ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
SUPPORT OF BORE CONE BIT

Настоящее изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым долотам, в конструкции которых имеются роликовые опоры, и применяется в горном деле.
Известна опора бурового шарошечного долота, содержащая периферийный и концевой роликовые подшипники, замковый шариковый подшипник, в которой с целью повышения ее износостойкости, размеры подшипников выполнены в соответствии с соотношениями [1]:
k
ш
п
k
ш
п
где d - диаметр ролика концевого подшипника, мм; d - диаметр шарика концевого подшипника, мм; d- диаметр ролика периферийного подшипника, мм; D - наружный диаметр концевого подшипника, мм; D - наружный диаметр замкового подшипника, мм; D - наружный диаметр периферийного подшипника, мм.
Недостатком указанной опоры является ее низкая долговечность из-за неравномерного распределения эксплуатационной нагрузки на ролики, а также в такой опоре не исключается защемление тел качения, что приводит к интенсивному износу опорных элементов в области нагружения.
Также известна опора бурового шарошечного долота, включающая шарошку с внутренней рабочей поверхностью, тела качения и цапфу с беговой дорожкой овального профиля, в которой с целью повышения работоспособности опоры расстояние между рабочей поверхностью шарошки и беговой дорожкой цапфы с нагруженной стороны определяется соотношением [2]:
h≥d+δcosα,
где h - расстояние между рабочей поверхностью шарошки и беговой дорожкой цапфы с нагруженной стороны, мм; d - диаметр тел качения, мм; δ - величина упругой деформации тел качения, мм; α - центральный угол между осью нагружения и осью наиболее нагруженного тела качения, град.
Недостатком известной опоры является сложность ее изготовления и контроля.
Целью настоящего изобретения является увеличение долговечности опоры.
Поставленная цель достигается путем введения в конструкцию опоры шарошечного долота роликов различного диаметра, чередованных в пределах допуска (0,013 мм).
На фиг.1 схематически показана описываемая опора.
эк
Между рабочей поверхностью шарошки 1 и поверхностью беговой дорожки цапфы лапы 2 размещены ролики 3, отличающиеся по диаметру. На роликовую дорожку действует эксплуатационная нагрузка Р. Ролики 3а и 3в имеют максимальный диаметр, а ролик 3б - минимальный. В связи с вышесказанным ролик 3б перемещается без нагружения под действием соседних роликов.
Ролики на беговых дорожках располагаются исходя из следующих соотношений:
ср
θ
где Сγ - коэффициент, устанавливающий связь внешних циклов нагрузок с расположением роликов на беговой дорожке; D(ξ) - дисперсия случайной величины совпадений зубков с роликами минимального диаметра; E(ξ) - математическое ожидание случайной величины совпадений зубков с роликами минимального диаметра; ξ - среднеарифметическое значение случайной величины; ξ - случайная величина совпадений; к - частота интервала; М - количество угловых разворотов шарошки.
В связи с тем, что буровые долота, включающие в своих конструкциях данные опоры, продуваются воздухом, то проскальзывание роликов на беговых дорожках во время эксплуатации будет минимальным, поэтому ролики минимального диаметра 3б, попадая в нагруженный сектор, всегда будут находиться под режущим зубком, от которого передается эксплуатационная нагрузка.
эк
В целях проверки достоверности процессов, которые происходят при работе роликов в нагруженном секторе, выполнено численное моделирование этой части опоры. Моделирование выполнялось с помощью конечно-элементной расчетной системы ANSYS. К опоре прилагалась нагрузка, аналогичная эксплуатационной и равная Р=40 кН.
На фиг.2 показан нагруженный сектор с роликами разного диаметра. В центре находится ролик минимального диаметра, по краям находятся ролики максимального диаметра. Ролики с максимальным диаметром отличаются от роликов с минимальным диаметром на 0,013 мм.
На фиг.3 показан нагруженный сектор с роликами одинакового диаметра.
Как видно из фиг.2, когда в нагруженном секторе находятся ролики разного диаметра, нагрузка распространяется на два крайних ролика большего диаметра. Напряжения, возникающие в соединении, составляют 12,4 МПа. При попадании в нагруженный сектор роликов одинакового диаметра (см. фиг.3) напряжения в соединении составляют 19,3 МПа, что на 65% выше напряжений, возникающих в опоре с роликами разного диаметра.
В предлагаемой опоре исключается защемление тел качения, а также уменьшается эксплуатационная нагрузка на ролики и цапфу, что приводит к увеличению долговечности опоры и долота в целом. Также предлагаемая конструкция опоры не требует никаких изменений в технологии механической обработки деталей роликовой опоры.
Источники информации
1. А.с № СССР 631643. Опора бурового шарошечного долота / В.П.Браженцев, П.А.Палий, А.С.Мокшин, Л.П.Константинов, Ю.Е.Владиславлев. Опубл. 05.11.1978 в БИ №41.
2. А.с № СССР 436147. Опора бурового шарошечного долота / Ю.А.Палащенко. Опубл. 15.07.1974 в БИ №26.