RU2359102C2 - Support of bore cone bit - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to rock destruction tool, particularly to bore cone bits. The support of the bore cone bit consists of a roller cutter with internal working surface, of a journal with bearing tracks and of rolling bodies in form of rollers placed in bearing tracks. Also the rollers are of various diametres and are arranged so, that three rollers are situated in a loaded sector of the bit under a cutting tooth; two of three rollers are side ones and have a diametre exceeding the diametre of the middle roller.

EFFECT: increased operational life of support and cone bit in whole.

3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым долотам, в конструкции которых имеются роликовые опоры, и применяется в горном деле.The present invention relates to drilling equipment, namely to drill bits in the construction of which there are roller bearings, and is used in mining.

Известна опора бурового шарошечного долота, содержащая периферийный и концевой роликовые подшипники, замковый шариковый подшипник, в которой с целью повышения ее износостойкости, размеры подшипников выполнены в соответствии с соотношениями [1]:Known support roller cone bit containing peripheral and end roller bearings, a ball lock, in which, in order to increase its wear resistance, the dimensions of the bearings are made in accordance with the ratios [1]:

где d_k - диаметр ролика концевого подшипника, мм; d_ш - диаметр шарика концевого подшипника, мм; d_п - диаметр ролика периферийного подшипника, мм; D_k - наружный диаметр концевого подшипника, мм; D_ш - наружный диаметр замкового подшипника, мм; D_п - наружный диаметр периферийного подшипника, мм.where d _k is the diameter of the roller end bearing, mm; d _w - ball diameter of the end bearing, mm; d _p - the diameter of the roller of the peripheral bearing, mm; D _k is the outer diameter of the end bearing, mm; D _W - outer diameter of the lock bearing, mm; D _p - the outer diameter of the peripheral bearing, mm

Недостатком указанной опоры является ее низкая долговечность из-за неравномерного распределения эксплуатационной нагрузки на ролики, а также в такой опоре не исключается защемление тел качения, что приводит к интенсивному износу опорных элементов в области нагружения.The disadvantage of this support is its low durability due to the uneven distribution of the operating load on the rollers, and also in such a support, jamming of the rolling bodies is not excluded, which leads to intensive wear of the support elements in the loading area.

Также известна опора бурового шарошечного долота, включающая шарошку с внутренней рабочей поверхностью, тела качения и цапфу с беговой дорожкой овального профиля, в которой с целью повышения работоспособности опоры расстояние между рабочей поверхностью шарошки и беговой дорожкой цапфы с нагруженной стороны определяется соотношением [2]:Also known is the support of a rolling cone bit, including a roller cone with an internal working surface, rolling elements and a trunnion with an oval profile treadmill, in which, in order to increase the working capacity of the support, the distance between the roller cone working surface and the trunnion running track from the loaded side is determined by the ratio [2]:

h≥d+δcosα,h≥d + δcosα,

где h - расстояние между рабочей поверхностью шарошки и беговой дорожкой цапфы с нагруженной стороны, мм; d - диаметр тел качения, мм; δ - величина упругой деформации тел качения, мм; α - центральный угол между осью нагружения и осью наиболее нагруженного тела качения, град.where h is the distance between the working surface of the cone and the treadmill of the trunnion with the loaded side, mm; d is the diameter of the rolling bodies, mm; δ is the magnitude of the elastic deformation of the rolling elements, mm; α is the central angle between the axis of loading and the axis of the most loaded rolling elements, deg.

Недостатком известной опоры является сложность ее изготовления и контроля.A disadvantage of the known support is the complexity of its manufacture and control.

Целью настоящего изобретения является увеличение долговечности опоры.The aim of the present invention is to increase the durability of the support.

Поставленная цель достигается путем введения в конструкцию опоры шарошечного долота роликов различного диаметра, чередованных в пределах допуска (0,013 мм).This goal is achieved by introducing rollers of various diameters alternated within the tolerance (0.013 mm) into the construction of the roller cone bit support.

На фиг.1 схематически показана описываемая опора.Figure 1 schematically shows the described support.

Между рабочей поверхностью шарошки 1 и поверхностью беговой дорожки цапфы лапы 2 размещены ролики 3, отличающиеся по диаметру. На роликовую дорожку действует эксплуатационная нагрузка Р_эк. Ролики 3а и 3в имеют максимальный диаметр, а ролик 3б - минимальный. В связи с вышесказанным ролик 3б перемещается без нагружения под действием соседних роликов.Between the working surface of the roller cutter 1 and the surface of the treadmill of the spigot paws 2 placed rollers 3, differing in diameter. On the roller track operating load R _ek . Rollers 3a and 3b have a maximum diameter, and roller 3b has a minimum diameter. In connection with the foregoing, the roller 3b moves without loading under the action of adjacent rollers.

Ролики на беговых дорожках располагаются исходя из следующих соотношений:Rollers on treadmills are based on the following ratios:

где Сγ - коэффициент, устанавливающий связь внешних циклов нагрузок с расположением роликов на беговой дорожке; D(ξ) - дисперсия случайной величины совпадений зубков с роликами минимального диаметра; E(ξ) - математическое ожидание случайной величины совпадений зубков с роликами минимального диаметра; ξ_ср - среднеарифметическое значение случайной величины; ξ - случайная величина совпадений; к - частота интервала; М_θ - количество угловых разворотов шарошки.where Cγ is the coefficient that establishes the relationship of the external load cycles with the location of the rollers on the treadmill; D (ξ) is the variance of a random value of coincidence of the teeth with rollers of the minimum diameter E (ξ) is the mathematical expectation of a random value of coincidence of teeth with rollers of minimum diameter; ξ _cf - the arithmetic mean value of a random variable; ξ is a random value of coincidences; k is the frequency of the interval; M _θ - the number of angular turns of the cone.

