RU2304209C1

RU2304209C1 - Cone bit bearing assembly

Info

Publication number: RU2304209C1
Application number: RU2006107119/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев; Евгений Семенович Булгаков (RU); Евгений Семенович Булгаков; Владимир Николаевич Калиничев (RU); Владимир Николаевич Калиничев
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-08-10

Abstract

FIELD: rock-cutting tools, particularly cone bit bearings.

SUBSTANCE: bearing assembly comprises hollow axle, cutter connected to the axle by means of ball bearing with separator made as radial orifices and partitions between the orifices. The orifices are communicated with cavity and arranged along axle perimeter. Cylindrical locking member is installed in axle cavity and may communicate with bearing balls. Balls of lock bearing are located along separator perimeter at different intervals one from another, wherein ball interval in bearing assembly section having maximal load is less than that in section having lesser load. Solid lubricant is placed in cutter track and is pressed to bearing edges by means of resilient member.

EFFECT: increased resistance due to decreased contact stress in bearing section characterized by maximal load and due to continuous bearing ball lubrication.

3 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, при этом тела качения второго подшипника размещены в отверстиях плавающей втулки (см. авт.св. СССР №941534, кл. Е21В 10/22, 1982 г).A support of a cone bit containing a pin is known on which a roller cone with working elements is mounted by means of sliding and rolling bearings, one of which is locking, with the rolling bodies of the second bearing located in the holes of the floating sleeve (see ed. St. USSR No. 941534, class E21B 10/22, 1982).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя, связанный со значительной осевой нагрузкой на замковый подшипник. Особо это сильно сказывается при использовании долот для разбуривания твердых и крепких пород, эффективность работы которых определяется величиной осевой нагрузки.The disadvantages of this support include its rapid failure, associated with a significant axial load on the lock bearing. This is especially true when using bits for drilling hard and hard rocks, the efficiency of which is determined by the value of the axial load.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент (см. авт.св. СССР №1677232, кл. Е21В 10/22, 1991 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of a cone bit containing a hollow pin, a cone mounted on the pin with a ball bearing with a cage in the form of radial holes and partitions between the holes connected with the cavity and located around the perimeter of the pin, and installed in the pin cavity with the possibility of interaction with the balls of the bearing cylindrical locking element (see ed. St. USSR No. 1677232, CL ЕВВ 10/22, 1991).

Данная опора имеет при одинаковом диаметре замкового шарикового подшипника более прочную цапфу благодаря увеличению ее поперечного сечения. Этому способствует и установка шариков опоры без промежуточного элемента, что увеличивает поверхность контакта шариков с шарошкой и цапфой.This bearing has, with the same diameter of the ball bearing, a stronger trunnion due to an increase in its cross section. This is facilitated by the installation of the support balls without an intermediate element, which increases the contact surface of the balls with the cone and the trunnion.

Недостатком опоры является значительные удельные нагрузки, действующие на опорные элементы и, как следствие этого, быстрый износ беговой дорожки и шаров подшипников. Особенно это сильно сказывается на нагруженной части опоры, чему способствует и неоптимальная схема расположения шаров подшипника 4. Все это снижает работоспособность опоры, а следовательно, и долота в целом.The disadvantage of the support is the significant specific loads acting on the support elements and, as a result of this, the rapid wear of the treadmill and the balls of bearings. This especially affects the loaded part of the support, which contributes to the non-optimal arrangement of the balls of the bearing 4. All this reduces the efficiency of the support, and therefore the bit as a whole.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости опоры путем снижения износа шариковой беговой дорожки и опор качения.In accordance with the stated technical object of the invention is to increase the stability of the support by reducing the wear of the ball treadmill and rolling bearings.

Поставленная техническая задача решается тем, что опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент, согласно изобретению шары замкового подшипника расположены по периметру сепаратора с разным шагом, причем в нагруженной части опоры шаг между шарами меньше, чем в ненагруженной части.The stated technical problem is solved in that the support of the cone bit containing a hollow pin, a cone mounted on the pin with a ball bearing with a cage in the form of radial holes and partitions between the holes connected with the cavity and located along the perimeter of the pin, and installed in the pin cavity with the possibility of interaction with bearing balls, a cylindrical locking element, according to the invention, the balls of the locking bearing are located around the perimeter of the separator with different steps, and in the loaded part of the support step between the balls is less than in the unloaded part.

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

- полость, по меньшей мере, между двумя соседними шарами подшипника в верхней части беговой дорожки заполнена смазкой из твердого материала.- the cavity at least between two adjacent balls of the bearing in the upper part of the treadmill is filled with grease from a solid material.

