RU2365733C1

RU2365733C1 - Drill bit bearing structure

Info

Publication number: RU2365733C1
Application number: RU2008118105/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; Валерий Николаевич Дроздов (RU); Валерий Николаевич Дроздов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-08-27

Abstract

FIELD: mining engineering.

SUBSTANCE: invention relates to rock destruction tool, particularly to bearing structures of drill cone bits. Bearing structure of cone bit contains pin with friction bearing, loaded part of which is implemented cross-sectional with radius, less than radius of pin from unloaded side with formation of benches in transfer areas, installed on friction bearing shell, and fixed on pin by retaining bearing mill. Particularity of bearing structure is that bearing is installed on pin rotationally and is implemented in the form of bush, inner surface of which is congruous to outside surface of friction bearing, herewith bush of benches and of friction bearing are installed with clearance of one relative to others for placement in it of resilient members. It is provided version of implementation of end sections of thickened part of shell with grooves for ball bearings, and inner surface of thickened part of shell along the its full length - with spiral groove, filled by- lubrication, herewith diametre of spiral groove is less than diametre of groove for ball bearing.

EFFECT: increasing of resource operation of bearing structure and straight bit by means of excluding of pinching of shells and decline in value ensured by simplification of bearing structure mounting.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to bearings of rolling cutter bits.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами, причем с нагруженной стороны цапфы установлен износостойкий вкладыш (см. патент Великобритании №1172016, кл. F2А, 1969 г.).A support of a cone bit containing a pin is known, on which, by means of sliding and rolling bearings, one of which is padlock, a roller cone with working elements is installed, and a wear-resistant liner is installed on the loaded side of the pin (see British Patent No. 1172016, class F2A, 1969 .).

К недостаткам данной опоры долота следует отнести то, что она имеет малую контактную поверхность между вкладышем и шарошкой, что приводит к быстрому износу опоры и выходу ее из строя.The disadvantages of this support of the bit should include the fact that it has a small contact surface between the liner and roller cone, which leads to rapid wear of the support and its failure.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу с подшипником скольжения, нагруженная часть которого выполнена в поперечном сечении с радиусом, меньшим радиуса цапфы с ненагруженной стороны с образованием уступов в зонах перехода, установленный на подшипнике скольжения вкладыш и закрепленную на цапфе замковым подшипником шарошку (см. авт. св. СССР №595555, кл. Е21В 10/22, 1978).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit, containing a pin with a sliding bearing, the loaded part of which is made in cross section with a radius smaller than the radius of the pin on the unloaded side with the formation of ledges in the transition zones, mounted on the sliding bearing of the liner and a roller cone mounted on a pin with a lock bearing (see ed. St. USSR No. 595555, class. E21B 10/22, 1978).

Данная опора обеспечивает большую контактную поверхность между цапфой и шарошкой и тем самым повышается ресурс ее работы.This support provides a large contact surface between the trunnion and the cone and thereby increases its service life.

К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести сложность и трудоемкость ее монтажа, что связано с необходимостью использования специальных приспособлений для фиксации вкладыша относительно цапфы при монтаже опоры. Другим недостатком опоры является невозможность снижения контактного давления в подшипнике скольжения, возможность заклинивания вкладышей и неизбежный при этом односторонний износ элементов опоры. Это объясняется отсутствием возможности самоустановки вкладыша относительно цапфы. Все это снижает ресурс работы опоры и долота в целом, а также повышает стоимость его изготовления.The disadvantages of this design of the drill bit support should include the complexity and complexity of its installation, which is associated with the need to use special devices to fix the liner relative to the journal when installing the support. Another disadvantage of the support is the impossibility of reducing the contact pressure in the sliding bearing, the possibility of jamming of the liners and the inevitable one-way wear of the support elements. This is due to the lack of self-installation of the liner relative to the journal. All this reduces the service life of the support and the bit as a whole, and also increases the cost of its manufacture.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы опоры и долота в целом путем исключения заклинивания вкладышей и снижение стоимости долота за счет упрощения монтажа опоры.In accordance with the stated technical result of the invention is to increase the service life of the support and the bit as a whole by eliminating jamming of the liners and reducing the cost of the bit by simplifying the installation of the support.

Указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу с подшипником скольжения, нагруженная часть которого выполнена в поперечном сечении с радиусом, меньшим радиуса цапфы с ненагруженной стороны с образованием уступов в зонах перехода, установленный на подшипнике скольжения вкладыш и закрепленную на цапфе замковым подшипником шарошку, согласно изобретению вкладыш установлен на цапфе с возможностью поворота и выполнен в виде втулки, внутренняя поверхность которой конгруэнтна наружной поверхности подшипника скольжения, при этом уступы вкладыша и подшипника скольжения установлены с зазором одних относительно других для размещения в них упругих элементов.The specified technical result is achieved by the fact that in the support of the cone bit containing a pin with a sliding bearing, the loaded part of which is made in cross section with a radius smaller than the radius of the pin from the unloaded side with the formation of ledges in the transition zones, an insert mounted on the sliding bearing and fixed on the pin the roller bearing according to the invention, the insert is mounted on the pin with the possibility of rotation and is made in the form of a sleeve, the inner surface of which is congruent with the outer surface the surface of the sliding bearing, while the ledges of the liner and sliding bearing are installed with a gap of one relative to the other to accommodate the elastic elements.

Решению технической задачи способствует также и то, что:The technical problem is also facilitated by the fact that:

- концевые участки утолщенной части вкладыша выполнены с проточками под шариковые подшипники;- end sections of the thickened part of the liner are made with grooves for ball bearings;

- на внутренней поверхности утолщенной части вкладыша по всей ее длине выполнена винтовая канавка, заполненная смазкой, при этом диаметр винтовой канавки меньше диаметра проточки под шариковый подшипник.- on the inner surface of the thickened part of the liner along its entire length there is a helical groove filled with grease, while the diameter of the helical groove is less than the diameter of the groove under the ball bearing.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид опоры, а на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The invention is illustrated in the drawing, where in Fig.1 shows a General view of the support, and in Fig.2 - section aa in Fig.1.

