Крепежное устройство для бурового оборудования

007891 Область техники Данное изобретение относится к крепежному устройству для бурового оборудования и, в частности, к устройству для крепления режущих элементов к инструменту для бурения или резки грунта. Предпосылки изобретения Некоторые инструменты для бурения или резки грунта содержат по меньшей мере один режущий элемент, и желательно, чтобы эти режущие элементы были сменными. Это позволяет заменять поврежденные режущие элементы или удалять изношенные режущие элементы для их восстановления. Условия эксплуатации бурового оборудования являются чрезвычайно тяжелыми, и очень сложно создать буровое оборудование таким образом, чтобы режущие элементы были сменными. Самый надежный и простой путь крепления режущих элементов к режущему инструменту заключается в их закреплении на месте посредством сварки. Например, режущий элемент может содержать коническую шарошку, которая прикреплена с возможностью вращения к кронштейну, который, в свою очередь, приварен к корпусу бурового или режущего инструмента. Некоторое количество таких режущих элементов может быть установлено с промежутками по периферии бурового или режущего инструмента. Приваривание режущих элементов к режущему или буровому инструменту доставляет некоторые затруднения в обслуживании этого элемента. Каждый из массивных вращающихся буровых инструментов может содержать значительное количество режущих элементов, каждый из которых требует периодического восстановления или замены. Очевидно, что если режущий элемент приварен, его восстановление должно проводиться на месте. Если учесть, что некоторые буровые или режущие инструменты могут быть весьма крупными, такая операция становится проблематичной. Кроме того, при полном выходе режущих элементов из строя, вероятнее всего, что буровой или режущий инструмент должен полностью выбрасываться, а не подвергаться попыткам восстановления за счет удаления режущих элементов. Следовательно, целью данного изобретения является преодоление упомянутых выше трудностей и создание крепежного средства для режущих элементов, которое делает возможным удобное удаление режущего элемента по мере необходимости. Сущность изобретения В одном аспекте изобретения предлагается крепежное устройство для инструмента для бурения или резки грунта, которое позволяет прикреплять режущие элементы к указанному инструменту с возможностью удаления и содержит первую поверхность на указанном режущем элементе; вторую поверхность на указанном инструменте, поверх которой расположена указанная первая поверхность; шпоночные пазы на каждой из указанных первой и второй поверхностей, которые совмещаются при совместной установке указанных первой и второй поверхностей; шпонку, расположенную в указанных совмещенных шпоночных пазах; поверхности контактного взаимодействия на указанном режущем элементе и указанном инструменте, которые проходят, по существу, параллельно продольной оси указанного инструмента и входят в соединение для оказания сопротивления боковым нагрузкам, прикладываемым к указанным режущим элементам; и крепежные средства, прикрепляющие указанный режущий элемент к указанному инструменту. В предпочтительном случае первая поверхность на режущем элементе находится на кронштейне режущего элемента и проходит параллельно продольной оси или оси вращения бурового или режущего инструмента. В предпочтительном случае поверхности контактного взаимодействия имеют впадину или выемку, расположенную на буровом или режущем инструменте, и выступ, предназначенный для соединения с указанной впадиной или выемкой. Поверхности контактного взаимодействия также могут иметь щелевое отверстие на буровом или режущем инструменте, а также удлиненное ребро на первой поверхности, которое расположено внутри щелевого отверстия. Режущий элемент также может быть прикреплен к монтажной коробке, на которой расположена первая поверхность. Кронштейн шарошки может быть вварен в коробку. Шпонки расположены внутри каждого из шпоночных пазов и оказывают сопротивление перемещению в направлении, параллельном продольной оси бурового или режущего инструмента. В предпочтительном случае крепежные средства содержат ряд болтов, проходящих через соответствующие отверстия на первой поверхности и ввинчиваемых в резьбовые отверстия на второй поверхности. В предпочтительном случае между отверстиями на первой поверхности и болтами имеется зазор для сведения к минимуму действия срезающей нагрузки, прикладываемой к болтам. Вместо этого, поперечные усилия, действующие по продольной оси бурового или режущего инструмента, ограничиваются шпонкой. Это предотвращает повреждение болтов, которое, в свою очередь, может создать проблему