專利名稱：一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油、天然氣鉆井中使用的牙輪鉆頭，特別是涉及一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭，可以提高牙輪鉆頭在井底的工作性能和使用壽命。
背景技術(shù)：
牙輪鉆頭主要是由一個或多個牙爪、與對應(yīng)牙爪相連的牙輪、連接牙爪與牙輪的軸承系統(tǒng)、鑲嵌在牙輪上用來切削巖石的牙齒、安裝在牙爪上儲油囊，以及安裝在牙爪上的噴嘴等部分組成，牙輪通過軸承系統(tǒng)中的鎖緊裝置固定在牙爪上。牙輪鉆頭的使用壽命，主要是由軸承系統(tǒng)的壽命所決定。因此，其軸承系統(tǒng)的好壞，直接決定著鉆頭的優(yōu)劣。在鉆井行業(yè)，尤其是在深井的鉆井過程中，牙輪鉆頭的壽命是制約其經(jīng)濟(jì)效益的瓶頸。目前，鉆井所用的牙輪鉆頭，其壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鉆井的需要。在鉆頭的使用過程中，牙輪鉆頭安裝在鉆桿的下端，破巖所需的載荷由鉆桿施加在鉆頭的牙爪上，再由軸承系統(tǒng)傳遞給牙輪，使得鑲嵌在牙輪上的牙齒對巖石進(jìn)行破碎。因此，牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)所承受的載荷巨大，使得其在工作過程中磨損速度較快。牙輪鉆頭在工作過程中，其潤滑完全靠預(yù)先存儲在儲油囊中的潤滑劑進(jìn)行潤滑，由于現(xiàn)有軸承結(jié)構(gòu)的限制，潤滑劑是通過安裝滾珠時的通道進(jìn)入軸承系統(tǒng)，使得現(xiàn)有牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)中，離滾珠槽較遠(yuǎn)的位置潤滑狀態(tài)不理想，這就進(jìn)一步加速了其軸承系統(tǒng)在工作過程中的磨損，縮短了整個鉆頭的使用壽命。
中國專利02252182.8、01212693.4、00229763.9、00230276.4中，分別在大滑動軸承處設(shè)計安裝了有硬質(zhì)合金的抗磨(襯)套(以下稱浮動套)，提高了滑動軸承的使用壽命，但由于牙輪鉆頭特殊的潤滑方式，使得浮動套外表面與牙輪內(nèi)孔構(gòu)成的滑動軸承中，潤滑劑只能從浮動套的一個端面(靠近滾珠的一端)流入這個軸承的接觸面，因此它得不到充分的潤滑，降低了整個軸承系統(tǒng)的工作性能，從而縮短了牙輪鉆頭的使用壽命。在上述中國專利以及美國專利US6725947、US6176331、US5148879、US4747604等現(xiàn)有滾珠鎖緊牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)中，滾珠是從牙爪背部靠近爪尖位置的一個圓孔中裝入，再用相應(yīng)的銷軸鎖緊后焊牢。在實(shí)際鉆井過程中，由于牙爪的爪尖位置直徑較大，可能與井壁直接接觸，造成磨損，嚴(yán)重時會發(fā)生井下事故。因此，目前的牙輪鉆頭在牙爪的爪尖處都敷焊一定厚度的耐磨合金，以增強(qiáng)爪尖處的耐磨性能。由于安裝滾珠的圓孔也在這個位置，而且鎖緊滾珠的銷軸需要焊接在牙爪上，這就減小了牙爪尖上耐磨帶的敷焊面積和質(zhì)量，牙爪爪尖的磨損速度較快。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭，可以有效地提高牙輪鉆頭的工作性能和使用壽命。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是改變滾珠鎖緊軸承在牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)中的位置，將滾珠槽的位置往牙爪軸頸底平面方向移動一段距離，原來的大滑動軸承分為靠近密封圈的第一個徑向軸承和靠近止推軸承的第二個徑向軸承，分布在滾珠軸承的兩旁，潤滑劑從儲油囊中經(jīng)滾珠安裝孔流入滾珠軸承，再由滾珠軸承分別流入位于滾珠軸承兩旁的滑動軸承，對滑動軸承進(jìn)行潤滑。
