RU2473770C1

RU2473770C1 - Drilling rock bit

Info

Publication number: RU2473770C1
Application number: RU2011140286/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин; Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Дмитрий Юрьевич Сериков
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-01-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: drilling rock bit comprises legs with inclined journals, displaced in plan in parallel to the bit axis, and conical roller cutters installed onto them by means of a lock bearing with milled or cast teeth. In all roller cutters at least some crowns are made with slant teeth, besides, slant teeth are inclined to the axis of the journal so that the total axial component of the face reaction to the axis of rotation of the bearing unit in each roller cutter is directed towards the axis of the bit. The angle of inclination of cutting edges of slant teeth to the roller cutter generatrix may amount to 10-30°, at the same time the smaller value of the inclination angle complies with the smaller value of the journal inclination angle to the bit axis.

EFFECT: invention provides for unloading of a lock bearing, higher resistance and efficiency of a support and a bit as a whole.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для разбуривания, преимущественно, мягких пород и пород средней твердости.The invention relates to a rock cutting tool, namely to cone drill bits for drilling, mainly soft rocks and medium hard rocks.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с фрезерованными или литыми зубьями, у которых оси симметрии рабочих кромок совпадают с диаметральной плоскостью шарошек и пресекаются с осью шарошки в ее вершине (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. «Буровые долота», М. Недра, 1965 г., с.86, рис.97).A three-cone drill bit is known, including a body and conical cones with milled or cast teeth, in which the axis of symmetry of the working edges coincide with the diametrical plane of the cones and intersect with the cone axis at its apex (see Paliy P.A. and Korneev K.E. “ Drill bits ”, M. Nedra, 1965, p. 86, Fig. 97).

Недостатком этого долота является малый ресурс его работы из-за низкой эффективности разрушения породы, особенно в центральной части забоя.The disadvantage of this bit is the small resource of its work due to the low efficiency of rock destruction, especially in the central part of the face.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. «Буровые долота», М. Недра, 1971 г., с 183, рис.У1. 45).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit, including paws with inclined pins parallel offset in plan relative to the axis of the bit, and conical cones mounted on them by means of a locking bearing with milled or cast teeth (see P. Paliy P.A. . and Korneev KE “Drill bits”, M. Nedra, 1971, p. 183, fig. U1. 45).

Данное долото благодаря параллельному смещению осей шарошек своим вооружением создает дробяще-режущее воздействие на породу и тем самым обеспечивает более эффективное разрушение забоя.This bit due to the parallel displacement of the axes of the cone with its weapons creates a crushing and cutting effect on the rock and thereby provides a more effective destruction of the face.

К недостаткам данного долота следует отнести опережающий выход из строя опоры долота по сравнению с вооружением, обусловленным восприятием усилия, направленным вдоль оси цапфы, одним замковым подшипником, что снижает эффективность работы долота в целом.The disadvantages of this bit include the leading failure of the support of the bit compared to armament due to the perception of force directed along the axis of the pin with one locking bearing, which reduces the overall efficiency of the bit.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет увеличения работоспособности его опоры.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit by increasing the efficiency of its support.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями, согласно изобретению у всех шарошек, по меньшей мере, часть венцов выполнена с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая реакции забоя на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке была направлена в сторону оси долота.The technical result achieved is achieved by the fact that in the drill cone bit, including paws with inclined pins parallel offset in plan relative to the axis of the bit, and conical cones with milled or cast teeth mounted on them by means of a locking bearing, according to the invention, at least all cones have at least , part of the crowns is made with oblique teeth, with oblique teeth inclined to the axis of the journal so that the total axial component of the reaction of the face to the axis of rotation of the bearing assembly in each ball shke was directed toward the bit axis.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30, при этом меньшее значение угла наклона соответствует меньшему значению угла наклона цапфы к оси долота.The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth to the forming cone is 10-30, while a lower value of the angle of inclination corresponds to a smaller value of the angle of inclination of the journal to the axis of the bit.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота, продольный разрез, на фиг.2 - схема расположения шарошек и их вооружения, на фиг.3 - схема действия сил на шарошке.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the bit, a longitudinal section, in Fig.2 is a diagram of the location of the cones and their weapons, Fig.3 is a diagram of the action of forces on the cone.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, параллельно смещенными относительно оси долота на величину - ε (см. фиг.2 и 3), определяемую в зависимости от типа и размера бурового долота. На цапфах 2 посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с фрезерованными или литыми зубьями 5. У всех шарошек 4, по меньшей мере, часть венцов 6 выполнены с косыми зубьями 5, причем косые зубья 5 наклонены к оси цапфы 2 таким образом, чтобы осевая составляющая реакции забоя -

(от усилия разрушения породы вследствие проскальзывания зубьев по забою - F) на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке 4 была направлена в сторону оси долота и частично или полностью компенсировала осевую составляющую реакции замкового подшипника -

