RU2347883C2 - Demountable cone bit with supports of roller cutters on roller bearings with separators and with shortened demountable sections of legs by gribennikov-malinkin - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to drilling equipment, particularly to designs of cone bits. A drilling cone bit consists of separate independent parts, of a nipple, of a frame with the central aperture for nipple connecting, of a fixing mechanism in form of a sectional flange with fastening bolts set off the boundaries of a journal working zone; the said flange is located in a cavity of each roller cutter of a thrust bearing. Also the frame of the cone bit is made in form of a disk with three shortened legs; the disk has three apertures of a complex shape for assembly of shortened leg sections. The exterior surface of the frame has three recesses for bottom hole cleaning of a well. The legs consist of a journal with seats for bearings with the fixing mechanism, with a leg tail and a threaded pin for nut screwing. In the cavity of a roller cutter two serial ball radial rolling bearings with separators are installed on the journal according to the ratio:

where d is diameter of journal cross section at the point of the rolling bearing seat, mm, D is diameter of the cone bit, mm; the thrust bearing is made in form of a serial radial-stop bearing. Dimensions of the roller cutter facilitate uniform strength of its walls in all cross sections.

EFFECT: reduced costs and simplification of the process of cone bit fabrication, also increased service life of supports of roller cutters and increased efficiency of drilling due to increased rate and length of cone bit driving.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям породоразрушающего инструмента - шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин различного назначения в горнорудной, нефтяной, геологоразведочной и других отраслях промышленности.The invention relates to drilling equipment, and in particular to structures of a rock cutting tool - a cone bit designed for drilling wells for various purposes in mining, oil, exploration and other industries.

Известны конструкции буровых шарошечных долот, где опоры шарошек различаются между собой по видам (В, Н, НУ,АУ) согласно ГОСТу 20692-2003. Современные долота (ГОСТ 20692-2003) состоят из секций лап, на которых смонтированы шарошки (условно узлы в сборе). Секции лап в собранном виде образуют жесткую неразборную конструкцию. Верхняя часть секций лап в собранном виде затем растачиваются с последующей нарезкой на ней конусной замковой резьбы, образуя ниппель. Во всех известных девяти схемах исполнения опоры шарошек имеется шарикоподшипник и определенное количество беговых дорожек для монтажа в них тел качения. Тела качения свободно размещаются на беговых дорожках, образованных шарошкой и цапфой без какой-либо их фиксации, то есть без сепараторов. В технике такие конструкции называются насыпными подшипниками.Known designs of cone bits, where the cones differ by type (B, H, NU, AU) according to GOST 20692-2003. Modern chisels (GOST 20692-2003) consist of sections of paws on which cones are mounted (conditionally the assemblies are assembled). Assembled sections of paws form a rigid, non-separable structure. The upper part of the sections of the legs in assembled form is then bored, followed by cutting on it a taper lock thread, forming a nipple. In all nine known schemes for the execution of the cone bearings, there is a ball bearing and a certain number of treadmills for mounting rolling elements in them. Rolling bodies are freely placed on treadmills formed by a roller cone and a trunnion without any fixation, that is, without separators. In technology, such designs are called bulk bearings.

В зависимости от конструкции корпуса шарошечные долота независимо от назначения разделяются на две группы А и Б.Depending on the design of the body, cone bits, regardless of purpose, are divided into two groups A and B.

Группа А (секционные долота) - корпус сваривается из отдельных секций (лап), на которых монтируются шарошки.Group A (sectional chisels) - the body is welded from separate sections (paws) on which the cones are mounted.

Группа Б (цельнокорпусные) - корпус цельный, литой, к которому привариваются лапы с укрепленными на них шарошками.Group B (solid-body) - one-piece, molded body, to which legs are welded with cones mounted on them.

К группе А относятся долота диаметром от 76 до 393,7 мм, а к группе Б - от 349,2 по 508 мм.Group A includes bits with a diameter from 76 to 393.7 mm, and group B - from 349.2 to 508 mm.

Общим для обеих групп является наличие секций лап, на которые монтируются шарошки с замковым шарикоподшипником.Common for both groups is the presence of sections of the legs on which the cones with lock ball bearing are mounted.

