Опора бурового шарошечного долота

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам. Техническим результатом является повышение долговечности опоры и долота в целом. Опора шарошечного долота включает шарошку с внутренней рабочей поверхностью, цапфу с беговыми дорожками и расположенные на беговых дорожках тела качения в виде роликов. При этом ролики имеют различный диаметр и расположены так, что в нагруженном секторе долота, расположенном под режущим зубком, находятся три ролика, два из которых - крайние, имеют диаметр, превышающий диаметр среднего ролика. 3 ил.

 

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]:

где d_k - диаметр ролика концевого подшипника, мм; d_ш - диаметр шарика концевого подшипника, мм; d_п - диаметр ролика периферийного подшипника, мм; D_k - наружный диаметр концевого подшипника, мм; D_ш - наружный диаметр замкового подшипника, мм; D_п - 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.

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_эк. 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:

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_ср - среднеарифметическое значение случайной величины; ξ - случайная величина совпадений; к - частота интервала; М_θ - 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.

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_эк=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.

Опора шарошечного долота, включающая шарошку с внутренней рабочей поверхностью, цапфу лапы с беговыми дорожками и расположенные на беговых дорожках тела качения в виде роликов, отличающаяся тем, что расположенные на беговых дорожках ролики имеют различный диаметр и чередованы в пределах допуска, при этом ролики расположены так, что в нагруженном секторе долота, расположенном под режущим зубком, находятся три ролика, два из которых - крайние, имеют диаметр, превышающий диаметр среднего ролика.