RU2374419C1

RU2374419C1 - Cone bit support (versions)

Info

Publication number: RU2374419C1
Application number: RU2008112244/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; Вячеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов; Игорь Вячеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-11-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention is related to rock-destroying tool, namely to supports of drilling cone bits. Cone bit support comprises journal and roller cutter fixed on journal by means of lock bearing made in the form of two races that contact to each other along spherical surface, internal of which is fixed on journal, and external one - on roller cutter. External race is made in the form of two rings that contact to each other with their side surfaces and are rigidly connected one to another, at the same time maximum internal diametre of rings from the side of their contacting surfaces is more than external diametre of internal race. Rings may be connected one to another by means of pin or at the same time contacting side surfaces of rings are arranged with response protrusions and grooves.

EFFECT: simplified assembly, increased resistance of support and improved technical-economical indices of drilling works.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым 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.V.29).There is a known support of a cone bit containing a pin on which, using sliding and rolling bearings, one of which is a lock, a roller cone with working elements is installed (see the reference book “Drill bits.” Paliy P. A. and Korneev K.E., Moscow, Nedra, 1971, p. 175, fig. V.29).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя из-за ослабления цапфы каналом под замковый палец. Особо это сильно 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 позволяет проводить бурение на форсированных 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 chisels limits the permissible axial load and does not allow drilling in forced modes.

Более близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой 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.).Closer to the proposed by the technical nature and the achieved result is the support of the cone bit, containing a paw with a pin and a cone, mounted on the pin with a locking bearing in the form of two cages contacting each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the pin, and the outer - on cone (see ed. St. USSR No. 220192, class ЕВВ 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.

Недостаткам этой опоры 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.The disadvantages of this support 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 the cage is heated, the casing metal is tempered and, as a result, the hardness of the working surface decreases and the wear resistance of the entire support decreases. 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 slight wear of the support, there may be cases of separation of the cone and trunnion and leaving the cones at the bottom and, as a result, the occurrence of severe accidents.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником в виде двух обойм, жестко связанных соединительным элементом и контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, при этом наружная обойма замкового подшипника разделена по линии, проходящей перпендикулярно ее оси и через максимальный радиус внутренней сферической поверхности, на два кольца, контактирующих между собой торцевыми поверхностями (см. патент РФ №2308591, кл. Е21В 10/22, 2007 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit, containing a paw with a pin and a cone fixed to the axle with a locking bearing in the form of two cages, rigidly connected by a connecting element and contacting each other on a spherical surface, the inner of which is fixed on the axle and the outer one at the cone, while the outer cage of the castle bearing is divided along a line running perpendicular to its axis and through the maximum radius of the inner spherical surface nostatic, on two rings in contact with each other end surfaces (see RF patent No. 2308591, CL EB 10/22, 2007).

Однако известная конструкция опоры также имеет недостатки. Одним из основных недостатков ее является невозможность замены шарошки в незаводских условиях.However, the known support structure also has disadvantages. One of its main disadvantages is the impossibility of replacing the cone in non-factory conditions.

В процессе бурения, особенно по абразивным породам, часто наблюдается выход вооружения шарошек при вполне работоспособной опоре. Однако из-за указанного недостатка приходится снимать с работы все долото, что ведет к значительному удорожанию буровых работ.In the process of drilling, especially on abrasive rocks, the output of the cone armament is often observed with a fully functional support. However, due to this drawback, it is necessary to remove the entire bit from work, which leads to a significant increase in the cost of drilling operations.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является обеспечение смены шарошек долота силами буровой бригады или мехмастерской и повышение стойкости и надежности опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.In accordance with the stated technical result of the invention, it is ensured that the bit cutters are changed by the forces of the drilling crew or the mechanical workshop and increase the stability and reliability of the support while simplifying the assembly technology of the lock bearing.

