RU2308591C1

RU2308591C1 - Cone bit bearing structure

Info

Publication number: RU2308591C1
Application number: RU2006118147/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-10-20

Abstract

FIELD: rock-cutting tools, particularly cone bit bearing structure.

SUBSTANCE: cone bit comprises leg axle and cutter secured to leg axle by means of retaining bearing. The retaining bearing is made as two collars touching each other along spherical surface. Inner collar is connected to leg axle. Outer one is secured to cone bit. Outer collar is made as two rings touching each other by side surfaces thereof and rigidly connected with each other. Maximal inner ring diameter from the side of touching surfaces thereof exceeds outer diameter of inner collar, which is greater than minimal inner ring diameter. The rings are connected with each other by means of pin, screw or thread. Touching side surfaces of rings have mating extensions and depressions.

EFFECT: simplified bearing structure assemblage and improved performance characteristics of drilling operations.

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 (см. справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис. V1.29).A support of a cone bit containing a pin is known, on which a roller cone with working elements is installed by means of sliding and rolling bearings, one of which is a lock, (see the reference book “Drill bits”, Paliy P.A. and Korneev K.E., Moscow, Nedra, 1971, p. 175, Fig. V1.29).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя из-за ослабления цапфы каналом под замковый палец. Особо сильно это сказывается на долотах, предназначенных для использования по твердым и крепким породам. Это связано с тем, что эффективность работы шарошечных долот по таким породам в первую очередь определяется величиной осевой нагрузки. Чем выше осевая нагрузка, тем выше скорость бурения. Однако ослабление цапфы замковым пальцем в малогабаритных долотах ограничивает допустимую осевую нагрузку и не обеспечивает работу долота на оптимальных режимах.The disadvantages of this support include its quick failure due to the weakening of the trunnion by the channel under the locking finger. This especially affects the bits intended for use on hard and strong rocks. This is due to the fact that the performance of cone bits for such rocks is primarily determined by the value of the axial load. The higher the axial load, the higher the drilling speed. However, the weakening of the trunnion with a locking finger in small-sized bits limits the permissible axial load and does not ensure the operation of the bit in optimal conditions.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке (см. авт. св. СССР № 220192, кл. Е21В 10/22, 1968 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of a cone bit containing a pin and a cone fixed to the axle by a locking bearing in the form of two cages contacting each other on a spherical surface, the inner of which is fixed on the axle and the outer one on the cone ( see ed. St. USSR No. 220192, class EB21B 10/22, 1968).

В данной опоре благодаря выполнению замкового подшипника без пальца значительно повышается прочность цапфы, а следовательно, возможно и использование форсированных режимов бурения.In this support, thanks to the implementation of a lock bearing without a finger, the trunnion strength is significantly increased, and therefore, the use of forced drilling modes is also possible.

Однако известная конструкция опоры также имеет недостатки, основным из которых является сложность монтажа замкового подшипника. Это связано с необходимостью нагрева наружной обоймы для установки в ее внутренней полости второй обоймы. При нагреве обоймы происходит отпуск металла обоймы и, как следствие этого, уменьшение твердости рабочей поверхности и снижение износостойкости всей опоры. В случае же незначительного нагрева верхней обоймы установка другой обоймы возможна только при незначительной разнице между наружным диаметром внутренней обоймы и проходным каналом наружной обоймы. Однако в этом случае даже при незначительном износе опоры возможны случаи разъединения шарошки и цапфы и оставление шарошек на забое и, как следствие этого, возникновение тяжелых аварий.However, the known support structure also has drawbacks, the main of which is the difficulty of mounting the lock bearing. This is due to the need to heat the outer cage to install a second cage in its inner cavity. When heating the cage, the metal of the cage is tempered and, as a result of this, a decrease in the hardness of the working surface and a decrease in the wear resistance of the entire support. In the case of insignificant heating of the upper cage, the installation of another cage is possible only with a slight difference between the outer diameter of the inner cage and the passage channel of the outer cage. However, in this case, even with a slight wear of the support, there may be cases of separation of the cone and the trunnion and leaving the cones at the bottom and, as a result, severe accidents.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости и надежности опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.In accordance with the stated technical object of the invention is to increase the stability and reliability of the support while simplifying the assembly technology of the castle bearing.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником, в виде двух обойм, контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, согласно изобретению наружная обойма замкового подшипника выполнена в виде двух колец, контактирующих между собой боковыми поверхностями и жестко соединенных одно с другим, при этом кольца выполнены с максимальным внутренним диаметром со стороны их контактирующих поверхностей, причем максимальный диаметр внутренних колец больше наружного диаметра внутренней обоймы.The stated technical problem is solved in that in the support of a cone bit containing a pin and a cone fixed to the axle by a locking bearing, in the form of two cages contacting each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the axle and the outer one on the cone, according to the invention the outer cage of the lock bearing is made in the form of two rings in contact with each other by the side surfaces and rigidly connected to each other, while the rings are made with a maximum inner diameter from their side to contacting surfaces, and the maximum diameter of the inner rings is greater than the outer diameter of the inner ring.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:The solution of the problem also contributes to the fact that:

