опора шарошечного долота

Формула изобретения

Опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников, один из которых замковый, отличающаяся тем, что беговая дорожка цапфы и шарошки под каждый подшипник качения выполнена из материала с разными коэффициентами трения, причем коэффициент трения пары: шарошка - тело качения больше, чем у пары: цапфа - тело качения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровых 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., М., Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.29).

К недостаткам данной опоры долота следует отнести быстрый выход ее из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников, один из которых замковый (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).

К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней, как и у аналога, наблюдается проскальзывание элементов подшипника качения и как следствие этого усиленный износ как самих тел качения, так и беговых дорожек. Это отрицательно сказывается на работоспособности всей опоры

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение работоспособности опоры долота и долота в целом путем уменьшения проскальзывания элементов подшипников качения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников, один из которых замковый, согласно изобретению беговая дорожка цапфы и шарошки под каждый подшипник качения выполнена из материала с разными коэффициентами трения, причем коэффициент трения пары шарошка - тело качения больше, чем у пары цапфа - тело качения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид опоры долота в разрезе.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1, наклонную цапфу 2 и шарошку 3 с шариковым подшипником качения 4 роликовыми подшипниками 5 и 6. Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством замкового шарикового подшипника 4. Беговые дорожки 7 и 8, соответственно шарошки 3 и цапфы 2 под подшипники качения 4, 5 и 6, выполнены из материала с разными коэффициентами трения, при этом коэффициент трения пары беговая дорожка 7 шарошки 3 - тело качения больше, чем у пары беговая дорожка 8 цапфы 2 - тело качения. Причем это условие касается всех подшипников качения 4, 5 и 6.

Для обеспечения указанного условия при изготовлении беговых дорожек цапфы 2 и шарошки 3 могут быть использованы материалы с различными физико-техническими свойствами, например путем увеличения процентного содержания хрома в шарошке 3 по сравнению с цапфой 2. При использовании же одинакового материала для изготовления цапфы 2 и шарошки 3 разные коэффициенты трения могут быть получены путем различной технологии их обработки, например путем использования различной термообработки.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Все тела качения 4, 5 и 6 под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, воспринимают нормальные (радиальные), осевые и тангенциальные усилия. Осевая нагрузка воспринимается замковым подшипником 4, а радиальная и тангенциальная нагрузка - всеми подшипниками качения 4, 5 и 6, которые в нагруженной части опоры плотно прижаты к беговым дорожкам 8 цапфы 2 беговыми дорожками 7 шарошки 3. Тангенциальная нагрузка возникает при вращении шарошки 3 относительно цапфы 2 и стремится повернуть элементы качения вокруг своей оси. Однако при значительных осевых нагрузках у существующих долот часто наблюдается заклинивание тел качения с последующим усиленным износом. Причем износ этот носит односторонний характер. Для уменьшения этого процесса в предложенной опоре предлагается использовать материалы с различными физико-механическими свойствами для шарошки 3 и цапфы 2, контактирующими с телами качения с диаметрально противоположных сторон и обеспечивающими создание крутящего момента, способствующего повороту нагруженного тела качения. Этот крутящий момент создается при вращении шарошки 3 относительно цапфы 2 за счет разности сил сцепления тела качения с цапфой 2 и шарошкой 3. При вращении шарошка 3 своей беговой дорожкой 7 оказывает на тела качения 4, 5 и 6 большее усилие, чем момент торможения между цапфой 2 и телами качения, благодаря чему тела качения проворачиваются вокруг своей оси, уменьшая вероятность заклинивания тел качения, а следовательно, и их износа.

Это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет повышения срока службы опоры, особенно при применении форсированных режимов бурения.