一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭，由一個或多個牙爪、與對應(yīng)牙爪相連的牙輪、連接牙爪與牙輪的軸承系統(tǒng)、鑲嵌在牙輪上用來切削巖石的牙齒、安裝在牙爪上儲油囊和安裝在牙爪上的噴嘴等部分組成，所述軸承系統(tǒng)由大徑向軸承、滾珠鎖緊軸承、止推軸承和小徑向軸承組成，其特征在于，所述滾珠鎖緊軸承的位置處在大徑向軸承的中間，將大徑向軸承分為靠近密封圈的第一個徑向軸承和靠近止推軸承的第二個徑向軸承。
本實(shí)用新型滾珠鎖緊軸承將原來的大徑向滑動軸承一分為二，分布在滾珠鎖緊軸承的兩旁，第一個徑向軸承和第二個徑向軸承的直徑相等，或第二個徑向軸承的軸向長度不小于第一個徑向軸承軸向長度的0.25倍，第一個徑向軸承和第二個徑向軸承可以由浮動套軸承與普通滑動軸承的不同組合而組成。
本實(shí)用新型在安裝時，滾珠由開口在牙爪背部的滾珠安裝孔中裝入滾珠槽，牙爪背部接近爪尖的表面部分敷焊有耐磨合金，由于滾珠槽位置的上移使得安裝孔在牙爪背部的開口遠(yuǎn)離爪尖，增大了耐磨合金的焊接面積。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是滾珠鎖緊軸承在牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)中位置的改變，將原軸承系統(tǒng)中承受主要載荷的大徑向軸承一分為二，改變了載荷的分布，使軸承系統(tǒng)的應(yīng)力分布更加均勻，提高了軸承的工作性能，增大了軸承的承載能力；同時將潤滑劑流入大徑向軸承的入口也增加到2個，可以有效地改善大徑向軸承的潤滑狀態(tài)；由于滾珠鎖緊軸承的位置改變，滾珠安裝孔的位置同時也向遠(yuǎn)離牙爪爪尖方向移動，增大了牙爪爪尖上耐磨帶的可敷焊面積，也降低了鎖緊銷軸的焊接對耐磨帶的焊接質(zhì)量的影響；總之，本實(shí)用新型所提供的新型滾珠鎖緊牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)，使得牙輪鉆頭的軸承系統(tǒng)具有更高的承載能力、更好的潤滑狀態(tài)、更合理的載荷分布，增大牙爪尖上耐磨帶的敷焊面積和質(zhì)量，提高牙輪鉆頭的工作性能和使用壽命。
圖1是一個采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭整體示意圖；圖2-圖4是本實(shí)用新型軸承系統(tǒng)3種結(jié)構(gòu)形式的局部放大示意圖；圖中1-儲油囊，2-牙爪，3-潤滑劑流道，4-滾珠安裝孔，5-密封圈，6-滾珠鎖緊軸承，7-牙齒，8-噴嘴，9-牙輪，10-止推軸承，11-第一個徑向軸承，12-第二個徑向軸承
具體實(shí)施方式
