ВСТАВКА ДЛЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2003 года по МПК E21B10/56 E21C35/183 

Изобретение относится к горной и строительной отраслям промышленности, т. к. может быть использовано при производстве породоразрушающего инструмента, применяющегося при разработке природного и созданного материала.

Известна вставка, выполненная в виде тела вращения, у которой направленный по оси вперед наконечник и фланец, между которыми есть рабочая часть, имеющая несколько промежуточных секций цилиндрической формы. Вставка имеет хвостовик, который размещается в корпусе породоразрушающего инструмента [1].

Основным недостатком известной вставки является сложность изготовления из-за формы рабочей части и формы наконечника, предопределяющей при работе возникновение высоких удельных нагрузок, вызывающих его интенсивный износ и возможность образования сколов, которые являются причиной одностороннего износа инструмента и его досрочного выхода из строя.

Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату является вставка для породоразрушающего инструмента, содержащая рабочую часть, основание и хвостовик, размещенный в гнезде рабочей головки инструмента [2] - прототип.

Рабочая часть вставки выполнена в виде тела вращения, криволинейная боковая поверхность которого сопряжена с боковой поверхностью основания вставки. Поверхность рабочей части образована вращением вокруг оси ординат отрезка кривой описываемого уравнением

где A и σ - эмперические коэффициенты, равные A=3,5÷27,5; σ=0,035÷0,5.

Коэффициент σ определяет положение кривой относительно оси ординат, совпадающей с осью симметрии вставки. Боковая поверхность основания стыкуется с боковой поверхностью хвостовика, состоящего из двух однонаправленных усеченных конусов, сопряженных между собой. На поверхности большего из них равномерно расположены шесть технологических выступов.

Однако анализ конструкции вставки позволяет выявить ряд недостатков, основным из которых является отсутствие соотношения высот вставки (Н) к высоте ее хвостовой части (h), что не позволяет обеспечить оптимальное использование дефицитного материала вставки при эксплуатации инструмента.

Кроме того, компьютерное построение профиля рабочей поверхности вставки, сделанное с помощью математического пакета Mathcad 2000 в соответствии с предложенной зависимостью при значениях коэффициентов A= 3,5÷27,5; σ= 0,0,5÷0,5 показывает, что данная вставка практически неработоспособна, т.к. ее диаметр в центральной части (D) не превышает 2 мм (фиг. 1).

Настоящее техническое решение направлено на устранение и выявление недостатков и совершенствование конструкции вставки, что обеспечивает повышение ее работоспособности.

Поставленная задача достигается тем, что соотношение высот вставки и ее хвостовика Н/h находится в пределах 4,45 - 6,5.

Для совершенствования конструкции вставки, рационального использования материала при ее изготовлении и повышения работоспособности согласно изобретению предлагается
- величина эмпирического коэффициента σ, определяющего удаленность боковой поверхности вставки от ее оси симметрии находится в пределах 2-6;
- на поверхности головной зоны рабочей части равномерно расположены три валика, сопряженные между собой в районе ее пересечения с осью симметрии и имеющие по отношению к ней радиальную направленность;
усеченные конуса, образующие хвостовик, имеют в месте соединения друг с другом радиус величиной 0,5 - 1,8 мм;
- на поверхности усеченного конуса хвостовика, стыкующегося с основанием вставки, равномерно расположены три валика;
- валики имеют идентичные размеры профиля поперечного сечения и радиальную направленность по отношению к оси симметрии вставки;
На фиг. 2 изображена вставка для породоразрушающего инструмента.

Вставка для породоразрушающего инструмента имеет продольную ось симметрии и состоит из следующих основных элементов: рабочей части 1, основания 2, хвостовика 3 высотой (h), валиков 4, расположенных на поверхности хвостовой части, обеспечивающих технологичность сборки и валиков 5, расположенных на поверхности головной зоны рабочей части вставки, предназначенных для интенсификации разрушения разрабатываемого материала. Высота вставки определяется величиной (H).

Рациональное использование материала, из которого изготовлена вставка, является существенным вопросом ее конструирования и эксплуатации. Поэтому соотношение исходной высоты вставки (H) к высоте ее хвостовика (h), который в процессе работы практически не изнашивается, обеспечивая устойчивость конструкции, является важным показателем.