Поставленная техническая задача по первому варианту решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником в виде двух обойм, жестко связанных соединительным элементом и контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, при этом наружная обойма замкового подшипника разделена по линии, проходящей перпендикулярно ее оси и через максимальный радиус внутренней сферической поверхности, на два кольца, контактирующих между собой торцевыми поверхностями, согласно изобретению, кольцо наружной обоймы, расположенное со стороны основания цапфы, выполнено с меньшим диаметром по сравнению с другим кольцом, а шарошка и кольца выполнены с совмещенными каналами для размещения соединительного элемента, жестко соединяющего кольца между собой, при этом каналы расположены параллельно оси цапфы.The technical problem posed in the first embodiment is solved by the fact that in the support of the cone bit containing a paw with a pin and a cone fixed to the axle by a locking bearing in the form of two cages, rigidly connected by a connecting element and contacting each other on a spherical surface, the inner of which is fixed on the axle and the outer one at the cone, while the outer cage of the castle bearing is divided along two lines perpendicular to its axis and through the maximum radius of the inner spherical surface, the end surfaces in contact with each other, according to the invention, the outer ring ring located on the side of the axle base is made with a smaller diameter compared to the other ring, and the roller cone and rings are made with combined channels to accommodate the connecting element rigidly connecting the rings to each other, the channels are parallel to the axis of the journal.

По второму варианту поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым подшипником, в виде двух обойм, жестко связанных соединительным элементом и контактирующих между собой по сферической поверхности, внутренняя из которых закреплена на цапфе, а наружная - на шарошке, при этом наружная обойма замкового подшипника разделена по линии, проходящей перпендикулярно ее оси и через максимальный радиус внутренней сферической поверхности, на два кольца, контактирующих между собой торцевыми поверхностями, согласно изобретению, кольцо, расположенное со стороны основания цапфы, выполнено с меньшим диаметром по сравнению с другим кольцом, а лапа и кольца выполнены с совмещенными каналами, расположенными параллельно оси цапфы и предназначенными для размещения соединительного элемента, жестко соединяющего кольца между собой.According to the second variant, the stated technical problem is solved by the fact that in the support of the cone bit containing the pin and the cone fixed to the pin with a lock bearing, in the form of two cages, rigidly connected by a connecting element and in contact with each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the pin and the outer - on the cone, while the outer race of the castle bearing is divided along a line running perpendicular to its axis and through the maximum radius of the inner spherical surface, into two rings, contact endangered by the end surfaces, according to the invention, the ring located on the side of the base of the trunnion is made with a smaller diameter compared to the other ring, and the leg and rings are made with combined channels located parallel to the axis of the trunnion and designed to accommodate the connecting element, rigidly connecting the ring between themselves.

Решению поставленной задачи по второму варианту способствует также и то, что:The solution of the task according to the second option also contributes to the fact that:

- совмещенные каналы в кольцах выполнены с резьбой, а соединяющий их элемент выполнен в виде резьбового штифта;- combined channels in the rings are threaded, and the connecting element is made in the form of a threaded pin;

- головка резьбового штифта для колец размещена заподлицо с торцом кольца, расположенного у основания цапфы.- the head of the threaded pin for the rings is flush with the end of the ring located at the base of the pin.

Такое выполнение опоры позволяет обеспечить замену шарошки с изношенным вооружением непосредственно на буровой или мехмастерской и повысить стойкость опоры при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника.This embodiment of the support makes it possible to replace the cone with worn-out weapons directly at the drilling or mechanical workshop and increase the stability of the support while simplifying the assembly technology of the castle bearing.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 и 2 изображают общий вид опоры долота в разрезе (на фиг.1 - по первому варианту, на фиг.2 - по второму варианту).The invention is illustrated by drawings, in which figures 1 and 2 depict a General view of the support of the bit in section (figure 1 - according to the first embodiment, figure 2 - according to the second embodiment).