Опора шарошечного долота содержит цапфу 1 с подшипником скольжения 2, на котором установлен подвижный вкладыш 3, и закрепленную на цапфе 1 замковым подшипником 4 шарошку 5. Подшипник скольжения 2 со стороны нагруженной части в поперечном сечении выполнен с радиусом, меньшим радиуса цапфы 1 с ненагруженной стороны с образованием в зоне перехода с одного радиуса на другой уступов 6, 7. Установленный на подшипнике скольжения вкладыш 3 выполнен в виде втулки, внутренняя поверхность которой конгруэнтна наружной поверхности подшипника скольжения 2. Это значительно упрощает монтаж опоры шарошки, т.к. исключается использование специальных приспособлений для фиксации вкладыша, что необходимо при использовании конструкции вкладышей, применяемых в прототипе. Втулка 3 установлена на цапфе 1 с возможностью поворота на определенный угол. Значение угла поворота определяется величиной выбранного зазора между обращенными один к другому боковыми гранями уступов 6 и 7 соответственно подшипника скольжения 2 и втулки 3 с учетом размещения в этих зазорах упругих элементов 8. В качестве упругого элемента 8 могут использоваться износостойкая резина, тарельчатая пружина и т.д. Концевые участки утолщенной части вкладыша 3 выполнены с проточками 9 под шариковые подшипники 11. Возможны варианты выполнения вкладыша с проточкой 9 только с одной стороны или вообще без проточек. На внутренней поверхности утолщенной части вкладыша 3 по всей ее длине выполнена винтовая канавка 10, заполненная смазкой, при этом диаметр винтовой канавки 10 меньше диаметра проточки 9 под шариковый подшипник 11.The support of the roller bit contains a pin 1 with a sliding bearing 2, on which a movable insert 3 is mounted, and a roller cone 5 fixed to the pin 1 with a locking bearing 4. The sliding bearing 2 from the side of the loaded part in cross section is made with a radius smaller than the radius of the pin 1 from the unloaded side with the formation of ledges 6, 7. in the transition zone from one radius to another. The liner 3 mounted on the sliding bearing is made in the form of a sleeve, the inner surface of which is congruent with the outer surface of the sliding bearing 2. This greatly simplifies the installation of the cone support, as excludes the use of special devices for fixing the liner, which is necessary when using the design of the liners used in the prototype. The sleeve 3 is mounted on the pin 1 with the possibility of rotation at a certain angle. The value of the rotation angle is determined by the size of the selected gap between the side faces of the ledges 6 and 7 facing one another, respectively, of the sliding bearing 2 and sleeve 3, taking into account the placement of elastic elements 8. The elastic element 8 can be used with wear-resistant rubber, a disk spring, etc. d. The end sections of the thickened part of the liner 3 are made with grooves 9 under the ball bearings 11. Possible options for the implementation of the liner with a groove 9 only on one side or without grooves at all. On the inner surface of the thickened part of the liner 3 along its entire length there is a helical groove 10 filled with grease, while the diameter of the helical groove 10 is less than the diameter of the groove 9 under the ball bearing 11.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью или сжатым воздухом, подаваемыми через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка, действующая вдоль оси цапфы, воспринимается замковым подшипником 4, а радиальная - в основном через подшипник скольжения 2 и частично шариковым подшипником 4 и дополнительными подшипниками скольжения, расположенными у торца и основания цапфы 1. При этом благодаря выполнению вкладыша 3 с возможностью поворота относительно цапфы 1 обеспечивается более равномерное распределение нагрузки на цапфу 1. При вращении шарошки 5 вкладыш 3 поворачивается относительно цапфы 1 и сжимает упругий элемент 8. При уменьшении нагрузки на вкладыш 3 упругий элемент 8 стремится вернуть вкладыш 3 в исходное положение. Однако из-за неравномерности действующей на опору нагрузки вкладыш 3 каждый раз занимает относительно цапфы 1 новое положение и контактирует с ней на разных участках. Это уменьшает износ опоры в зоне расположения подшипника скольжения 2. Этому способствует также и размещение на внутренней поверхности утолщенной части вкладыша 3 шарикового подшипника 11, уменьшающего трение между цапфой 1 и вкладышем 3. Предпочтительным является вариант выполнения опоры с использованием двух шариковых подшипников 11, размещенных вблизи концевых участков втулки 3. На повышение срока службы опоры положительно влияет также и наличие смазки, размещенной в полости винтовой канавки 10 и смазывающей опорные поверхности цапфы 1 и подшипника скольжения 2 при каждом повороте вкладыша 3.The principle of operation of the bit support is as follows. Under the action of axial load and torque transmitted from the surface through the drill pipe string, rock cutting elements of the cone 3 are introduced into the rock and destroy it. The destroyed rock is removed from the bottom of the well by flushing fluid or compressed air supplied through the flushing system of the bit. During drilling, the axial load acting along the axis of the spigot is perceived by the lock bearing 4, and the radial load is mainly taken up by the sliding bearing 2 and partially by a ball bearing 4 and additional sliding bearings located at the end and the base of the spigot 1. Moreover, due to the insert 3 s the possibility of rotation relative to the pin 1 provides a more uniform distribution of the load on the pin 1. When the cone 5 is rotated, the liner 3 rotates relative to the pin 1 and compresses the elastic element 8. When decreasing 3, the load on the liner elastic member 8 tends to return the insert 3 in its initial position. However, due to the non-uniformity of the load acting on the support, the liner 3 each time occupies a new position relative to the pin 1 and contacts it in different areas. This reduces the wear of the support in the area of the sliding bearing 2. This also contributes to the placement on the inner surface of the thickened part of the liner 3 of the ball bearing 11, which reduces friction between the pin 1 and the liner 3. The preferred embodiment of the support using two ball bearings 11 located close the end sections of the sleeve 3. The increase in the service life of the support is also positively affected by the presence of grease located in the cavity of the helical groove 10 and lubricating the bearing surfaces of the journal 1 sliding bearing 2 at each turn of the liner 3.

Предложенная конструкция опоры позволяет упростить ее монтаж и повысить эффективность работы долота в целом благодаря увеличению ресурса работы опоры.The proposed construction of the support allows to simplify its installation and increase the efficiency of the bit as a whole due to an increase in the service life of the support.

Claims

1. The support of the cone bit containing a pin with a sliding bearing, the loaded part of which is made in cross section with a radius smaller than the radius of the pin on the unloaded side, with the formation of ledges in the transition zones, an insert installed on the sliding bearing and fixed on the pin with a roller cone, characterized by the fact that the liner is mounted on the pin with the possibility of rotation and is made in the form of a sleeve, the inner surface of which is congruent with the outer surface of the sliding bearing, while the ledges contribute sha and sliding bearing mounted with some clearance relative to the other to contain elastic members.

2. Support roller cone according to claim 1, characterized in that the end sections of the thickened part of the liner are made with grooves for ball bearings.

3. Support roller cone according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the thickened part of the liner along its entire length there is a helical groove filled with grease, while the diameter of the helical groove is less than the diameter of the groove under the ball bearing.