ДОЛОТО ШАРОШЕЧНОЕ
ROLLER BIT

Изобретение относится к области горного дела, а именно к долотам шарошечным для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород.
Известно долото шарошечное, включающее корпус, шарошки с осью, установленные на торце корпуса на опорах, при этом концевые участки осей шарошек выполнены в сечении в форме прямоугольника, а в опорах ответно осям выполнены пазы, при этом оси к опорам закреплены винтами (см. Патент США №5598895, МПК E21B 9/08, 1997 г.).
Недостатками известного устройства являются значительная трудоемкость монтажа, обслуживания и ремонта, а также недостаточный ресурс узла крепления шарошек.
Известно расширительное долото шарошечное, включающее корпус, шарошки с осью, установленные на торце корпуса на опорах, при этом концевые участки осей шарошек выполнены в сечении в форме прямоугольника, а в опорах ответно осям, выполнены пазы, при этом оси к опорам закреплены винтами (см. Дей В.Г. Буровая установка «РИНО» для проходки восстающих выработок. // Горный информационно-аналитический журнал (научно-технический журнал). 2009, №2, с. 368-376, рис. 11-14).
Недостатками известного устройства являются значительная трудоемкость монтажа, обслуживания и ремонта, а также недостаточный ресурс узла крепления шарошек.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является долото шарошечное, включающее корпус, шарошки с осью, установленные на торце корпуса на опорах, при этом ось шарошек жестко соединена с опорами винтами, пропущенными через отверстия в оси (см. Свайная буровая установка РВА 612. Резцы и буровой инструмент. Сайт ЗАО «Геомаш-Центр». www.geomash.ru), который принят за прототип.
Недостатками известного устройства являются значительная трудоемкость монтажа, обслуживания и ремонта, а также недостаточный ресурс узла крепления шарошек. Для посадки оси с четырьмя отверстиями на опоры, в которых выполнены резьбовые отверстия, требуется высокая точность изготовления оси, монтажа опор.
Целью предлагаемого технического решения является снижение трудоемкости монтажа, обслуживания и ремонта долота, повышение ресурса и прочности узла крепления шарошек.
Указанная цель достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем станину, шарошки с конической наружной поверхностью, включающие корпус с осью и установленные на торцевой поверхности станины на опорах, при этом ось шарошек жестко соединена с опорами винтами, пропущенными через отверстия в оси, при этом периферийная часть долота снабжен патрубком для удаления выбуренной породы, согласно техническому решению, одна из опор выполнена разъемной из двух частей, сопрягаемые поверхности которых параллельны оси шарошки, на торцах оси шарошки выполнены цилиндрические углубления, а в опорах ответно им выполнены цилиндрические выступы.
На сопрягаемых поверхностях частей разъемной опоры выполнены ответно друг другу паз и выступ.
На сопрягаемых поверхностях частей разъемной опоры перпендикулярно оси шарошки выполнены пазы в форме прямоугольной трапеции в плане с установленным в них ответным клином.
Сквозное отверстие в подвижной части опоры выполнено с углублением ответно головке винта, высота которого больше высоты головки винта.
В головке винта выполнено центральное отверстие с резьбой, а каждый винт снабжен крышкой в виде кольца, закрепленный дополнительным винтом к головке винта.
В средней части клина сверху выполнен продольный глухой паз, глубина которого увеличивается в сторону входа клина, а в опорном узле симметрично относительно паза выполнено сквозное вертикальное резьбовое отверстие с цилиндрическим углублением с установленным винтом с возможностью взаимодействия его торца с поверхностью паза.
В долоте с восемью шарошками шарошки расположены диаметрально парами оппозитно друг другу, оси которых образуют между собой 45 градусов, торцами малого диаметра к центру долота, первая пара расположена вплотную друг к другу с образованием гарантированного зазора, оси второй пары расположены перпендикулярно осям первой пары, оси шарошек первой и второй пары образуют с радиусом долота острый угол, остальные две пары шарошек расположены на периферийной части долота с образованием их осей с радиусом долота тупого угла, патрубки установлены в тыльной части шарошек первой пары.
Конструкция предлагаемого долота поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид долота (аксонометрия);
На фиг. 2 - вид сбоку на долото;
На фиг. 3- вид сверху;
На фиг. 4 - одна шарошка с узлами ее крепления к долоту (вид сверху);
На фиг. 5 - вид спереди на одну шарошку;
На фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 4;
На фиг. 7 - общий вид одной разъемной опоры с узлами крепления (аксонометрия);
На фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг. 5;
На фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 5.
Долото шарошечное содержит станину 1 (фиг. 1-3), например, цилиндрической формы, шарошки 2 (фиг. 4), включающие корпус 3 (фиг. 5) с осью 4 и установленные на торцевой поверхности корпуса 1 на опорах 5 и 6. Корпус 3 шарошек 2 выполнен, например, в форме усеченного конуса. Долото шарошечное содержит, например, восемь шарошек 2, оси 4 которых расположены по диаметру долота под углом 45 градусов друг относительно друга. При этом каждая пара шарошек 2 расположена оппозитно друг относительно друга с расположением малого диаметра шарошек к центру долота.