Недостатками таких конструкций ГОСТ 20692-2003 являются энергоемкая выштамповка секций лап, недостаточно надежной сварное соединение, особенно в секционных долотах, неразборность и ремонтонепригодность конструкций, ненадежная и недолговечная опора шарошек с замковым шарикоподшипником, специфичность поизводства, трудоемкая утилизация, невозможная поузловая и подетальная кооперация и отсутствие конструктивного и технологического ресурса для дальнейшего совершенствования долот. Подтверждением перечисленных недостатков является ГОСТ 20692-2003, где шарошечные долота не наделены потребительскими свойствами, не имеют гарантированного ресурса работоспособности и не позволяют потребителю провести сравнительный анализ с зарубежными аналогами и долотами отечественного производства, то есть правильно подобрать долото для производства работ.The disadvantages of such structures are GOST 20692-2003 energy-intensive stamping of the sections of the legs, insufficiently reliable welded connection, especially in section bits, inseparability and maintainability of structures, unreliable and short-lived support of roller cones with lock ball bearing, production specificity, labor-intensive disposal, impossible knot and no-part operation constructive and technological resource for further improvement of bits. A confirmation of these shortcomings is GOST 20692-2003, where roller cones are not endowed with consumer properties, do not have a guaranteed working resource and do not allow the consumer to conduct a comparative analysis with foreign analogues and domestic production bits, that is, choose the right bit for work.

Близким по техническому решению (по опоре) является конструкция, заявленная в патенте №2067150 6, Е21В 10/22 от 27.09.96 года, где путем перестановок насыпных подшипников качения получен прирост долговечности и обеспечен принцип их равной долговечности.A similar technical solution (in terms of support) is the design stated in Patent No. 2067150 6, ЕВВ 10/22 dated 09/27/96, where by increasing permutations of bulk rolling bearings, an increase in durability is obtained and the principle of their equal durability is ensured.

Недостатком таких конструкций является ограниченная область их применения (лишь для опор ролик - шарик - ролик); неразборность и ремонтонепригодность и множество других. Перемещение в нижнее положение замкового шарикоподшипника в указанном патенте №2067150 снижается его ресурс работоспособности за счет уменьшения размеров его тел качения и не исключает всех недостатков, присущих насыпным подшипникам качения (набегание, завихрение, заклинивание тел качения). В опорах ролик - шарик - ролик перераспределение нагрузки и увеличения долговечности будет зависеть не от большого подшипника, а от быстрого изнашивания замкового шарикоподшипника, который увеличивает вероятность выпадения шарошки в забой. Не менее проблематичен и способ монтажа тел качения в нижнее положение, где потребуется повреждение вооружения (фрезерного или с твердосплавными зубками), связанное с дополнительными трудозатратами.The disadvantage of such structures is the limited scope of their application (only for roller-ball-roller-roller supports); indiscriminability and maintainability and many others. Moving to the lower position of the lock ball bearing in the aforementioned patent No. 2067150 decreases its service life by reducing the size of its rolling bodies and does not exclude all the disadvantages inherent in bulk rolling bearings (running, swirling, jamming of rolling bodies). In the roller-ball-roller bearings, the redistribution of the load and the increase in durability will depend not on a large bearing, but on the rapid wear of the lock ball bearing, which increases the likelihood of the cone falling into the face. No less problematic is the method of mounting the rolling elements in the lower position, where damage to weapons (milling or with carbide teeth) will be required, associated with additional labor costs.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является разборное долото патент №2215112 от 21.08.2001 года - прототип, состоящее из отдельных самостоятельных частей (ниппеля, корпуса и узла в сборе).The closest in technical essence to the claimed technical solution is a collapsible bit patent No. 2215112 from 08.21.2001 - a prototype consisting of separate independent parts (nipple, housing and assembly assembly).

Недостаток данной конструкции состоит в недоиспользованных технических возможностях опоры шарошек, конструкции корпуса долота и технологии сборки долота.The disadvantage of this design is the underutilized technical capabilities of the cone support, the design of the body of the bit and the assembly technology of the bit.