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 2 и закрепленную на цапфе 2 посредством замкового подшипника шарошку 3. Замковый подшипник выполнен в виде двух обойм 4 и 5, контактирующих между собой по сферической поверхности 6. Внутренняя обойма 5 закреплена на цапфе 2, а наружная - 4 в полости шарошки 3. При этом наружная обойма 4 выполнена в виде двух колец 7 и 8, контактирующих между собой торцевыми поверхностями и жестко соединенных одно с другим, причем кольцо 7, расположенное со стороны основания цапфы 2, выполнено с меньшим диаметром по сравнению с другим кольцом 8. Кольца 7 и 8 образованы путем разделения наружной обоймы 5 по линии, проходящей перпендикулярно ее оси и через наибольший радиус внутренней сферической поверхности 6. Такое выполнение наружной обоймы 5 обеспечивает монтаж замкового подшипника без нагрева, а следовательно, и без изменения структуры рабочей поверхности наружной обоймы 3. Кроме того, разъемное выполнение наружного кольца 7 позволяет использовать сферическую поверхность 6 значительно меньшего радиуса и тем самым увеличить высоту обхвата внутренней обоймы 5 наружной обоймой 4. А это в свою очередь гарантирует надежность удержания шарошки 3 на цапфе 2 даже при значительном износе контактирующих поверхностей 6 внутренней и наружной обойм 4 и 5.The support of the cone bit includes a paw 1 with a pin 2 and mounted on the pin 2 by means of a lock roller cone 3. The lock bearing is made in the form of two cages 4 and 5, contacting each other on a spherical surface 6. The inner cage 5 is mounted on the pin 2, and the outer - 4 in the cavity of the cone 3. In this case, the outer casing 4 is made in the form of two rings 7 and 8, contacting each other by end surfaces and rigidly connected to one another, and the ring 7 located on the side of the base of the pin 2 is made with a smaller diameter ohm compared to the other ring 8. The rings 7 and 8 are formed by dividing the outer race 5 along a line running perpendicular to its axis and through the largest radius of the inner spherical surface 6. This embodiment of the outer race 5 allows the castle bearing to be mounted without heating, and therefore without changing the structure of the working surface of the outer casing 3. In addition, the detachable design of the outer ring 7 allows you to use the spherical surface 6 of a significantly smaller radius and thereby increase the height of the girth inside the outer race 5 outer race 4. And this in turn guarantees the reliability of the cone 3 on the pin 2 even with significant wear of the contacting surfaces 6 of the inner and outer race 4 and 5.

При этом по одному варианту лапа 1 с цапфой 2 и кольца 7 и 8, а по другому варианту шарошка 3 и кольца 7 и 8 выполнены с совмещенными каналами 9, 10, 11 и 12, расположенными параллельно оси цапфы 2 и предназначенными для размещения соединительного элемента 13 или 14, жестко соединяющего кольца 7 и 8 между собой. В качестве соединительного элемента 13 или 14 предпочтительно использовать резьбовой штифт. Хотя может использоваться и гладкий стержень с твердой поверхностью, обеспечивающей его извлечение через канал 12 в лапе 1 или через канал 11 в шарошке 3.In this case, according to one embodiment, the paw 1 with the pin 2 and the rings 7 and 8, and according to another embodiment, the cone 3 and the rings 7 and 8 are made with combined channels 9, 10, 11 and 12, located parallel to the axis of the pin 2 and designed to accommodate the connecting element 13 or 14, rigidly connecting the rings 7 and 8 to each other. As the connecting element 13 or 14, it is preferable to use a threaded pin. Although a smooth rod with a solid surface can be used to ensure its extraction through channel 12 in the paw 1 or through channel 11 in the cone 3.

Торцевые контактирующие поверхности колец 7 и 8 могут взаимодействовать между собой посредством кулачков и ответных им пазов или концентрических выступов и ответных им пазов (не показаны).The end contact surfaces of the rings 7 and 8 can interact with each other by means of cams and their corresponding grooves or concentric protrusions and their corresponding grooves (not shown).

При монтаже опоры вначале на внутреннюю обойму 5 устанавливают кольца 7 и 8, совмещая их кулачки с пазами или концентрические выступы с ответными пазами, а также в одном случае каналы 9 и 10 с каналами 11 в шарошке 3, а в другом каналы 9 и 10 с каналами 12 в лапе 1 долота. После этого кольца 7 и 8 жестко соединяют или резьбовым штифтом 13, или 14, или гладким стержнем. Затем сначала запрессовывают обоймы 4 и 5 в сборе на цапфу 2, а затем запрессовывают на обойму 5 шарошку 3, при этом кольцо 7 благодаря меньшему наружному диаметру не контактирует с внутренней поверхностью шарошки 3.When installing the support, first install rings 7 and 8 on the inner race 5, combining their cams with grooves or concentric protrusions with mating grooves, as well as in one case channels 9 and 10 with channels 11 in the roller cutter 3, and in the other channels 9 and 10 s channels 12 in the paw of 1 bit. After this, the rings 7 and 8 are rigidly connected with either a threaded pin 13, or 14, or a smooth rod. Then, at first, the clips 4 and 5 are assembled on the trunnion 2, and then the cone 3 is pressed onto the clip 5, while the ring 7 does not contact the inner surface of the cone 3 due to the smaller outer diameter.

