1, на цапфах 2 которых посредством подшипников скольжения 3 и шарикового подшипника 4 установлены шарошки 5, армированные породоразрушающими элементами 14. Рабочие элементы шарикового подшипника 4 вводятся в шариковую дорожку 6 через канал 7, запираемый замковым пальцем 8, ось которого расположена преимущественно перпендикулярно оси долота. Расположение замкового пальца 8 в долотах малого диаметра играет существенную роль для обеспечения нормальных условий работы замкового подшипника 4 в течение всего времени работы долота. Расположение пальца 8 характеризуется координатой h его оси в вертикальной плоскости от точки пересечения осей цапфы 2 и долота. Оптимальное значение координаты h определяется по формуле
,
к
m
m
где t=R/sinφ-R/tqφ-σ
φ - угол наклона оси цапфы к оси долота;
ш.д.
R - минимальный радиус шариковой дорожки, мм;
m
R - радиус подшипника скольжения у основания цапфы, мм;
к
R - расстояние от оси долота до спинки лапы;
m
σ - расстояние от оси шариковой дорожки до основания цапфы.
На замковом пальце 8 со стороны спинки 10 лапы 1 выполнена площадка 11, расположенная под углом α=(90-φ)±1°, при этом точка пересечения наклонной площадки 11 со спинкой 10 лапы 1 смещена относительно нижней образующей замкового пальца 8 в сторону, противоположную забою. Величина указанного смещения К наклонной площадки 11 составляет 0.4-0.6 диаметра замкового пальца 8. Площадка 11 создается для сверловки центрового отверстия, которое используется при обработке цапфы 2, а также для фиксации замкового пальца 8 от осевого перемещения при износе спинки 10 лапы 1, что часто приводит в существующих долотах к заклиниванию шарового подшипника 4. Круговая часть 12 торца замкового пальца 8 используется для крепления его к спинке 10 лапы 1 сваркой. Сверление канала 7 производят с учетом смещения его оси от оси симметрии 9 лапы 1 на величину С, зависящей от размера долота (см. фиг.2). Палец 8 смещают относительно оси 9 лапы 1 в сторону, противоположную направлению вращения долота, что предотвращает его от износа абразивным шламом. От проворота замковый палец 8 фиксируется штифтом 13, который с той же целью располагают относительно пальца со стороны сбегающей грани лапы 1.
Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 14 шарошек 5 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Радиальная нагрузка воспринимается как подшипником скольжения 3, так и шариковым подшипником 4. Нагрузка, направленная вдоль оси цапфы, воспринимается только замковым шариковым подшипником 4. При этом запорный палец 8 испытывает как радиальные, так и осевые нагрузки, передаваемые через шарошки 5. В существующих долотах эти нагрузки часто приводят к сколу рабочей части замкового пальца 8. В предложенном долоте благодаря оптимальной схеме расположения замкового пальца 8 обеспечивается надежность фиксации шарошки 5 на цапфе 2 даже при значительном крутящем моменте и осевой нагрузке. Кроме того, предложенная схема расположения замкового пальца минимизирует потери прочности цапфы, что положительно влияет на работоспособность как опоры, так и долота в целом.