Техническая задача заявленного изобретения заключается в создании разборной конструкции из составных частей: ниппеля, корпуса и узла в сборе с опорой шарошек, отличной от базовой модели долота серийного производства с прогнозируемым ресурсом работоспособности, ремонтопригодной, менее трудоемкой в изготовлении, не требующей громоздкого прессово-штамповочного оборудования, менее энергозатратной, более надежной и долговечной и множеством других положительных факторов, а главное снижение затрат на спуско-подъемные операции при бурении глубоких скважин, за счет гарантированного ресурса работоспособности опоры шарошек. Разборная конструкция шарошечного долота с сепараторными подшипниками качения, кроме решения заявленных задач, позволит упростить парк станочного оборудования, унифицировать детали и узлы долота, а также сам процесс изготовления, решив тем самым один из важных вопросов сделать долото конструктивным, технологичным и перспективным для дальнейшего совершенствования.The technical task of the claimed invention is to create a collapsible structure of components: a nipple, a housing and an assembly assembled with a roller cone, different from the basic model of a serial production bit with a predictable service life, maintainable, less time-consuming to manufacture, not requiring cumbersome pressing and stamping equipment , less energy-consuming, more reliable and durable, and many other positive factors, and most importantly, lower costs for tripping during drilling deep wells, due to the guaranteed resource of operability of the cone support. The collapsible design of the cone bit with cage bearings, in addition to solving the stated tasks, will simplify the machine tool park, unify the parts and components of the bit, as well as the manufacturing process itself, thereby solving one of the important issues to make the bit constructive, technologically advanced and promising for further improvement.

Разборная конструкция шарошечного долота с опорой шарошек, выполненная по соотношению d/D=0.20 (d - диаметр сечения цапфы наиболее нагруженного подшипника, мм; D - диаметр долота, мм) позволяет варьировать в широком диапазоне размеры тел качения, их геометрические формы, а также схемы размещения различных подшипников (стандартных, насыпных, скольжения и их комбинациями).A collapsible design of a cone bit with a cone support made according to the ratio d / D = 0.20 (d is the cross-sectional diameter of the axle of the most loaded bearing, mm; D is the diameter of the chisel, mm) allows you to vary in a wide range the dimensions of the rolling elements, their geometric shapes, and layouts of various bearings (standard, bulk, sliding and their combinations).

Поставленная задача достигается тем, что замковый шарикоподшипник упразднен и вместо него применен механизм фиксации, который вынесен за пределы рабочей зоны цапфы;The task is achieved by the fact that the lock ball bearing is abolished and a locking mechanism is applied instead, which is removed from the working area of the journal;

- внутренний объем полости шарошек изменен с целью рационального уменьшения диаметра сечения цапфы под наиболее нагруженным подшипником на величину d/D=0.20;- the internal volume of the cone cavity is changed in order to rationally reduce the diameter of the axle section under the most loaded bearing by d / D = 0.20;

- конструкция корпуса в виде диска имеет три сквозных отверстия и три выборки для очистки забоя, а также имеется отверстие для соединения с ниппелем;- the design of the case in the form of a disk has three through holes and three samples for cleaning the bottom, and there is also a hole for connection with a nipple;

- конструкция секции лапы значительно отличается от конструкции серийных лап своей разборностью.- the construction of the paw section is significantly different from the design of serial paws in its folding.

По форме и размерам вместо круглых пазов для монтажа узла в сборе (секций лап) предусмотрены пазы сложной формы.In shape and size, instead of round grooves for mounting the assembly assembly (foot sections), grooves of complex shape are provided.

В отличие от конструкции патент №2215112 от 21.08.2001 - прототип секция лапы предлагаемого долота представляет собой укороченную секцию лапы, где цапфа имеет форму ступенчатых цилиндрических поверхностей, а сама лапа, выполненная в виде кронштейна с двумя обработанными концами, имеет сечение в форме «ласточкин хвост», выполненная под углом 50 градусов к оси долота с учетом изгибающего момента и момента сопротивления из расчета на допустимую осевую нагрузку на долото диаметром 215,9 мм 100 Н на одну секцию лапы. Для фиксации секции лапы относительно корпуса долота предусмотрен цилиндрический резьбовой штырь для крепления гайкой.Unlike the design, patent No. 2215112 of 08.21.2001 - the prototype paw section of the proposed bit is a shortened paw section, where the pin has the form of stepped cylindrical surfaces, and the paw itself, made in the form of an arm with two machined ends, has a section in the shape of “dovetin tail ”, made at an angle of 50 degrees to the axis of the bit, taking into account the bending moment and the moment of resistance, based on the permissible axial load on the bit with a diameter of 215.9 mm 100 N per section of the leg. To fix the paw section relative to the bit body, a cylindrical threaded pin is provided for fastening with a nut.

