RU2375544C1

RU2375544C1 - Support of boring rock-breaking tool

Info

Publication number: RU2375544C1
Application number: RU2008138607/03A
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: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention is related to supports of rock-breaking tool of roller cutter type, namely to supports of boring bits, calibrators and expanders. Support comprises journal, roller cutter installed in it, and sliding bearings with cemented layer and dead holes from the side of loaded part. Specific feature of support consists in the fact that at least one of sliding bearings from the side of loaded part is arranged with flat and is equipped with insert, which has dead holes on its facet that adjoins flat, besides insert is rigidly connected to journal, and distance between external surface of insert and bottom of dead holes makes not less than permissible value of journal wear. Version is provided for support arrangement with key with cross section in the shape of two dovetails symmetrically arranged relative to its longitudinal axis, and journals and insert from the side of flat with grooves of response shape for key installation. According to other versions, journal and insert are arranged with response protrusions and grooves on adjacent surfaces.

EFFECT: improved wear resistance and serviceability of the whole rock-breaking tool and simplified technology of support making and installation.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту шарошечного типа, а именно к опорам буровых долот, калибраторов и расширителей.The invention relates to rock cutting tool type cone type, and in particular to the supports of drill bits, calibrators and reamers.

Известна опора шарошечного инструмента, содержащая цапфу с цементованным слоем на беговых дорожках и установленную на ней посредством замкового подшипника шарошку (см. Буровые долот, Палий П.А. и Корнеев К.E., М. Недра, 1971, с.152-153).A support of a cone tool containing a pin with a cemented layer on treadmills and a roller cone mounted on it by means of a lock bearing is known (see Drill bits, Paliy P.A. and Korneev K.E., M. Nedra, 1971, pp. 152-153 )

Недостатком такой опоры является малая износостойкость нагруженных поверхностей подшипников скольжения цапфы, подвергающихся постоянным динамическим нагрузкам в процессе бурения. Как известно, наибольшей твердостью и, как следствие этого, износостойкостью обладает опора с цементованным слоем при концентрации углерода от 0,85 до 1,05%. Однако такая концентрация углерода содержится только на наружной поверхности цапфы, а на глубине 1 мм она составляет всего 0,2%. Это значительно ухудшает физико-механические свойства термообработанного слоя и ведет к ускоренному износу цапфы по мере уменьшения толщины цементованного слоя.The disadvantage of this support is the low wear resistance of the loaded surfaces of the journal bearings, subjected to constant dynamic loads during drilling. As is known, the support with a cemented layer at a carbon concentration of 0.85 to 1.05% has the highest hardness and, as a consequence of this, wear resistance. However, such a concentration of carbon is contained only on the outer surface of the journal, and at a depth of 1 mm it is only 0.2%. This significantly impairs the physicomechanical properties of the heat-treated layer and leads to accelerated pin wear as the thickness of the cemented layer decreases.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового породоразрушающего инструмента, включающая цапфу с подшипниками скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями с нагруженной стороны и установленную на ней шарошку (авт. св. СССР №791897, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of a rock cutting tool, including a pin with plain bearings with a cemented layer and blind holes on the loaded side and a cone mounted on it (ed. St. USSR No. 791897, class. ЕВВ 10/22 , 1980).

В данной опоре цапфа имеет необходимую концентрацию углерода на значительно большую глубину, что повышает износостойкость цементованного слоя. К недостаткам данной опоры следует отнести значительную вероятность скола острых кромок в зоне контакта глухих отверстий с наружной поверхностью цапфы и попадание сколотых твердых частиц в полость между шарошкой и цапфой. Попадание таких частиц между трущимися поверхностями приводит к усиленному износу опоры и быстрому выходу ее из строя, что уменьшает работоспособность опоры и инструмента в целом.In this support, the trunnion has the required carbon concentration to a much greater depth, which increases the wear resistance of the cemented layer. The disadvantages of this support include the significant likelihood of cleavage of sharp edges in the area of contact between the blind holes and the outer surface of the journal and the penetration of cleaved solid particles into the cavity between the cutter and the journal. The ingress of such particles between the rubbing surfaces leads to increased wear of the support and its quick failure, which reduces the operability of the support and the tool as a whole.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры и, как следствие этого, породоразрушающего инструмента в целом.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the operability of the support and, as a consequence, the rock cutting tool as a whole.