Первая пара шарошек 2 расположена вплотную друг к другу с гарантированным зазором между торцами малого диаметра с образованием между осями шарошек и радиуса долота острого угла.
Оси второй пары шарошек перпендикулярны к осям первой пары, их оси образуют с радиусом долота острый угол, при этом их опоры расположены вплотную к опорам первой пары с образованием гарантированного зазора.
Оси остальных четырех шарошек расположены во взаимно перпендикулярных диаметрах долота на его периферии, а их оси образуют с радиусом долота тупой угол.
Внутренние опоры 5 первой пары шарошек 2 расположены ниже их корпуса 3 и полностью перекрываются ими. Крайние опоры 6 первой пары шарошек расположены ниже корпусов второй пары и четырех крайних шарошек и полностью перекрываются ими.
Внутренние и периферийные опоры второй пары шарошек расположены ниже корпусов соответственно первой пары шарошек и четырех крайних шарошек.
Внутренние опоры четырех крайних шарошек расположены ниже корпусов шарошек первой и второй пары, полностью ими перекрываются.
Периферийные опоры четырех крайних шарошек расположены ниже корпуса шарошек и перекрываются ими.
На опорах 5 и 6, например, приваренных к корпусу 1, выполнены оппозитно друг другу центральные цилиндрические выступы 7 и 8, а в оси 4 шарошки 2 - ответно выступам 7 и 8 цилиндрические углубления 9 и 10. Одна из опор, например опора 6, выполнена разъемной, состоящей из основания 11 (фиг. 5) и съемного опорного узла 12. На основании 11 и опорном узле 12 ответно друг другу соосно оси 4 выполнены продольный паз 13 (фиг. 7) и выступ 14. На основании 11 и опоре 12 выполнены также соответственно резьбовые отверстия 15 (фиг. 6) и сквозные отверстия 16 с углублением 17 для крепления опоры 12 к основанию 11 винтами 18. Высота головки 19 винта 18 меньше высоты углубления 17. В винтах 18 выполнены, например, осевые резьбовые отверстия (не указаны), а головки 19 винтов 18 сверху закрыты кольцевыми крышками 20, стянутыми к головкам 19 винтами 21.
Для исключения осевого биения опорного узла 12 и шарошки 2 на сопрягаемых поверхностях основания 11 и опорного узла 12 выполнены пазы 22 и 23 (фиг. 7-9), имеющие в плане форму прямоугольной трапеции с установленным в них клином 24. Для обеспечения жесткого осевого крепления оси 4 шарошки с опорным узлом 12 последние снабжены штифтом 25 (фиг. 5).
Для исключения ослабления и выпадения клина 24 в средней его части на верхней поверхности выполнен продольный глухой паз 26 (фиг. 5, 8 и 9), глубина которого со стороны входа клина 24 больше. В опорном узле 12 симметрично относительно паза 26 выполнено сквозное резьбовое отверстие 27 с цилиндрическим углублением 28, в которое установлен винт 29 с возможностью взаимодействия его торца с поверхностью паза 26.
На периферии наружных опор 6 первой пары шарошек выполнены как минимум два отверстия 30 и 31 (фиг. 1 и 3) для удаления выбуренной породы.
Подготовка долота к работе
Опорные узлы 12 (фиг. 1-7), винты 18, 21, 29, крышки 20, а также клин 24 сняты. Монтаж шарошек начинается с первой пары, расположенной ближе к центру долота.
Шарошка 2 насаживается на выступ 7 опоры 5, а на углубление 10 оси 4 устанавливается выступ 8 со штифтом 25 опорного узла 12. В пазы 22 и 23 устанавливается клин 24, прижимая опорный узел 12 к шарошке 2. Далее винтами 18 опорный узел прижимается к основанию 11. Далее головка 19 винта 18 закрывается крышкой 20, которая винтом 21 стягивается к винту 18. Винтом 29 фиксируется клин 24.
Долото работает следующим образом.
В долоте корпус 3 (фиг. 1-3) шарошки 2 вращается относительно оси 4. При этом зубья (не указаны), перекатываясь, разрушают породу.
При бурении породы все опоры шарошек расположены ниже уровня корпусов 3 (фиг. 2). При этом крепление шарошек к опорам 5 и 6 только парой винтами 18 существенно уменьшает габариты опор 5. Выполнение ответных друг другу паза 13 и выступа 14 (фиг. 5-9), соединение опорного узла 12 к основанию 11 клином 24 исключают воздействие на винты 18 перерезывающих нагрузок и изгибающего момента. Углубление крепежных винтов 18 в теле опорного узла 12 (фиг. 6) и их закрытие крышками 20 полностью исключает их износ и разрушение, позволяет выполнить неоднократный монтаж и демонтаж шарошек.