- максимальный внутренний диаметр колец D определяется по формуле: D≥D₁+δ, где D₁ - минимальный внутренний диаметр кольца, δ - допустимый радиальный износ опоры, при этом D₁<D₂, где D₁ - наружный диаметр внутренней обоймы;- the maximum inner diameter of the rings D is determined by the formula: D≥D ₁ + δ, where D ₁ is the minimum inner diameter of the ring, δ is the allowable radial wear of the support, with D ₁ <D ₂ , where D ₁ is the outer diameter of the inner race;

- контактирующие поверхности колец выполнены с концентрическими выступами и ответными им пазами или в виде кулачкового соединения;- the contacting surfaces of the rings are made with concentric protrusions and their corresponding grooves or in the form of a cam connection;

- кольца соединены между собой штифтами, или винтами, или резьбой.- the rings are interconnected by pins, or screws, or threads.

Такое выполнение опоры позволяет повысить стойкость опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.This embodiment of the support allows to increase the stability of the support while simplifying the assembly technology of the castle bearing.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота в разрезе; фиг.2 и 3 - варианты выполнения замкового подшипника.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the support of the bit in section; figure 2 and 3 are embodiments of the castle bearing.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 и закрепленную на цапфе 1 посредством замкового подшипника шарошку 2. Замковый подшипник выполнен в виде двух обойм 3 и 4, контактирующих между собой по сферической поверхности 5. Внутренняя обойма 3 закреплена на цапфе 1, а наружная 4 - на шарошке 2. При этом наружная обойма 4 выполнена в виде двух колец 6 и 7, контактирующих между собой боковыми поверхностями и жестко соединенных одно с другим. Каждое кольцо 6 и 7 со стороны их контактирующих поверхностей имеет максимальный внутренний диаметр - D, который больше наружного диаметра внутренней обоймы - D₂ и определяется по формуле D≥D₁+δ, где D₁ - минимальный внутренний диаметр кольца, δ - допустимый радиальный износ опоры, при этом D₁<D₂, где D₂ - наружный диаметр внутренней обоймы. Такое выполнение наружной обоймы 3 обеспечивает монтаж замкового подшипника без нагрева, а следовательно, и без изменения структуры рабочей поверхности наружной обоймы 3.The support of the roller cone bit includes a pin 1 and a roller cone fixed to the pin 1 by means of a lock bearing 2. The lock bearing is made in the form of two cages 3 and 4, contacting each other on a spherical surface 5. The inner cage 3 is fixed to the pin 1, and the outer 4 to cone 2. In this case, the outer casing 4 is made in the form of two rings 6 and 7, in contact with each other by the side surfaces and rigidly connected to one another. Each ring 6 and 7 from the side of their contacting surfaces has a maximum inner diameter - D, which is larger than the outer diameter of the inner ring - D ₂ and is determined by the formula D≥D ₁ + δ, where D ₁ is the minimum inner diameter of the ring, δ is the permissible radial bearing wear, with D ₁ <D ₂ , where D ₂ is the outer diameter of the inner race. This embodiment of the outer casing 3 provides the installation of the lock bearing without heating, and therefore without changing the structure of the working surface of the outer casing 3.