В измененный объем опоры шарошек вместо трех подшипников (насыпных) по схеме ролик - шарик - ролик монтируются только два радиальных шарикоподшипника серийного производства (с сепараторами). Замковый шарикоподшипник упразднен, а фиксация шарошки относительно цапфы осуществляется механизмом фиксации, который вынесен за пределы рабочей зоны цапфы в виде разрезного фланца с крепежными винтами.Instead of three bearings (bulk) according to the roller-ball-roller scheme, only two radial ball-bearings of mass production (with cages) are mounted in the changed volume of the roller cone support; The lock ball bearing is abolished, and the cone is fixed relative to the pin by the locking mechanism, which is removed outside the working area of the pin in the form of a split flange with fixing screws.

Вместо пяты, выполняющей роль упорного подшипника скольжения, установлен радиально-упорный подшипник качения серийного производства. Размеры тел качения в двух серийных подшипниках качения с сепараторами соответствуют размерам тел качения в опорах долот (одного типоразмера). Это гарантирует равнопрочность и ресурс работоспособности в сравниваемых конструкциях. За счет сепараторов в серийных подшипниках качения нагрузка на тела качения перераспределится на дуге 180° диаметра цапфы, что позволит большему количеству тел качения одновременно принять на себя радиальную составляющую от осевой нагрузки.Instead of the heel, which plays the role of a thrust sliding bearing, an angular contact rolling bearing of mass production is installed. The dimensions of the rolling bodies in two serial rolling bearings with cages correspond to the dimensions of the rolling bodies in the supports of the bits (one standard size). This ensures equal strength and serviceability in the compared designs. Due to the separators in serial rolling bearings, the load on the rolling elements is redistributed on the 180 ° arc of the axle diameter, which will allow more rolling elements to simultaneously take on the radial component of the axial load.

В результате в трехшарошечном долоте одновременно будут задействованы все три опоры долота с большим количеством тел качения. Разборное долото с опорами шарошек на серийных подшипниках качения с фрезерованными или твердосплавными зубьями делает долото многофункциональным, а детали и его узлы многооборотными.As a result, in the three-cone bit, all three bit supports with a large number of rolling bodies will be simultaneously involved. A collapsible bit with cone bearings on serial rolling bearings with milled or carbide teeth makes the bit multifunctional, and parts and its assemblies are multi-turn.

Сравнение заявленного решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:Comparison of the claimed solution with the prototype shows that it differs in the following features:

- корпус уменьшен по высоте и в нем предусмотрены скосы для очистки забоя скважины; укорочены секции лап; П-образные пазы заменены на пазы типа «ласточкин хвост»; технология сборки узла в сборе и долота также изменены;- the casing is reduced in height and bevels are provided for cleaning the bottom of the well; sections of paws are shortened; U-shaped grooves replaced by dovetail grooves; assembly technology assembly and bits are also changed;

- опора шарошек может иметь два радиальных шариковых подшипника качения с сепараторами серийного производства и множество других комбинаций схем монтажа подшипников различных типов;- the roller cone support can have two radial ball bearings with cages of mass production and many other combinations of mounting schemes for bearings of various types;

- вместо упорного подшипника скольжения (пяты) установлен радиально-упорный подшипник серийного производства;- instead of the thrust sliding bearing (heel), an angular contact bearing of mass production is installed;

- диаметр сечения цапфы в месте установки подшипников, воспринимающих наибольшее усилие, уменьшен на величину d=0,20D (где d - диаметр сечения цапфы, в месте посадки подшипника качения, мм; D -диаметр долота, мм);- the diameter of the cross-section of the trunnion at the installation site of the bearings, which absorb the greatest effort, is reduced by d = 0.20D (where d is the diameter of the cross-section of the trunnion at the location of the rolling bearing, mm; D is the bit diameter, mm);