при демонтаже. Для полного осмысления данного изобретения ниже описаны предпочтительные варианты выполнения. Однако следует иметь в виду, что данное изобретение не ограничивается точным сочетанием эле-1 007891 ментов, описанным в вариантах выполнения, и для специалистов очевидны другие варианты, остающиеся в пределах объема правовой охраны данного изобретения, изложенного в этом описании. Краткое описание чертежей Эти варианты выполнения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых: фиг. 1 изображает вид режущего инструмента в аксонометрии; фиг. 2 изображает покомпонентный вид в аксонометрии режущей системы с крепежным устройством; и фиг. 3 изображает поперечный разрез крепежного устройства. Подробное описание изобретения Варианты выполнения, описанные и показанные на чертежах, в общем используются с буровым или режущим инструментом, аналогичным описанному в более ранней заявке PCT/AU01/01260. Буровой или режущий инструмент, описанный в этой заявке, известен как буровой расширитель или расширитель скважин. Режущий инструмент расширяет скважину небольшого диаметра до большего диаметра, в нем используются составные конические шарошки, режущие горную породу или грунт. Данный вариант выполнения относится к креплению этих шарошек к основному корпусу бурового расширителя. На фиг. 1 показан буровой инструмент 10, содержащий некоторое количество режущих элементов 11, установленных по периферии инструмента 10. В этом варианте выполнения режущие элементы 11 содержат конические шарошки. Как видно из фиг. 2, крепежное устройство используется для крепления режущих элементов 11 к буровому инструменту 10. В этом варианте выполнения режущие элементы 11 содержат кронштейн 21,проходящий от шарошки 22 и прикрепленный к монтажной коробке 12. Кронштейн 21 приварен к монтажной коробке 12. Первая поверхность на режущем элементе 11 содержит, в основном, плоскую поверхность 13 на монтажной коробке 12, которая примыкает ко второй поверхности на буровом инструменте 10, содержащем опорную поверхность 14. Шпоночные пазы 15 выполнены и на плоской поверхности 13, и на опорной поверхности 14, как на монтажной коробке 12, так и на буровом инструменте 10. Шпонки 16 установлены с посадкой с небольшим натягом в шпоночных пазах 15 как на плоской поверхности 13, так и на опорной поверхности 14. Опорная поверхность 14 имеет выемку 17, а шпоночные пазы 15 расположены по центру внутри выемки 17. Плоская поверхность 13 монтажной коробки 12 содержит удлиненный выступ 18, который плотно входит внутрь выемки 17. Очевидно, что эта конструкция может быть заменена опорной поверхностью 14, содержащей соответствующий удлиненный выступ, который совпадает с соответствующей выемкой, расположенной на плоской поверхности 13 монтажной коробки 12. Крепежные средства в этом варианте выполнения содержат ряд болтов 19 и шайб 24, которые проходят через монтажную коробку 12. Шайбы могут быть обычным стопорными шайбами с прорезью или разновидностью шайб с зазубринами. В этом варианте выполнения использованы самоконтрящиеся шайбы типа NORD-LOCK. Болты 19 ввинчиваются в отверстия 23 на опорной поверхности 14. Отверстия 20 внутри монтажной коробки 12 выполнены под потайную головку и рассверлены до диаметра,обеспечивающего зазор между стержнем болта 19 и отверстием 20. При работе такая конструкция способствует предотвращению или сводит к минимуму воздействие срезающих нагрузок, прикладываемых к болтам 19. Вместо этого шпонки 16 оказывают сопротивление большей части любой срезающей нагрузки, которая создается в результате воздействия возникающих при бурении сил, действующих на режущие элементы 11 вдоль продольной оси бурового инструмента 10. Для соединения крепежного средства с буровым инструментом 10 шпонки 16 располагают внутри шпоночных пазов на опорной поверхности 14. Затем монтажную коробку 12 помещают так, что шпонки располагаются внутри шпоночных пазов 15 на плоской поверхности 13, и так, что удлиненный выступ 18 располагается внутри выемки 17. Затем болты 19 ввинчивают в отверстия 20 и затягивают. Любые возникающие при бурении силы, действующие в продольном направлении на буровой инструмент 10, передаются в виде срезающих сил, в основном, к шпонкам 16. Зазор между болтами 19 и отверстиями 20 сводит к минимуму любую срезающую нагрузку, прикладываемую к болтам 19. Поскольку буровой инструмент совершает вращение, то любые боковые силы, прикладываемые по нормали к продольной оси бурового инструмента, испытывают сопротивление со стороны соединения удлиненного выступа 18 с выемкой 17. Режущие элементы 11 могут быть легко удалены с бурового инструмента 19 путем изменения описанного выше процесса сборки на обратный процесс. Для