Указанный технический результат достигается тем, что в опоре бурового породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с подшипником скольжения с цементованным слоем и глухими отверстиями со стороны нагруженной части и установленную на ней шарошку, согласно изобретению, по меньшей мере, один из подшипников скольжения со стороны нагруженной части выполнен с лыской и снабжен вкладышем, у которого глухие отверстия расположены на его грани, примыкающей к лыске, при этом вкладыш жестко соединен с цапфой, а расстояние между наружной поверхностью вкладыша и дном глухих отверстий составляет не менее допустимой величины износа цапфы.The specified technical result is achieved by the fact that in the support of the drilling rock cutting tool, including an axle with a sliding bearing with a cemented layer and blind holes on the side of the loaded part and a cone mounted on it, according to the invention, at least one of the bearings on the side of the loaded part is made with a flat and equipped with an insert, in which blind holes are located on its edge adjacent to the flat, while the insert is rigidly connected to the pin, and the distance between the outer surface Stu insert and the bottom of the blind holes is not less than the permissible value trunnion wear.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:The achievement of the specified technical result also contributes to the fact that:

- опора снабжена шпонкой с поперечным сечением в форме двух симметрично расположенных относительно его продольной оси «ласточкиных хвостов», а цапфа и вкладыш со стороны лыски выполнены с пазами ответной формы для размещения шпонки;- the support is equipped with a dowel with a cross section in the form of two “dovetail” symmetrically located relative to its longitudinal axis, and the pin and the liner on the flat side are made with mates of the reciprocal shape to accommodate the dowel;

- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным пазом, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш - с ответным V-образным выступом;- the liner on the flat side is made with a longitudinal groove having a V-shape in cross section, and the liner with a reciprocal V-shaped protrusion;

- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным выступом, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш - с ответным V-образным пазом;- the liner on the side of the flat is made with a longitudinal protrusion having a V-shape in cross section, and the liner with a reciprocal V-groove;

- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным пазом, имеющим в поперечном сечении форму «ласточкиного хвоста», а вкладыш - с выступом ответной формы;- the liner on the side of the flat is made with a longitudinal groove having a dovetail in cross section, and the liner with a protrusion of the reciprocal shape;

- вкладыш со стороны лыски выполнен с продольным выступом, имеющим в поперечном сечении форму «ласточкиного хвоста», а вкладыш - с пазом ответной формы.- the liner on the flat side is made with a longitudinal protrusion having the shape of a “dovetail” in cross section, and the liner with a groove of the reciprocal shape.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры (без шарошки), фиг.2 - сечение А-А фиг.1 (варианты соединения вкладыша с цапфой).The invention is illustrated by the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the support (without cone), figure 2 - section aa figure 1 (options for connecting the liner with a pin).

Опора породоразрушающего инструмента включает лапу 1 и цапфу 2 с подшипниками скольжения 4, количество которых выбирается в зависимости от диаметра инструмента. На подшипниках скольжения 4 цапфы 2 установлен вкладыш 3 с глухими отверстиями 5, расположенными на его грани 6, примыкающей к лыске 7, выполненной на подшипнике скольжения 4 со стороны его нагруженной части. Вкладыш 3 жестко соединен с подшипником скольжения 4, при этом расстояние между наружной поверхностью вкладыша 3 и дном глухих отверстий 5 выбирают равным не менее допустимой величины износа цапфы 2 в зоне подшипника скольжения 4. При этом и глубина цементованного слоя рабочей поверхности вкладыша 3 должна быть также не менее величины износа подшипника скольжения 4. Вкладыш 3 жестко соединяется с цапфой 2 любым известным способом, например посредством пайки, лазерной сварки и т.д.The support of the rock cutting tool includes a foot 1 and a trunnion 2 with sliding bearings 4, the number of which is selected depending on the diameter of the tool. On the sliding bearings 4 of the pin 2, an insert 3 is installed with blind holes 5 located on its edge 6 adjacent to the flat 7, made on the sliding bearing 4 from the side of its loaded part. The liner 3 is rigidly connected to the sliding bearing 4, while the distance between the outer surface of the liner 3 and the bottom of the blind holes 5 is chosen equal to not less than the allowable wear of the journal 2 in the area of the sliding bearing 4. Moreover, the depth of the cemented layer of the working surface of the liner 3 should also be at least the amount of wear of the sliding bearing 4. The liner 3 is rigidly connected to the pin 2 in any known manner, for example by soldering, laser welding, etc.