В связи с тем, что буровые долота, включающие в своих конструкциях данные опоры, продуваются воздухом, то проскальзывание роликов на беговых дорожках во время эксплуатации будет минимальным, поэтому ролики минимального диаметра 3б, попадая в нагруженный сектор, всегда будут находиться под режущим зубком, от которого передается эксплуатационная нагрузка.Due to the fact that the drill bits, including these supports in their designs, are blown with air, then the slippage of the rollers on the treadmills during operation will be minimal, therefore the rollers of the minimum diameter 3b, falling into the loaded sector, will always be under the cutting tooth, from which is transmitted operating load.

В целях проверки достоверности процессов, которые происходят при работе роликов в нагруженном секторе, выполнено численное моделирование этой части опоры. Моделирование выполнялось с помощью конечно-элементной расчетной системы ANSYS. К опоре прилагалась нагрузка, аналогичная эксплуатационной и равная Р_эк=40 кН.In order to verify the reliability of the processes that occur during the operation of the rollers in the loaded sector, a numerical simulation of this part of the support is performed. Modeling was performed using the ANSYS finite element calculation system. A load was applied to the support, similar to the operational one and equal to P _ek = 40 kN.

На фиг.2 показан нагруженный сектор с роликами разного диаметра. В центре находится ролик минимального диаметра, по краям находятся ролики максимального диаметра. Ролики с максимальным диаметром отличаются от роликов с минимальным диаметром на 0,013 мм.Figure 2 shows the loaded sector with rollers of different diameters. In the center there is a roller of minimum diameter, along the edges there are rollers of maximum diameter. Rollers with a maximum diameter are different from rollers with a minimum diameter of 0.013 mm.

На фиг.3 показан нагруженный сектор с роликами одинакового диаметра.Figure 3 shows the loaded sector with rollers of the same diameter.

Как видно из фиг.2, когда в нагруженном секторе находятся ролики разного диаметра, нагрузка распространяется на два крайних ролика большего диаметра. Напряжения, возникающие в соединении, составляют 12,4 МПа. При попадании в нагруженный сектор роликов одинакового диаметра (см. фиг.3) напряжения в соединении составляют 19,3 МПа, что на 65% выше напряжений, возникающих в опоре с роликами разного диаметра.As can be seen from figure 2, when the rollers of different diameters are in the loaded sector, the load extends to the two extreme rollers of a larger diameter. The stresses arising in the connection are 12.4 MPa. When rollers of the same diameter fall into the loaded sector (see FIG. 3), the stresses in the connection are 19.3 MPa, which is 65% higher than the stresses that arise in the support with rollers of different diameters.

В предлагаемой опоре исключается защемление тел качения, а также уменьшается эксплуатационная нагрузка на ролики и цапфу, что приводит к увеличению долговечности опоры и долота в целом. Также предлагаемая конструкция опоры не требует никаких изменений в технологии механической обработки деталей роликовой опоры.In the proposed support, jamming of the rolling bodies is excluded, and the operational load on the rollers and trunnion is reduced, which leads to an increase in the durability of the support and the bit as a whole. Also, the proposed construction of the support does not require any changes in the technology of machining parts of the roller bearings.

Источники информацииInformation sources

1. А.с № СССР 631643. Опора бурового шарошечного долота / В.П.Браженцев, П.А.Палий, А.С.Мокшин, Л.П.Константинов, Ю.Е.Владиславлев. Опубл. 05.11.1978 в БИ №41.1. A.s No. USSR 631643. Support of a cone drill bit / V.P. Brazhentsev, P. A. Paliy, A. S. Mokshin, L. P. Konstantinov, Yu. E. Vladislavlev. Publ. 11/05/1978 in BI No. 41.

2. А.с № СССР 436147. Опора бурового шарошечного долота / Ю.А.Палащенко. Опубл. 15.07.1974 в БИ №26.2. A.s No. USSR 436147. Support of a cone drill bit / Yu.A. Palashchenko. Publ. 07/15/1974 in BI No. 26.

Claims (1)

Опора шарошечного долота, включающая шарошку с внутренней рабочей поверхностью, цапфу лапы с беговыми дорожками и расположенные на беговых дорожках тела качения в виде роликов, отличающаяся тем, что расположенные на беговых дорожках ролики имеют различный диаметр и чередованы в пределах допуска, при этом ролики расположены так, что в нагруженном секторе долота, расположенном под режущим зубком, находятся три ролика, два из которых - крайние, имеют диаметр, превышающий диаметр среднего ролика. A roller cone support, including a roller cone with an inner working surface, a paw pin with treadmills and rolling bodies located on the treadmills in the form of rollers, characterized in that the rollers located on the treadmills have different diameters and are alternated within the tolerance, while the rollers are arranged so that in the loaded sector of the bit, located under the cutting tooth, there are three rollers, two of which are extreme, have a diameter exceeding the diameter of the middle roller.

Images