參看圖1，牙輪鉆頭由一個或多個牙爪2(通常為一個或三個)、通過滾珠鎖緊軸承6和軸承系統(tǒng)連接在對應(yīng)牙爪上的牙輪9、鑲嵌在牙輪上用來切削巖石的牙齒7、儲油囊1、噴嘴8等組成。在安裝時滾珠通過牙爪背上的滾珠安裝孔4進(jìn)入軸承，固定牙輪在牙爪軸頸上的軸向位置。潤滑劑儲存在儲油囊1中，工作時由于泥漿壓力的作用，使得潤滑劑從儲油囊1中經(jīng)過流道3進(jìn)入滾珠安裝孔4，再由滾珠安裝孔4進(jìn)入滾珠軸承，并隨著牙輪的轉(zhuǎn)動，流入被滾珠鎖緊軸承一分為二的徑向軸承。滾珠鎖緊軸承的位置處在大徑向軸承的中間，將大徑向軸承分為靠近密封圈5的第一個徑向軸承和靠近止推軸承10的第二個徑向軸承，第一個徑向軸承和第二個徑向軸承的直徑相等，第二個徑向軸承的軸向長度不小于第一個徑向軸承軸向長度的0.25倍。在安裝時，滾珠由開口在牙爪背部的滾珠安裝孔中裝入滾珠槽，牙爪背部接近爪尖的表面部分敷焊有耐磨合金，由于滾珠槽位置的上移使得安裝孔在牙爪背部的開口遠(yuǎn)離爪尖，增大了耐磨合金的焊接面積。
圖2、圖3、圖4，是本實(shí)用新型的3種典型結(jié)構(gòu)，第一個徑向軸承和第二個徑向軸承由浮動套軸承與普通滑動軸承的不同組合而組成。在圖2中，第一個徑向軸承11和第二個徑向軸承12采用了浮動套軸承，分布在滾珠軸承6的兩邊，浮動套軸承有利于進(jìn)一步提高軸承系統(tǒng)所能承受的轉(zhuǎn)速和承載能力。在圖3中，第一個徑向軸承11和第二個徑向軸承12采用普通滑動軸承，止推軸承10采用普通工藝不安裝墊片，加工工藝簡單。在圖4中，第一個徑向軸承11中采用浮動套軸承，而第二個徑向軸承12采用普通滑動軸承，降低了加工難度，同時也保證了軸承系統(tǒng)的承載能力和工作性能。
權(quán)利要求1.一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭，由一個或多個牙爪(2)、與對應(yīng)牙爪相連的牙輪(9)、連接牙爪與牙輪的軸承系統(tǒng)、鑲嵌在牙輪上用來切削巖石的牙齒(7)、安裝在牙爪上儲油囊(1)和安裝在牙爪上的噴嘴(8)等部分組成，所述軸承系統(tǒng)由大徑向軸承、滾珠鎖緊軸承(6)、止推軸承(10)和小徑向軸承組成，其特征在于，所述滾珠鎖緊軸承的位置處在大徑向軸承的中間，將大徑向軸承分為靠近密封圈(5)的第一個徑向軸承(11)和靠近止推軸承(10)的第二個徑向軸承(12)。
2.按權(quán)利要求1中所述的牙輪鉆頭，其特征在于，第一個徑向軸承(11)和第二個徑向軸承(12)的直徑相等。
3.按權(quán)利要求1中所述的牙輪鉆頭，其特征在于，第二個徑向軸承(12)的軸向長度不小于第一個徑向軸承(11)軸向長度的0.25倍。
4.按權(quán)利要求1、2、3中所述的牙輪鉆頭，其特征在于，第一個徑向軸承(11)和第二個徑向軸承(12)由浮動套軸承與普通滑動軸承的不同組合而組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種采用滾珠鎖緊軸承的牙輪鉆頭，由一個或多個牙爪、與對應(yīng)牙爪相連的牙輪、連接牙爪與牙輪的軸承系統(tǒng)、鑲嵌在牙輪上用來切削巖石的牙齒、安裝在牙爪上儲油囊和安裝在牙爪上的噴嘴等部分組成，所述軸承系統(tǒng)由大徑向軸承、滾珠鎖緊軸承、止推軸承和小徑向軸承組成，其特征在于，所述滾珠鎖緊軸承的位置處在大徑向軸承的中間，將大徑向軸承分為靠近密封圈的第一個徑向軸承和靠近止推軸承的第二個徑向軸承。本實(shí)用新型的特殊結(jié)構(gòu)使得軸承系統(tǒng)具有更高的承載能力、更好的潤滑狀態(tài)、更合理的載荷分布，也增大了牙爪尖上耐磨帶的敷焊面積和質(zhì)量，有效地提高了牙輪鉆頭的工作性能和使用壽命。
文檔編號E21B10/22GK2763460SQ20052003309
公開日2006年3月8日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者劉清友, 王國榮, 何霞 申請人:西南石油學(xué)院