дополнительного облегчения удаления режущего элемента 11 в среднюю пару отверстий после удаления болтов 19 ввинчивают болты-съемники 25. Эта пара отверстий видоизменена так, что имеет винтовую резьбу, с которой соединяются по резьбе стержни болтов-съемников 25. По мере ввинчивания болтов-съемников 25 они отделяют монтажную коробку 12 от опорной поверхности 14. Это обстоятельство упрощает процесс удаления при техническом обслуживании, особенно если его сравнивать с креплением режущих элементов 11 на буровом инструменте 10, выполненным сваркой. Во втором варианте выполнения (не показан) кронштейн режущего элемента 11, вместо приварива-2 007891 ния к монтажной коробке 12, может быть выполнен так, что крепится непосредственно к буровому инструменту 10. В этом случае плоская поверхность 13 и связанный с ней удлиненный выступ 18 могут располагаться на кронштейне 21 режущего элемента 11 и, следовательно, крепиться непосредственно к опорной поверхности 14. Кроме того, в качестве альтернативы использованию выемки 17 и удлиненного выступа 18, монтажная коробка 12, в соответствии с первым вариантом выполнения, или кронштейн режущего элемента 11, в соответствии со вторым вариантом выполнения, могут располагаться внутри выемки, имеющей боковые стенки, которые примыкают либо к монтажной коробке 12, либо к кронштейну режущего элемента 11 так, что оказывают сопротивление боковым нагрузкам. В обоих вариантах выполнения возможно простое удаление режущих элементов либо для их замены, либо для технического обслуживания. Так как непосредственно к болтам, прикрепляющим режущий элемент к инструменту, прикладываются минимальные нагрузки, то существует меньшая вероятность повреждения болтов, что в результате приводит к их более легкому удалению. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Крепежное устройство для инструмента для бурения или резки грунта, которое позволяет прикреплять режущие элементы к указанному инструменту с возможностью удаления и содержит первую поверхность на указанном режущем элементе; вторую поверхность на указанном инструменте, поверх которой расположена указанная первая поверхность; шпоночные пазы на каждой из указанных первой и второй поверхностей, которые совмещаются при совместной установке указанных первой и второй поверхностей; шпонку, расположенную в указанных совмещенных шпоночных пазах; поверхности контактного взаимодействия на указанном режущем элементе и указанном инструменте, которые проходят по существу параллельно продольной оси указанного инструмента и входят в соединение для оказания сопротивления боковым нагрузкам, прикладываемым к указанным режущим элементам; и крепежные средства, прикрепляющие указанный режущий элемент к указанному инструменту. 2. Крепежное устройство по п.1, в котором указанный режущий элемент содержит коническую шарошку, а указанная первая поверхность содержит поверхность на кронштейне указанного вращающегося ножа. 3. Крепежное устройство по п.1 или 2, в котором указанные шпонки проходят по нормали к обеим сторонам первой и второй поверхностей. 4. Крепежное устройство по п.3, в котором имеются по меньшей мере две шпонки. 5. Крепежное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные поверхности контактного взаимодействия содержат впадину на одной из указанных поверхностей и выступ на другой из указанных поверхностей, который соединяется с указанной выемкой. 6. Крепежное устройство по п.5, в котором указанная впадина содержит продольную выемку. 7. Крепежное устройство по п.6, в котором указанная выемка имеет основание, проходящее параллельно указанной первой или второй поверхности, и боковые стенки, которые по существу перпендикулярны указанному основанию. 8. Крепежное устройство по п.7, в котором указанный выступ соответствует внутренней форме указанной выемки. 9. Крепежное устройство по любому из пп.6-8, в котором указанная выемка расположена на указанной второй поверхности. 10. Крепежное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный режущий элемент также содержит монтажную коробку, к которой он прикреплен, а указанная первая поверхность находится на указанной монтажной коробке. 11. Крепежное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные крепежные средства содержат ряд резьбовых крепежных деталей. 12. Крепежное устройство по п.11, в котором указанная первая поверхность имеет отверстия, через которые указанные болты проходят в резьбовые отверстия на указанной второй поверхности, в которые они ввинчены. 13. Крепежное устройство по п.12, в котором между отверстиями на указанной первой поверхности и указанными болтами имеется зазор, сводящий к минимуму срезающую нагрузку, прикладываемую к указанным болтам.