ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ВСТАВКА Российский патент 2000 года по МПК E21B10/56 

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах, в частности к буровым коронкам, применяемым при бурении горных пород.

Известны буровые коронки, армированные твердосплавными вставками различной формы [1, стр. 124-139]. Существенной задачей при конструировании твердосплавных вставок является экономия твердого сплава без ущерба для их прочности и износостойкости.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция твердосплавной вставки, выполненная с каналом [2], с контактной поверхностью в форме полутора (вставка - "тороид"). Подобная конструкция позволяет за счет трубчатой формы значительно сэкономить твердый сплав, улучшить удаление буровой мелочи из шпуров и за счет использования кумулятивного эффекта повысить эффективность бурения.

Недостатком известной конструкции является постоянство толщины стенки вставки по ее периметру, что не всегда целесообразно, поскольку на практике наблюдается повышенный износ буровых коронок по периферии. Так, например, при вращательно-ударном и ударно-поворотном бурении это связано с тем, что наиболее удаленные от оси вращения части вставок проходят больший путь.

Задача изобретения - снижение износа твердосплавных вставок.

Задача решается за счет того, что ось промывочного канала в твердосплавной вставке, имеющей цилиндрическую боковую поверхность и канал, согласно изобретению выполнена со смещением.

Смещение оси канала сопровождается неравномерностью толщины стенки. При сборке буровых коронок вставки необходимо разворачивать таким образом, чтобы тонкие их части были ближе к оси коронки, а толстые к периферии.

За счет усиления периферийной части вставок - "тороидов" износостойкость вставок в целом повысится. Изменение толщины вставок должно находиться в соответствии с подводимой энергией, увеличение размера контактной поверхности должно сопровождаться ростом энергии удара.

Выполнение цилиндрических твердосплавных вставок со смещенным каналом с целью усиления периферии буровых коронок и увеличения их износостойкости неизвестно, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Конструкция вставки представлена на чертежах, где
на фиг. 1 представлен фронтальный разрез вставки;
на фиг. 2 - определение толщины вставки (к выводу зависимостей);
на фиг. 3 показан фронтальный разрез буровой коронки, армированной твердосплавными вставками со смещенным каналом;
на фиг. 4 изображен вид буровой коронки сверху;
на фиг. 5 - форма контактной поверхности (затемнена).

Вставка (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 и смещенный канал 2. Образующая ударной рабочей поверхности 3 в данном случае представляет собой последовательность окружностей переменного радиуса.

Для того чтобы выявить зависимость толщины t стенки вставки от радиусов внешней окружности R, внутренней окружности r и смещения e осей канала и вставки (фиг. 2), воспользуемся теоремой косинусов

ρ²-2•ρ•e•cosϕ-(R²+e²) = 0;

t = ρ-r.
Здесь ϕ - - угол исследуемого сечения.

Окончательно закон изменения толщины стенки вставки

Во время бурения шпуров первичный контакт вставки будет иметь форму правильной окружности. Дальнейшее внедрение приведет к искажению формы. В общем случае контактная поверхность для твердосплавных вставок такой формы ограничена двумя эксцентричными окружностями (фиг. 5). Больший размер контакта здесь расположен ближе к периферии, а меньший к оси коронки. Утолщенная часть вставки за счет большей площади, чем у вставки прототипа, будет испытывать меньшее давление и соответственно меньше изнашиваться. То есть износ будет более равномерным.

Источники информации
1. Баженов М.Ф. Твердые сплавы. Справочник. - М.: Металлургия, 1978.

2. Авторское свидетельство N 1778265 (СССР) Твердосплавная вставка для буровых коронок (прототип).

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах, в частности к буровым коронкам, применяемым при бурении горных пород. Твердосплавная вставка для буровой коронки имеет рабочую поверхность и канал. Ось канала выполнена со смещением относительно оси вставки с образованием неравномерной толщины стенки последней для размещения тонкой части стенки ближе к оси коронки, а толстой - к ее периферии. За счет усиления периферийной части вставок износ будет более равномерным. Износостойкость вставок повышается. 5 ил.

Твердосплавная вставка для буровой коронки, имеющая рабочую поверхность и канал, отличающаяся тем, что ось канала выполнена со смещением относительно оси вставки с образованием неравномерной толщины стенки последней для размещения тонкой части стенки ближе к оси коронки, а толстой - к ее периферии.