Кольца 6 и 7 могут быть соединены между собой посредством штифта 8, винта 9 или резьбы 10, а контактирующие поверхности колец 6 и 7 могут быть выполнены с ответными концентрическими выступами 11 и ответными им пазами 12 (фиг.2) или в виде кулачкового соединения (фиг.3), когда выступы 11 кольца 7 входят в пазы 12 кольца 6.The rings 6 and 7 can be interconnected by means of a pin 8, screw 9 or thread 10, and the contacting surfaces of the rings 6 and 7 can be made with reciprocal concentric protrusions 11 and their corresponding grooves 12 (figure 2) or in the form of a cam connection ( figure 3), when the protrusions 11 of the ring 7 are included in the grooves 12 of the ring 6.

При монтаже опоры вначале на внутреннюю обойму 4 устанавливают кольца 6 и 7, совмещая их выступы 11 с пазами 12, а после этого кольца 6 и 7 жестко соединяют или штифтом 8 (фиг.3), или винтом 9 (фиг.2) или резьбой 10 (фиг.1). После этого сначала запрессовывают обоймы 3 и 4 в сборе на цапфу 1, а затем запрессовывают на обойму 3 шарошку 2.When installing the support, first install rings 6 and 7 on the inner ring 4, combining their protrusions 11 with the grooves 12, and after that the rings 6 and 7 are rigidly connected either with a pin 8 (figure 3), or with a screw 9 (figure 2) or a thread 10 (FIG. 1). After that, first clip holders 3 and 4 are assembled on the trunnion 1, and then pressed on the clip 3 cone 2.

В процессе работы на забое скважины опорные поверхности цапфы 1 и шарошки 3 изнашиваются по сферической поверхности 5. Однако благодаря выбранному соотношению между максимальным и минимальным внутренними диаметрами колец 6 и 7 полностью исключается вероятность оставления шарошек 2 на забое скважины. Указанная разница между максимальным и минимальным внутренними диаметрами колец 6 и 7 обеспечивается выбором радиуса сферической поверхности 5, который определяется для каждого типоразмера буровых долот.In the process of working at the bottom of the well, the supporting surfaces of the pin 1 and the cone 3 wear out on the spherical surface 5. However, due to the selected ratio between the maximum and minimum inner diameters of the rings 6 and 7, the possibility of leaving the cone 2 on the bottom of the well is completely eliminated. The indicated difference between the maximum and minimum inner diameters of the rings 6 and 7 is provided by the choice of the radius of the spherical surface 5, which is determined for each size of drill bits.

Такое выполнение опоры позволяет повысить ее стойкость и надежность работы при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника, а следовательно, и опоры в целом. Это позволяет улучшить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.This embodiment of the support allows you to increase its durability and reliability while simplifying the assembly technology of the castle bearing, and therefore the support as a whole. This allows you to improve the technical and economic performance of drilling operations primarily through the use of forced drilling modes.

Claims

A roller cone support containing a pin and a cone fixed to the axle by a locking bearing in the form of two cages contacting each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the axle and the outer one on the cone, characterized in that the outer cage is made in the form of two rings contacting each other by the side surfaces and rigidly connected to one another, while the maximum diameter of the inner rings is greater than the outer diameter of the inner ring, the maximum inner diameter of the rings D is determined by rmule

D≥D ₁ + δ,

where D ₁ is the minimum inner diameter of the ring;

δ - permissible radial wear of the support,

wherein D ₁ <D ₂ ,

where D ₂ is the outer diameter of the inner race,

the contacting surfaces of the rings are made with concentric protrusions and mating grooves or in the form of a cam connection, and the rings are interconnected by pins, or screws, or threads.