Для повышения технологичности сборки и точности соединение вкладыша 3 с цапфой 2 рекомендуется осуществлять с использованием направляющих элементов. Так, по одному варианту для этой цели используется специальная шпонка 8 с поперечным сечением в виде двух симметрично расположенных «ласточкиных хвостов» (фиг.6), а цапфа 1 и примыкающий к лыске 7 вкладыш 3 выполнены с продольными пазами 9 в форме ответных «ласточкиных хвостов», в которых и устанавливается шпонка 8. Специальная шпонка 8 может быть изготовлена как из двух элементов, жестко соединенных между собой, так и из одного элемента.To increase the manufacturability of the assembly and accuracy, the connection of the liner 3 with the pin 2 is recommended to be carried out using guide elements. So, according to one variant, a special key 8 with a cross section in the form of two symmetrically located “swallow tails” is used for this purpose (Fig. 6), and the pin 1 and the insert 3 adjacent to the flat 7 are made with longitudinal grooves 9 in the form of response “swallow” tails ”, in which the key 8 is installed. The special key 8 can be made of two elements rigidly connected to each other, or of one element.

По другому варианту лыска 7 цапфы 1 выполнена с продольным пазом 9, имеющим в поперечном сечении V-образную форму (фиг.3) или форму «ласточкиного хвоста» (фиг.2), а вкладыш 3 с ответным V-образным выступом 10 или выступом в форме «ласточкиного хвоста» 11.In another embodiment, the flat 7 of the pin 1 is made with a longitudinal groove 9 having a V-shape in cross section (FIG. 3) or a dovetail shape (FIG. 2), and the insert 3 with a reciprocal V-shaped protrusion 10 or protrusion in the form of a dovetail 11.

По третьему варианту лыска 7 цапфы 1 выполнена с продольным выступом 12, имеющим в поперечном сечении V-образную форму, а вкладыш 3 с ответным V-образным пазом (фиг.4). Предусмотрен также вариант выполнения на лыске 7 продольного выступа в форме «ласточкиного хвоста» 13, а вкладыша 3 с ответным пазом (фиг.5).According to the third variant, the flat 7 of the pin 1 is made with a longitudinal protrusion 12 having a V-shape in cross section, and the insert 3 with a reciprocal V-shaped groove (Fig. 4). An embodiment is also provided for a longitudinal protrusion in the shape of a “dovetail” 13 on the flat 7 and a liner 3 with a reciprocal groove (Fig. 5).

Выполнение соединения цапфы 2 с вкладышем 3 с использованием V-образных выступов и ответных пазов обеспечивает точную центровку вкладыша 3 относительно цапфы 2, что позволяет исключить применение специальных приспособлений для центровки и соединения вкладыша 3 с цапфой 2.The connection of the trunnion 2 with the liner 3 using V-shaped protrusions and mating grooves ensures accurate alignment of the liner 3 relative to the trunnion 2, which eliminates the use of special devices for centering and connecting the liner 3 to the trunnion 2.

Применение же соединения типа «ласточкин хвост» обеспечивает не только центровку, но и фиксацию вкладыша 3 относительно цапфы 2 без применения специальных приспособлений. Все это позволяет значительно ускорить монтаж опоры в целом и повысить качество соединения цапфы 2 с вкладышем 3.The use of the dovetail connection provides not only centering, but also the fixing of the liner 3 relative to the pin 2 without the use of special devices. All this allows you to significantly speed up the installation of the support as a whole and improve the quality of the connection of the journal 2 with the liner 3.