- беговые дорожки под замковый шарикоподшипник в шарошках и цапфе упразднены;- treadmills under the castle ball bearing in cones and trunnion are abolished;

- механизм фиксации шарошки относительно цапфы вынесен за пределы рабочей зоны цапфы;- the mechanism for fixing the cone relative to the axle is moved outside the working area of the axle;

- совмещены большой и малый шарикоподшипники;- combined large and small ball bearings;

- толщина стенок шарошек выполнена с учетом обеспечения равнопрочности во всех сечениях;- the wall thickness of the cones is made taking into account ensuring equal strength in all sections;

- секция лапы в опасном сечении на срез и изгиб имеет площадь сечения с учетом действия осевого усилия и реакции забоя;- the section of the paw in a dangerous cross section for shear and bending has a cross-sectional area taking into account the action of axial force and the reaction of the face;

- соединение секции лапы с корпусом осуществлено с помощью сечения типа «ласточкин хвост», резьбового соединения и сварки;- connection of the paw section to the body is carried out using a dovetail section, threaded connection and welding;

- радиальная составляющая от осевой нагрузки перераспределена равномерно по дуге обхвата 180° на тела качения подшипников;- the radial component from the axial load is redistributed evenly along the 180 ° arc of arc on the rolling elements of the bearings;

- каталожный ресурс работоспособности в примененных серийных подшипниках качения с сепаратором позволяет установить фактическую стойкость опор (и долот в целом) с учетом специфики эксплуатации (частоты вращения, скорости бурения, физико-механических свойств породы и т.д.).- the catalog service life in the applied serial rolling bearings with a cage allows you to establish the actual resistance of the bearings (and bits in general), taking into account the specifics of operation (rotation speed, drilling speed, physical and mechanical properties of the rock, etc.).

Поэтому заявленное изобретение соответствует критерию «Новизна».Therefore, the claimed invention meets the criterion of "Novelty."

Предлагаемое техническое решение дает возможность:The proposed technical solution makes it possible:

- снизить затраты на изготовление;- reduce manufacturing costs;

- упростить технологию контроля и снизить затраты на технологическую оснастку;- simplify the control technology and reduce the cost of technological equipment;

- сократить парк измерительных средств за счет сокращения измерительных баз;- reduce the fleet of measuring instruments by reducing the measuring bases;

- сократить расходы на упрочнение беговых дорожек (упразднить химико-термическую обработку беговых дорожек и цапф);- reduce the cost of hardening the treadmills (to eliminate the chemical-thermal treatment of treadmills and pins);

- обеспечить радиальную и осевую соосность цапфы относительно шарошки;- provide radial and axial alignment of the axle relative to the cone;

- применять серийные стандартные металлообрабатывающие станки;- apply serial standard metalworking machines;

- уменьшить или сократить состав оборудования за счет отказа от энергозатратного прессово-штамповочного оборудования;- reduce or reduce the composition of the equipment due to the rejection of energy-intensive pressing and stamping equipment;

- сократить энергозатраты на выштамповку массивных секций лап;- reduce energy costs for stamping massive sections of paws;

- выполнять сборку и разборку на заводах - производителях и на местах эксплуатации;- carry out assembly and disassembly in factories - manufacturers and in the field of operation;

- применять межпроизводственную кооперацию при изготовлении деталей и узлов;- apply inter-production cooperation in the manufacture of parts and assemblies;

- составить или разработать типоразмерный ряд деталей и узлов на основе 100% унификации и стандартизации всех деталей и узлов шарошечных долот;- compile or develop a standard-sized series of parts and assemblies based on 100% unification and standardization of all parts and assemblies of roller cone bits;

- разработать методику расчета и выбора основных конструктивных параметров долота с учетом их равнопрочности, равнодолговечности и системной надежности (привод - буровой став - породоразрушающий инструмент);- to develop a methodology for calculating and selecting the basic structural parameters of the bit, taking into account their equal strength, equal durability and system reliability (drive - drill rig - rock cutting tool);

- перераспределить радиальную составляющую от осевой нагрузки равномерно на дугу оборота 180°, снизив тем самым контактные напряжения на тела качения;- redistribute the radial component from the axial load evenly on the arc of a rotation of 180 °, thereby reducing contact stress on the rolling elements;