- в средней части смазки из твердого материала размещен упругий элемент.- an elastic element is placed in the middle part of the lubricant from a solid material.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота в разрезе; фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.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 - section aa in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с полостью 2 и закрепленную на цапфе 1 шарошку 3. Между цапфой 1 шарошкой 3 расположен шариковый подшипник 4 с сепаратором, выполненным в цапфе 1 в виде сообщенных с полостью 2 и расположенных по периметру цапфы 1 радиальных отверстий 5 и перегородок 6 между ними. В полости 2 цапфы 1 расположен запорный элемент 7 в виде цилиндра с возможностью взаимодействия с шариками подшипника 4 своей наружной поверхностью. Запорный элемент 7 крепится в полости 2 любым известным способом, например сваркой, посадкой натягом и т.д. В предложенной опоре шаг между шарами замкового подшипника 4 выполнен с разным шагом по периметру сепаратора, причем в нагруженной (нижней) части опоры шаг - t₁ - между шарами меньше, чем шаг - t₂ - в ненагруженной, т.е. в верхней части опоры. Расчет шага между шарами должен производиться в первую очередь с учетом режима бурения.The support of the cone bit includes a pin 1 with a cavity 2 and a cone 3 mounted on the pin 1. A ball bearing 4 is located between the pin 1 of the cone 3 with a cage made in pin 1 in the form of radial holes 5 and located along the perimeter of pin 1 of the pin 1 and partitions 6 between them. In the cavity 2 of the pin 1 is a locking element 7 in the form of a cylinder with the possibility of interaction with the balls of the bearing 4 with its outer surface. The locking element 7 is mounted in the cavity 2 by any known method, for example by welding, interference fit, etc. In the proposed support, the step between the balls of the lock bearing 4 is made with different steps along the perimeter of the separator, and in the loaded (lower) part of the support, the step - t ₁ - between the balls is less than the step - t ₂ - in unloaded, i.e. in the upper part of the support. The calculation of the step between the balls should be carried out primarily taking into account the drilling mode.

Полость беговой дорожки 10 в шарошке 3, по меньшей мере, между двумя шарами подшипника 4, в ненагруженной части опоры (в верхней части), заполнена смазкой 8 из твердого материала, например графита. В средней части твердой смазки 8 размещен упругий элемент 9, обеспечивающий смазку шаров подшипника 4.The cavity of the treadmill 10 in the cone 3, at least between the two balls of the bearing 4, in the unloaded part of the support (in the upper part), is filled with a lubricant 8 of a solid material, such as graphite. In the middle part of the solid lubricant 8 is placed an elastic element 9, which provides lubrication of the balls of the bearing 4.

Монтаж опоры осуществляется при открытой полости 2 цапфы 1 путем совмещения радиальных отверстий 5 в цапфе 1 с беговой дорожкой 8. После этого через радиальные отверстия 5 закатываются шары подшипника 4 и твердая смазка 8 с упругим элементом 9. После установки последнего шара радиальные отверстия 5 запираются запорным элементом 7, а затем фиксируется сам запорный элемент 7 любым известным способом, например сваркой.The support is mounted with the open cavity 2 of the pin 1 by combining the radial holes 5 in the pin 1 with the treadmill 8. After that, the bearing balls 4 and the solid lubricant 8 with the elastic element 9 are rolled through the radial holes 5. After installing the last ball, the radial holes 5 are locked element 7, and then the locking element 7 is fixed in any known manner, for example by welding.

Опора долота работает следующим образом. В процессе работы шарошечного долота на забое скважины шарики подшипника 4, располагаясь соответственно в отверстиях 5 цапфы 1 и между шарами подшипника 4, будут вращаться вокруг своей оси, способствуя вращению шарошки 3 и удержанию ее от осевого перемещения относительно цапфы 1. Благодаря установке шаров шарикоподшипника 4 с разным шагом обеспечивается более равномерная загрузка элементов опоры. На нижней части цапфы 1, где усилие со стороны забоя имеет максимальное значение, количество шаров увеличено. Это пропорционально увеличивает контактную поверхность между телами качения и стенками беговой дорожки 10 и соответственно снижает удельное давление на цапфу 1 и тем самым уменьшает износ всех элементов опоры, а следовательно, и увеличивает срок их службы. Этому же способствует и наличие смазки 8 из твердого материала (графита), которая постоянно поджимается к телам качения подшипника 4. В процессе вращения шарошки происходит постоянный износ графита. В результате этого образуется порошок из графита, который смазывает и все остальные шары подшипника 4. Все это позволяет повысить стойкость опоры и долота в целом.The support bit works as follows. During operation of the cone bit at the bottom of the well, the balls of bearing 4, located respectively in the holes 5 of the pin 1 and between the balls of the bearing 4, will rotate around their axis, contributing to the rotation of the cone 3 and to keep it from axial movement relative to the pin 1. By installing the balls of the ball bearing 4 with different steps provides a more uniform loading of the support elements. On the lower part of pin 1, where the force from the side of the face has a maximum value, the number of balls is increased. This proportionally increases the contact surface between the rolling bodies and the walls of the treadmill 10 and, accordingly, reduces the specific pressure on the trunnion 1 and thereby reduces the wear of all the support elements, and therefore increases their service life. This is also facilitated by the presence of a lubricant 8 of solid material (graphite), which is constantly pressed against the rolling bodies of the bearing 4. During the rotation of the cone, the graphite is constantly worn. As a result of this, a powder is formed from graphite, which lubricates all other balls of the bearing 4. All this makes it possible to increase the resistance of the support and the bit as a whole.

Claims

1. The support of the cone bit containing a hollow pin, a cone fixed to the pin with a ball bearing with a cage in the form of radial holes and partitions between the holes connected with the cavity and located along the perimeter of the pin, and a cylindrical locking element mounted in the cavity of the pin with the possibility of interaction with the bearing balls , characterized in that the balls of the castle bearing are located around the perimeter of the separator with different steps, and in the loaded part of the support the pitch between the balls is less than in the unloaded.

2. Support roller cone according to claim 1, characterized in that the cavity at least between two adjacent balls of the bearing in the upper part of the treadmill is filled with lubricant made of solid material.

3. Support cone bit according to claim 2, characterized in that in the middle part of the lubricant from a solid material is placed an elastic element.