На основании оценки напряженного состояния вставки, возникающего под действием внешней распределенной нагрузки, проведено ее компьютерное моделирование, позволившее установить граничные значения соотношения H/h в пределах от 4,45 до 6,5 (фиг. 3).

Диаметральные размеры рабочей части вставки и закономерность их изменения по высоте также определены на основании вышеупомянутого компьютерного моделирования, что позволило выбрать оптимальные значения эмпирического коэффициента σ, определяющего положение образующей боковой поверхности рабочей части и по отношению к оси симметрии вставки в пределах 2-6.

Для интенсификации разрушения разрабатываемого материала на поверхности головной зоны рабочей части вставки выполнены три валика, которые имеют радиальную направленность и сопряженные между собой в районе прохождения оси симметрии.

Валики расположены равномерно (фиг. 2, вид А).

Учитывая негативное влияние на работоспособность твердых сплавов концентраторов напряжений, образующихся в местах соединения различных поверхностей, сопряжение между собой конических поверхностей, образующих хвостовик вставки, выполнено по радиусу, величина которого в пределах 0,5 - 1,8 мм.

Стабильная толщина паяного соединения между вставкой и корпусом породоразрушающего инструмента обеспечивается тремя равновысокими валиками, находящимися на конической поверхности верхней части хвостовика, которая примыкает к основанию вставки. Ориентация валиков по отношению к оси симметрии вставки - радиальная (фиг. 2, вид Б).

Вставка для породоразрушающего инструмента работает следующим образом. Готовая вставка после технологической подготовки устанавливается хвостовой частью в гнездо корпуса породоразрушающего инструмента и впаивается так, чтобы оси симметрии вставки и корпуса совпали. Инструмент устанавливается в рабочий узел породоразрушающей или строительной машины, которая обеспечивает его пространственное перемещение. При внедрении породоразрушающего инструмента в разрабатываемый материал на вставку ложится основная нагрузка по его разрушению.

Предложенная конструкция вставки обеспечивает инструменту необходимую долговечность и стабильность технологического процесса разрушения высокопрочных природных и искусственно созданных материалов.

Источники информации
1. Патент США 5219209, 5, Е 21 С 35/18, том 1151 3, 1993.

2. Патент РФ 2055139, Е 21 С 35/18, Е 02 F 9/28, Бюл. 6, 1996.

Изобретение относится к горной и строительной отраслям промышленности, т. к. может быть использовано при производстве породоразрушающего инструмента, применяющегося при разработке природного и созданного материала. Вставка породоразрушающего инструмента включает рабочую часть, имеющую профиль отрезка кривой, описываемого уравнением при его вращении вокруг оси ординат, совпадающей с продольной осью симметрии вставки, сопряженную с боковой поверхностью цилиндрического основания, и хвостовик, имеющий форму двух сопряженных между собой усеченных конусов с одинаковой ориентацией по отношению к основанию вставки. Соотношение высот вставки и ее хвостовика H/h находится в пределах от 4,45 до 6,5. Повышается долговечность и надежность работы вставки. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вставка для породоразрушающего инструмента, включающая рабочую часть, имеющую профиль отрезка кривой, описываемого уравнением

при его вращении вокруг оси ординат, совпадающей с продольной осью симметрии вставки, сопряженную с боковой поверхностью цилиндрического основания, и хвостовик, имеющий форму двух сопряженных между собой усеченных конусов с одинаковой ориентацией по отношению к основанию вставки, отличающаяся тем, что соотношение высот вставки и ее хвостовика H/h находится в пределах от 4,45 до 6,5. 2. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что величина эмпирического коэффициента σ, определяющего удаленность боковой поверхности вставки от ее оси симметрии, находится в пределах от 2 до 6. 3. Вставка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на поверхности головной зоны рабочей части равномерно расположены три валика, сопряженные между собой в районе ее пересечения с осью симметрии, имеющие по отношению к ней радиальную направленность. 4. Вставка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что усеченные конуса, образующие хвостовик, имеют в месте соединения друг с другом радиус величиной от 0,5 до 1,8 мм. 5. Вставка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что на поверхности усеченного конуса хвостовика, стыкующегося с основанием вставки, равномерно расположены три валика. 6. Вставка по п. 5, отличающаяся тем, что валики имеют идентичные размеры профиля поперечного сечения и радиальную направленность по отношению к оси симметрии вставки.