- снизить вероятность заклинивания шарошки относительно цапфы;- reduce the likelihood of jamming cones relative to the trunnion;

- увеличить ресурс работоспособности опоры шарошек;- increase the service life of the support cones;

- увеличить скорость проходки;- increase the speed of penetration;

- снизить вероятность выпадения шарошек в забой скважины;- reduce the likelihood of loss of cones in the bottom of the well;

- обеспечить лучшую очистку забоя скважины за счет правильной геометрической формы нового долота;- to provide better cleaning of the bottom of the well due to the correct geometric shape of the new bit;

- обеспечить ремонтопригодность долот;- ensure maintainability of bits;

- снизить затраты на спуско-подъемные операции;- reduce the cost of tripping;

- исследовать процессы изнашивания и отказов и классифицировать их в соответствии с принятой производителями долот всего мира системой классификации, особенно по отказам опоры шарошек;- to study the processes of wear and failure and to classify them in accordance with the classification system adopted by manufacturers of chisels around the world, especially according to failures of the cone support;

- разделить долота на простые и сложные, низкооборотные и высокооборотные, глубинные и поверхностные, дорогие и дешевые, применяемые для бурения на карьерах или глубоких газовых и нефтяных скважин;- to divide bits into simple and complex, low and high speed, deep and surface, expensive and cheap, used for drilling in quarries or deep gas and oil wells;

- разгрузить долотные заводы за счет организации выпуска новых более простых шарошечных долот для горнодобывающей, строительной, геологоразведочной и других отраслей, не требующих сложных долот с герметизированными опорами и масленками;- unload bit factories by organizing the production of new simpler cone bits for mining, construction, exploration and other industries that do not require complex bits with pressurized supports and oilers;

- решить проблему разборности долот, многофункциональности и многоразового их использования;- solve the problem of folding bits, multifunctionality and their reusable use;

- снизить общие затраты на буровые работы.- reduce the total cost of drilling work.

При проведении анализа патентной и научно-технической литературы не была выявлена совокупность признаков, которые определили новые свойства заявленного долота. Поэтому она соответствует критерию «Изобретательский уровень». Заявленное изобретение может быть воплощено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «Промышленная применяемость».When analyzing the patent and scientific and technical literature, the totality of the features that determined the new properties of the claimed bit was not revealed. Therefore, it meets the criterion of "Inventive step". The claimed invention can be implemented on standard equipment using known technological processes, therefore, it meets the criterion of "Industrial applicability".

На фиг.1 показано буровое шарошечное долото в сборе, которое состоит из 1 - ниппеля, 2 - корпуса, 3 - узла в сборе (секция лапы). На фиг.2 показан ниппель.Figure 1 shows the cone drill bit assembly, which consists of 1 - nipple, 2 - body, 3 - assembly assembly (paw section). 2 shows a nipple.

На фиг.3 и фиг.4 показан корпус.Figure 3 and figure 4 shows the housing.

На фигуре 5 показан узел в сборе, который содержит цапфу 5, фланец разъемный 6, винты крепежные 7, уплотнение (антифрикционная прокладка) 8, шарошку 9, радиальный подшипник (большой) 10, радиальный подшипник (малый) 11, радиально-упорный подшипник) 12.The figure 5 shows the assembly, which contains a trunnion 5, a detachable flange 6, fixing screws 7, a seal (antifriction gasket) 8, a roller cone 9, a radial bearing (large) 10, a radial bearing (small) 11, an angular contact bearing) 12.

На фиг.6 - вид А на фиг.5.In Fig.6 is a view A in Fig.5.

Сборка долота начинается со сборки узла в сборе. Сначала устанавливается уплотнение 8, затем большой подшипник 10, за ним малый 11 и радиально-упорный 12. Затем монтируется шарошка 9, фланец 6 и производится крепление фланца 6 винтами 7. После проверки правильности сборки (путем прокручивания усилием руки в любую сторону по оси вращения) винты фиксируются сваркой. После чего фланец 6 приваривается к шарошке 9.The assembly of the bit begins with the assembly of the assembly. First, a seal 8 is installed, then a large bearing 10, followed by a small 11 and an angular contact 12. Then a roller cone 9, a flange 6 is mounted and the flange 6 is fastened with screws 7. After checking the correct assembly (by scrolling by hand in any direction along the rotation axis ) the screws are fixed by welding. Then the flange 6 is welded to the cone 9.