, создаваемую осевой нагрузкой на долото - Р, и направленную вдоль осей цапф 2 в противоположном направлении. Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4 выбран равным 10-30°, при этом меньшее значение угла наклона - α соответствует меньшему значению угла наклона - β цапфы 2 к оси долота, т.е. чем меньше угол наклона - β, тем меньше должен быть угол α. Увеличение угла наклона - β должно сопровождаться увеличением угла α.The roller cone bit contains a housing 1 with inclined pins 2 parallel offset from the axis of the bit by a value of ε (see FIGS. 2 and 3), determined depending on the type and size of the drill bit. On the pins 2 by means of bearings 3, one of which is locking, conical cones 4 with milled or cast teeth 5 are installed. For all cones 4, at least part of the crowns 6 are made with oblique teeth 5, and the oblique teeth 5 are inclined to the axis of the axle 2 so that the axial component of the reaction of the face -

(from the force of rock destruction due to slipping of the teeth along the face - F), the axis of rotation of the bearing assembly in each cone 4 was directed towards the axis of the bit and partially or fully compensated for the axial component of the reaction of the castle bearing -

created by the axial load on the bit - P, and directed along the axes of the pins 2 in the opposite direction. The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the angle of inclination - α of the cutting edges of the oblique teeth 5 to the forming roller 4 is chosen to be 10-30 °, while a smaller value of the angle of inclination - α corresponds to a lower value of the angle of inclination - β of the pin 2 to the axis of the bit , i.e. the smaller the angle of inclination - β, the smaller the angle α should be. An increase in the angle of inclination - β should be accompanied by an increase in the angle α.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 4 перекатываются с одновременным проскальзыванием по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с параллельно смещенными в плане шарошками способствует повышению эффективности разрушения горных пород, особенно это касается пластичных пород. Разрушенная порода, благодаря выполнению венцов 6 шарошек 4 с косыми зубьями 5, наклоненными к оси цапфы 2 таким образом, чтобы осевая составляющая реакции забоя -

(от усилия разрушения породы вследствие проскальзывания зубьев по забою - F) на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке 4 была направлена в сторону оси долота и компенсировала осевую составляющую реакции замкового подшипника -

, создаваемую осевой нагрузкой на долото - Р, и направленную вдоль осей цапф 2 в противоположном направлении. При этом угол наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4, составляющий 10-30°, обеспечивает наиболее оптимальное значение для разрушения мягких и средней твердости пород. Величина угла наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4 выбирается в зависимости от угла наклона - β цапфы 2 к оси долота, причем меньшее значение угла наклона - α соответствует меньшему значению угла β.The principle of operation of the drill bit is as follows. When the bit is rotated, cones 4 roll with simultaneous slipping over the face surface and destroy the rock under the influence of axial load and torque. The implementation of the bit with parallel cones shifted in plan contributes to the efficiency of rock destruction, especially with regard to ductile rocks. The destroyed rock, due to the execution of crowns 6 cones 4 with oblique teeth 5, inclined to the axis of the journal 2 so that the axial component of the reaction of the face -

(from the force of rock destruction due to slipping of the teeth along the face - F) on the axis of rotation of the bearing assembly in each cone 4 was directed towards the axis of the bit and compensated for the axial component of the reaction of the castle bearing -

created by the axial load on the bit - P, and directed along the axes of the pins 2 in the opposite direction. Moreover, the angle of inclination - α of the cutting edges of the oblique teeth 5 to the forming cone 4, comprising 10-30 °, provides the most optimal value for the destruction of soft and medium hardness of the rocks. The value of the angle of inclination - α of the cutting edges of the bevel teeth 5 to the forming cone 4 is selected depending on the angle of inclination - β of the pin 2 to the axis of the bit, and a smaller value of the angle of inclination - α corresponds to a smaller value of the angle β.

При выполнении вооружения шарошек долота по предложенной схеме с косыми зубьями обеспечивается компенсация осевой составляющей реакции замкового подшипника -

, от усилия - Р_ОС и тем самым разгружается замковый подшипник от усилий, направленных вдоль оси долота, что повышает ресурс его работы, а следовательно, и долота в целом.When performing armament cone bits according to the proposed scheme with oblique teeth provides compensation for the axial component of the reaction of the castle bearing -

, from the force - P _OS, and thus the lock bearing is unloaded from the forces directed along the axis of the bit, which increases the resource of its work, and therefore the bit as a whole.

Claims

1. Drill cone bit, including legs with inclined pins parallel offset in plan relative to the axis of the bit, and conical cones mounted on them by means of a lock bearing with milled or cast teeth, characterized in that at least part of the crowns is made of all cones with oblique teeth, and oblique teeth inclined to the axis of the pin so that the total axial component of the reaction of the face to the axis of rotation of the bearing assembly in each roller cone is directed towards the axis of the bit.

2. The roller cone bit according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth to the forming cone is 10-30 °, while a lower value of the angle of inclination corresponds to a smaller value of the angle of inclination of the journal to the axis of the bit.