опора шарошечного долота

Формула изобретения

Опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными опорными элементами, расположенными в беговой дорожке между шарами замкового подшипника с возможностью взаимодействия с ними, с сепаратором и внутренней поверхностью шариковой беговой дорожки, при этом часть каждого дополнительного опорного элемента, со стороны их набегающей части, выполнена из материала для твердой смазки, причем торец его имеет выемку, конгруэнтную форме контактирующего с ним шара замкового подшипника, а каждый дополнительный опорный элемент снабжен упругим элементом, установленным на противоположном конце относительно части из твердой смазки, при этом их суммарная длина в исходном положении больше, чем расстояние между охватывающими их шарами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами, при этом тела качения второго подшипника размещены в отверстиях плавающей втулки (см. авт.св. СССР №941534, кл. Е21В 10/22, 1982 г.).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя, связанный со значительной осевой нагрузкой на замковый подшипник. Особо это сильно сказывается при использовании долот для разбуривания твердых и крепких пород, эффективность работы которых определяется величиной осевой нагрузки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент (см. авт.св. СССР №1677232, кл. Е21В 10/22, 1991 г.).

Данная опора имеет при одинаковом диаметре замкового шарикового подшипника более прочную цапфу благодаря увеличению ее поперечного сечения. Этому способствует и установка шариков опоры без промежуточного элемента, что увеличивает поверхность контакта шариков с шарошкой.

Недостатком опоры являются значительные удельные нагрузки, действующие на элементы качения опоры, и как следствие этого - быстрый износ беговой дорожки и элементов качения (шаров подшипника). Другим недостатком опоры является отсутствие смазки для тел качения, что ведет к повышению температуры в зоне их контакта с беговой дорожкой и выкрашиванию опорных поверхностей. Все это снижает работоспособность опоры, а следовательно, и долота в целом.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости опоры путем снижения износа шариковой беговой дорожки и элементов качения.

Поставленная техническая задача решается тем, что опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент, согласно изобретению она снабжена дополнительными опорными элементами, расположенными в беговой дорожке между шарами замкового подшипника с возможностью взаимодействия с ними, с сепаратором и внутренней поверхностью шариковой беговой дорожки, при этом дополнительные опорные элементы выполнены в виде части полутора.

Решению поставленной технической задачи способствует также и то, что:

- часть дополнительных опорных элементов со стороны их набегающей части выполнена из материала для твердой смазки, причем торец их имеет выемку, конгруэнтную форме контактирующего с ним шара замкового подшипника;

- каждый дополнительный опорный элемент снабжен упругим элементом, установленным на противоположном конце относительно части из твердой смазки, при этом их суммарная длина в исходном положении больше, чем расстояние между охватывающими их шарами.

Такое выполнение опоры позволяет уменьшить контактные напряжения между телами качения и стенками беговых дорожек благодаря увеличению контактной поверхности между ними и тем самым повысить ее стойкость.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры долота в разрезе; фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 и фиг.3 - дополнительный опорный элемент.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с полостью 2 и закрепленную на цапфе 1 шарошку 3. Между цапфой 1 шарошкой 3 расположен шариковый подшипник 4 с сепаратором, выполненным в цапфе 1 в виде сообщенных с полостью 2 и расположенных по периметру цапфы 1 радиальных отверстий 5 и перегородок 6 между ними. В полости 2 цапфы 1 расположен запорный элемент 7 в виде цилиндра с возможностью взаимодействия с шариками подшипника 4 своей наружной поверхностью и закреплен там любым известным способом, например сваркой, посадкой натягом и т.д. Предложенная опора снабжена дополнительными опорными элементами 8, выполненными в виде части полутора. Дополнительные опорные элементы 8 устанавливаются между шарами замкового подшипника 4 с возможностью взаимодействия с ними, с сепаратором и внутренней поверхностью шариковой беговой дорожки 9 шарошки 3. Часть 10 дополнительных опорных элементов 8 со стороны их набегающей части выполнена из материала для твердой смазки, причем торец их имеет выемку 11, конгруэнтную форме контактирующего с ним шара замкового подшипника 4. Каждый дополнительный опорный элемент 8 снабжен упругим элементом 12, установленным на противоположном конце относительно части 10 из твердой смазки. При этом суммарная длина дополнительного опорного и упругого элементов 8 и 12 в исходном положении больше, чем расстояние между охватывающими их шарами подшипника 4, а в сжатом положении - меньше диаметра радиальных отверстий 5 сепаратора.

Монтаж опоры осуществляется при открытой полости 2 цапфы 1 путем совмещения радиальных отверстий 5 в цапфе 1 с беговой дорожкой 9 шарошки 3. После этого через радиальные отверстия 5 закатываются шары подшипника 4 и дополнительные опорные элементы 8 совместно с упругими элементами 11, причем установка шаров подшипника 4 и дополнительных опорных элементов осуществляется поочередно. После установки последнего элемента качения радиальные отверстия 5 запираются запорным элементом 7, который затем фиксируется в полости 2 цапфы 1 любым известным способом.

Опора долота работает следующим образом. В процессе работы шарошечного долота на забое скважины шарики подшипника 4, располагаясь в отверстиях 5 цапфы 1, будут вращаться вокруг своей оси, способствуя вращению шарошки 3 и удержанию ее от осевого перемещения относительно цапфы 1. Благодаря установке между шарами шарикоподшипника 4 дополнительных опорных элементов 8 значительно увеличивается опорная поверхность шарошки 3, что ведет к снижению удельного давления и уменьшению износа всех элементов опоры. Этому способствует и постоянная смазка опорных элементов благодаря выполнению части 10 дополнительного опорного элемента 8 из материала, используемого для твердой смазки. В качестве такого материала может использоваться графит. При этом благодаря использованию упругого элемента 12 дополнительный опорный элемент 8 своим графитовым торцом 10 постоянно поджимается к шарам замкового подшипника 4. Благодаря выполнению графитовой части 10 с выемкой 11, конгруэнтной шарам замкового подшипника 4, обеспечивается надежная и качественная смазка элементов качения.

Все это позволяет повысить стойкость опоры и тем самым улучшить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет возможности применения форсированных режимов бурения.