Собранный узел в сборе вставляется в пазы корпуса и закрепляется гайкой 4 (фиг.1). При необходимости шплинтуется и сваривается.The assembled assembly is inserted into the grooves of the housing and secured with a nut 4 (Fig. 1). If necessary, splinted and welded.

Затем в корпус фиг.3 ввинчивается ниппель и приваривается по контуру к корпусу долота.Then, a nipple is screwed into the body of FIG. 3 and is welded along the contour to the body of the bit.

При работе долота осевая нагрузка перераспределяется (теоретически) на три равные части. На долю одной секции лапы или опоры шарошек приходится 0,25 Р от осевой допустимой нагрузки, ранее регламентированной ГОСТ 20692-75 (таблица 6).When the bit is operating, the axial load is redistributed (theoretically) into three equal parts. One section of the leg leg or cone support accounts for 0.25 P of the axial permissible load previously regulated by GOST 20692-75 (table 6).

Для трехшарошечных долот диаметром 215,9 мм с опорами вида В, Н, НУ, АУ нагрузка составляла соответственно 250, 380, 310, 280 кН. Следовательно на долю одной секции будет приходиться нагрузка в три раза меньше указанной для каждой опоры.For three-cone bits with a diameter of 215.9 mm with supports of the type B, N, NU, AU, the load was 250, 380, 310, 280 kN, respectively. Therefore, one section will have a load three times less than that indicated for each support.

Исходя из указанных допустимых нагрузок были подобраны сечения секций лап по моменту сопротивления. В результате в предлагаемой конструкции долота за счет уменьшения сечения цапфы большого подшипника (наиболее нагруженного) удалось перераспределить осевую нагрузку на два подшипника путем спаривания двух подшипников качения серийного производства с сепараторами или за счет увеличения размеров тел качения в насыпных подшипниках без сепаратора при упразднении замкового шарикодшипника.Based on the indicated allowable loads, sections of the paw sections were selected at the moment of resistance. As a result, in the proposed design of the bit, by reducing the trunnion section of the large bearing (the heaviest), it was possible to redistribute the axial load on two bearings by pairing two rolling bearings of serial production with cages or by increasing the size of the rolling bodies in bulk bearings without a cage when the ball bearing is removed.

За счет изменения геометрической формы и целостности секции лап, а также увеличения сечения лапы в целом и посадочных мест в частности нагрузка от реакции забоя перераспределяется по контуру поверхности корпуса долота, образуя с ниппелем и узлом в сборе жесткую систему, предотвращая колебания цапфы (секции лап) относительно оси долота.Due to changes in the geometric shape and integrity of the paw section, as well as an increase in the cross section of the paw as a whole and the seats in particular, the load from the face reaction is redistributed along the contour of the surface of the bit body, forming a rigid system with the nipple and assembly in place, preventing the oscillation of the journal (paw section) relative to the axis of the bit.

Примененные в заявленном патенте серийные подшипники качения с сепараторами гарантируют зону нагружения 180° и равномерное распределение радиальной нагрузки на тела качения, расположенные в этой зоне. При этом последовательно установленные большой и малый подшипники позволяют обеспечить принцип их равной долговечности и перераспределить реакцию забоя, которая в большей степени приходится на большой подшипник (при исполнении опоры по схеме ролик - шарик - ролик).The serial rolling bearings with cages used in the claimed patent guarantee a 180 ° loading zone and uniform distribution of the radial load on the rolling bodies located in this zone. In this case, the large and small bearings installed in series make it possible to ensure the principle of their equal durability and redistribute the bottom-hole reaction, which falls to a large extent on the large bearing (when the bearings are designed according to the roller-ball-roller scheme).

Современные долота (секционные), имеющие фиксацию сваркой верхней ниппельной части долота, имеют удлиненные секции лап, которые в процессе бурения под нагрузкой вибрируют (недостаточная жесткость) и колеблются относительно оси долота с определенной амплитудой.Modern chisels (sectional), which are fixed by welding the upper nipple part of the chisel, have elongated sections of the legs, which during drilling under load vibrate (insufficient rigidity) and oscillate about the axis of the chisel with a certain amplitude.

