[实用新型]硬质合金滑动轴承牙轮钻头

说明书

本实用新型涉及一种牙轮钻头，特别是涉及一种滑动轴承牙轮钻头，其轴承的各摩擦工作面上均烧结或镶焊有碳化钨钴类硬质合金（以下简称硬质合金），构成一种新型硬质合金滑动轴承牙轮钻头。

目前，滑动轴承牙轮钻头的牙爪用低碳合金钢制造，牙爪轴各摩擦工作面一般用渗碳或渗硼进行硬化，也有的在这些表面上堆焊一层高碳钴铬钨耐磨合金。钻头牙轮也是用低碳合金钢制造，牙轮内外各表面除渗硼外，在内孔各摩擦工作面上还镶焊银锰合金或其它铜合金，形成一副硬对软的不同材质的滑动轴承，并在密封润滑条件下工作。但是现有滑动轴承牙轮钻头的结构和材质只能在低转速下工作，转速高时轴承密封迅速破坏，钻井液中砂粒进入轴承内，很快导致轴承工作面的磨损。因此，现有滑动轴承牙轮钻头的转速限制在150转／分以下，而井下动力钻具的转速都比较高，所以现有滑动轴承牙轮钻头无法与井下动力钻具配合使用以提高钻井速度。

为解决上述问题，一种办法是改进轴承密封的材质和结构，但多年来的实践表明这方面的进展很慢，转速提高的幅度也不大。另外一种办法是改变轴承各摩擦工作面的材质，其中如美国专利申请US4260203、US4756631和英国专利申请GB216873A提出采用人造聚晶金刚石复合片或聚晶金刚石块作为滑动轴承工作面的材质，以提高轴承的耐磨性和转速。但是这些材料的韧性差，加工整形困难，做成牙轮钻头成本高，至今尚在研制阶段。

本实用新型的目的是要提供一种以碳化钨钴类硬质合金为轴承各摩擦工作面材质的硬质合金对硬质合金滑动轴承牙轮钻头，它能比现有滑动轴承牙轮钻头在更高的转速下工作，以适应井下动力钻具的高转速，或在相同转速下达到更高的工作寿命。

本实用新型的目的是这样实现的：在牙轮钻头牙爪轴的各摩擦工作面上烧结或镶焊一层硬质合金块或硬质合金层，或者在牙爪轴上用螺纹固定一轴套，在其各摩擦工作面上烧结或镶焊一层硬质合金块或硬质合金层，在牙爪轴的端部用螺纹固定一限位止推环，在其一个端面上烧结或镶焊一层硬质合金块或硬质合金层，以上构成滑动轴承的不转动部分，与牙爪轴相匹配的是一牙轮滑动套，在其各摩擦工作面上烧结或镶焊一层硬质合金块或硬质合金层，这是滑动轴承的转动部分，牙轮则利用螺纹固定在牙轮滑动套外面。这样就构成硬质合金滑动轴承牙轮钻头。

本实用新型与现有滑动轴承牙轮钻头相比具有结构简单、耐磨性高、可承受高转速的优点，而且硬质合金比聚晶金刚石耐冲击，成本也低。由于硬质合金的耐磨性高，本实用新型可用于非密封滑动轴承牙轮钻头，同样也可用于密封滑动轴承牙轮钻头。我们模拟牙轮钻头的工作条件，在含砂泥浆中作了耐磨性试验，所用硬质合金滑动轴承直径40毫米、宽13.7毫米、牙轮外径86毫米、转速分别为100转／分、200转／分和250转／分，钻压分别为1千牛、2千牛和5千牛。运转40小时后测得轴承直径方向磨损量均小于0.06毫米。试验证明，在含砂泥浆中非密封硬质合金滑动轴承具有很高的耐磨性。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1为镶焊硬质合金块滑动轴承牙轮钻头剖面图，图2为敷焊硬质合金层滑动轴承牙轮钻头剖面图，图3为锥形轴硬质合金滑动轴承牙轮钻头剖面图，图4为带轴套硬质合金滑动轴承牙轮钻头剖面图，图5为密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头剖面图，图6为牙轮滑动套侧视图。

图1是根据本实用新型提出的非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头一组牙爪牙轮的剖面图，包括牙爪轴2，牙轮滑动套3，限位止推环4和牙轮5，以及止推环端面硬质合金块9，牙爪轴肩部及外圆硬质合金块10，滑动套端面及内孔硬质合金块11。

装配时，先将牙轮滑动套3套在牙爪轴2上，靠螺纹7将限位止推环4上紧在牙爪轴2的端部，用垫片6调整止推环4的位置，使滑动套3在牙爪轴2上自由转动，但无轴向窜动。用一圆柱销穿过牙爪下部的孔（图中未画出），插入牙轮滑动套3相应位置的盲孔（图中未画出），将滑动套临时固定，靠螺纹12将牙轮5上紧到滑动套3上，紧固后取出圆柱销。螺纹7及12均为右旋螺纹，工作中摩擦力使它们越上越紧。

工作时，部分钻井泥浆经牙爪孔1穿过牙爪轴，经限位止推环4与牙轮5之间的间隙8，流过硬质合金摩擦面之间，最后于间隙13处排出牙轮钻头，起到冷却润滑的作用。

图2是根据本实用新型提出的另一实施例，它与图1所示基本相同，只是用激光敷焊硬质合金层代替烧结或镶焊硬质合金块。硬质合金层可以是一层或多层，各层的成分和硬度可以不同。