Одновременно с этим такое выполнение опоры обеспечивает получение рабочей поверхности с заданными физико-механическими свойствами и исключает вскрытие глухих отверстий 4, а следовательно, и вероятность скола острых кромок в зоне контакта глухих отверстий 4 с наружной поверхностью втулки 3 и попадание сколотых твердых частиц в полость между шарошкой (не показана) и цапфой 1, что имеет место в прототипе. Попадание же частиц с высокой твердостью между трущимися поверхностями цапфы 1 и шарошки может привести к усиленному износу опоры и быстрому выходу ее из строя, что уменьшает работоспособность опоры и инструмента в целом. Не менее важно и то, что предложенная конструкция опоры обеспечивает большую по сравнению с прототипом контактную поверхность подшипника скольжения 2 с шарошкой, что значительно снижает удельные нагрузки на опору скольжения 2 и тем самым увеличивает срок их службы.At the same time, this embodiment of the support provides a working surface with predetermined physical and mechanical properties and eliminates the opening of blind holes 4, and hence the likelihood of cleavage of sharp edges in the contact zone of blind holes 4 with the outer surface of the sleeve 3 and the penetration of chipped solid particles into the cavity cone (not shown) and pin 1, which takes place in the prototype. The ingress of particles with high hardness between the rubbing surfaces of the trunnion 1 and the cone can lead to increased wear of the support and its quick failure, which reduces the operability of the support and the tool as a whole. No less important is the fact that the proposed design of the support provides a larger contact surface of the sliding bearing 2 with roller cone compared to the prototype, which significantly reduces the specific load on the sliding support 2 and thereby increases their service life.

Предложенная схема выполнения глухих отверстий 4 гарантирует цементацию рабочих поверхностей подшипника скольжения 2 с заданными параметрами при обеспечении контакта цапфы 1 с шарошкой гладкими поверхностями. Это исключает сколы цементованных поверхностей и попадание твердых частиц, как это имеет место в прототипе, в опору породоразрушающего инструмента, что позволит значительно повысить работоспособность как опоры, так и инструмента в целом. Использование для соединения вкладыша 3 с цапфой 1 специальных направляющих элементов (фигурных шпонок и выступов с ответными пазами на соединяемых деталях) повышает технологичность монтажа опоры и, как следствие этого, качество инструмента в целом.The proposed scheme for the execution of blind holes 4 guarantees cementation of the working surfaces of the sliding bearing 2 with the specified parameters while ensuring the contact of the pin 1 with the cone smooth surfaces. This eliminates the chips of cemented surfaces and the ingress of solid particles, as is the case in the prototype, into the support of the rock cutting tool, which will significantly improve the performance of both the support and the tool as a whole. The use of special guiding elements (shaped keys and protrusions with mating grooves on the connected parts) to connect the liner 3 with the pin 1 increases the manufacturability of mounting the support and, as a result, the quality of the tool as a whole.

Claims

1. Bearing of a rock cutting tool, including a pin with a sliding bearing with a cemented layer and blind holes on the side of the loaded part and a cone mounted on it, characterized in that at least one of the sliding bearings on the side of the loaded part is made flat and provided a liner in which the blind holes are located on its edge adjacent to the flat, while the liner is rigidly connected to the pin, and the distance between the outer surface of the liner and the bottom of the blind holes is not m Less than permissible pin wear.

2. The support of the rock cutting tool according to claim 1, characterized in that it is provided with a dowel with a cross section in the form of two “dovetail” symmetrically located relative to its longitudinal axis, and the pin and liner on the flat side are made with mates of the reciprocal shape to accommodate the dowels .

3. The support of a rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the liner on the flat side is made with a longitudinal groove having a V-shape in cross section, and the liner with a reciprocal V-shaped protrusion.

4. The support of a rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the liner on the flat side is made with a longitudinal protrusion having a V-shape in cross section, and the liner with a reciprocal V-shaped groove.

5. The support of the rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the liner on the flat side is made with a longitudinal groove having a “dovetail” cross-section and the liner with a protrusion of the reciprocal shape.

6. The support of the rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the liner on the flat side is made with a longitudinal protrusion having the shape of a “dovetail” in cross section and the liner with a groove of the reciprocal shape.