В процессе работы на забое скважины опорные поверхности цапфы 2 и шарошки 3 изнашиваются по сферической поверхности 6. Однако благодаря выполнению наружной обоймы 5 разъемной между максимальным и минимальным внутренними диаметрами колец 7 и 8 может быть выбрана такая разница, которая полностью исключает вероятность оставления шарошек 3 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 axle 2 and the cone 3 wear out on the spherical surface 6. However, due to the implementation of the outer ring 5 detachable between the maximum and minimum inner diameters of the rings 7 and 8, a difference can be chosen that completely eliminates the possibility of leaving cones 3 on bottom hole. 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.

При необходимости замены шарошки 3 с изношенным вооружением на новую по первому варианту отворачивается размещенный в канале 11 резьбовой штифт 13 и вывинчивается из кольца 7. Тем самым происходит разъединение колец 7 и 8. А так как с шарошкой 3 соединено только кольцо 8, то шарошка 3 вместе с кольцом 8 свободно снимается с цапфы 2 и заменяется другой. После этого новая шарошка 3 с новым вооружением и кольцом 8 фиксируется на цапфе резьбовым штифтом 13. По второму варианту резьбовой стержень 14 отвинчивается через канал 12 в лапе 1 из кольца 7 до разъединения с кольцом 8. Затем осуществляется замена шарошки вышеописанным способом. При использовании гладкого стержня замена изношенной шарошки 3 осуществляется аналогично.If it is necessary to replace the cone 3 with worn out weapons with a new one according to the first embodiment, the threaded pin 13 located in the channel 11 is turned off and unscrewed from the ring 7. Thus, the rings 7 and 8 are disconnected. And since only the ring 8 is connected to the cone 3, the cone 3 together with the ring 8 is freely removed from the pin 2 and replaced by another. After that, a new roller cone 3 with new weapons and a ring 8 is fixed on the trunnion with a threaded pin 13. According to the second variant, the threaded rod 14 is unscrewed through the channel 12 in the foot 1 from the ring 7 until it is disconnected from the ring 8. Then, the roller cone is replaced as described above. When using a smooth rod, the replacement of the worn cone 3 is carried out similarly.

Предложенная конструкция опоры позволяет осуществлять замену изношенной шарошки непосредственно на буровой, что позволит многократно использовать наиболее дорогостоящие элементы долота. Кроме того, использование предложенной опоры позволяет повысить стойкость и надежность ее работы при одновременном упрощении технологии сборки замкового подшипника, а следовательно, и опоры в целом. Это в свою очередь позволяет улучшить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения и за счет многократного использования корпуса с цапфами.The proposed construction of the support allows the replacement of worn cone directly on the drill, which will reuse the most expensive elements of the bit. In addition, the use of the proposed bearings can improve the durability and reliability of its work while simplifying the assembly technology of the castle bearing, and therefore the bearings as a whole. This, in turn, allows to improve the technical and economic performance of drilling operations primarily through the use of forced drilling modes and through the repeated use of the body with pins.

Claims

1. Support cone bit containing a paw with a pin and a cone, mounted on the axle with a locking bearing in the form of two cages, rigidly connected by a connecting element and in contact with each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the axle, and the outer - on the cone, while the outer race of the lock bearing is divided along a line running perpendicular to its axis and through the maximum radius of the spherical surface of the inner race into two rings contacting each other by end surfaces, characterized the fact that the ring of the outer casing, located on the side of the base of the journal, is made with a smaller diameter compared to the other ring, and the roller cone and rings are made with combined channels to accommodate the connecting element, rigidly connecting the rings to each other, while the channels are parallel to the axis of the journal .

2. Support roller cone according to claim 1, characterized in that the combined channels in the rings are threaded, and the connecting element is made in the form of a threaded pin.

3. The support of the cone bit containing a paw with a pin and a cone fixed to the pin with a locking bearing in the form of two cages, rigidly connected by a connecting element and contacting each other on a spherical surface, the inside of which is fixed on the pin and the outer one on the cone, while the outer race of the lock bearing is divided along a line running perpendicular to its axis and through the maximum radius of the spherical surface of the inner race into two rings contacting each other by end surfaces, characterized the fact that the ring of the outer casing, located on the side of the base of the pin, is made with a smaller diameter compared to the other ring, and the leg and rings are made with combined channels to accommodate the connecting element, rigidly connecting the rings to each other, while the channels are parallel to the axis of the pin .

4. Support cone bit according to claim 3, characterized in that the combined channels in the rings are threaded, and the connecting element is made in the form of a threaded pin.

5. Support cone bit according to claim 3, characterized in that the head of the threaded pin for the rings is placed flush with the end of the ring located at the base of the pin.