Согласно классификации причин отказов, принятой международной ассоциацией производителей долот, вид поломки в виде раскола по сварным швам имеет свой шифр в указанном классификаторе.According to the classification of causes of failures, adopted by the international association of manufacturers of chisels, the type of breakage in the form of a split along the welds has its own code in the specified classifier.

В предлагаемой конструкции цельнолитое или цельноштампованное кольцо (корпус) делит долото на две равные части, что исключает поломку секции лап, а массивное их сечение и глухое защемление секции лап относительно корпуса исключает вибрацию в поперечном сечении скважины.In the proposed design, a solid-cast or solid-stamped ring (body) divides the bit into two equal parts, which eliminates breakage of the paw section, and their massive cross-section and blind jamming of the paw section relative to the body excludes vibration in the cross section of the well.

Предлагаемая схема долота и его сборки, и конструктивное исполнение отдельных его узлов открывает неограниченные возможности для совершенствования конструкции шарошечного долота.The proposed scheme of the bit and its assembly, and the design of its individual nodes opens up unlimited possibilities for improving the design of the cone bit.

Claims (4)

1. Буровое шарошечное долото, состоящее из отдельных самостоятельных частей: ниппеля с конусной замковой и метрической резьбой и лысками под гаечный ключ для сборки и разборки, корпуса с центральным отверстием для присоединения ниппеля, лап, механизма фиксации в виде разъемного фланца с крепежными винтами, вынесенными за пределы рабочей зоны цапфы, размещенных и закрепленных на торцевой плоскости фланца шарошек и антифрикционных прокладок, размещенного в полости каждой шарошки упорного подшипника, отличающееся тем, что корпус долота выполнен в виде диска с тремя укороченными лапами, которые являются узлами в сборе и включают в себя цапфу с посадочными местами под подшипники с механизмом фиксации, хвостовик лапы и резьбовой штырь для навинчивания гайки, при этом в полости шарошки на цапфе установлены два серийных шариковых радиальных подшипника качения с сепараторами, а посадочные размеры под упомянутые подшипники на цапфе выполнены согласно соотношению

,
где d - диаметр сечения цапфы в месте посадки подшипника качения, мм;
D - диаметр долота, мм,
при этом упорный подшипник выполнен в виде серийного радиально-упорного подшипника, а размеры полости шарошки обеспечивают равнопрочность ее стенок во всех сечениях.1. A cone drill bit, consisting of separate independent parts: a nipple with a taper lock and metric thread and flats for a wrench for assembly and disassembly, a housing with a central hole for attaching a nipple, paws, a locking mechanism in the form of a detachable flange with fixing screws, remote outside the working area of the trunnion placed and fixed on the end plane of the cone flange and antifriction gaskets located in the cavity of each cone of the thrust bearing, characterized in that the casing of the bit It is made in the form of a disk with three shortened paws, which are assemblies and include a pin with seats for bearings with a locking mechanism, a paw shank and a threaded pin for screwing the nut, while two serial ball radial bearings are installed in the cone cavity on the pin rolling with cages, and the landing dimensions for the bearings on the axle are made according to the ratio

,
where d is the diameter of the cross section of the trunnion at the location of the rolling bearing, mm;
D is the diameter of the bit, mm
wherein the thrust bearing is made in the form of a serial angular contact bearing, and the dimensions of the cone cavity provide equal strength of its walls in all sections. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что укороченные лапы выполнены в виде кронштейнов с двумя обработанными концами.2. The bit according to claim 1, characterized in that the shortened legs are made in the form of brackets with two machined ends. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность корпуса имеет три выборки для очистки забоя скважины.3. The bit according to claim 1, characterized in that the outer surface of the body has three samples for cleaning the bottom of the well. 4. Долото по п.1, отличающееся тем, что корпус долота имеет три отверстия сложной формы для сборки укороченных секций лап с наклонной осью цапф для формирования угла наклона оси цапфы относительно оси долота. 4. The bit according to claim 1, characterized in that the body of the bit has three holes of complex shape for assembling truncated sections of the legs with an inclined axis of the pins to form an angle of inclination of the axis of the pin with respect to the axis of the bit.

Images