ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ БУРОВЫХ КОРОНОК Российский патент 2003 года по МПК E21B10/56 

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах ударно-вращательным методом, в частности к коронкам.

Известны буровые коронки, оснащенные лезвийными твердосплавными вставками [1, стр.167, рис.5,6. а,б,г]. Применяемые при этом вставки имеют острые кромки-лезвия, которые, являясь концентраторами напряжений, подвержены быстрому разрушению, что определяет низкий ресурс коронок. Существенно более высокую стойкость обеспечивают буровые коронки с безлезвийными, цилиндросферическими вставками [там же: 1. стр.167. рис.5, 6, в]. Такие вставки не имеют острых кромок-концентраторов, что выгодно отличает их от лезвийных. Однако цилиндросферические вставки имеют малые радиусы кривизны воздействующих на горную породу поверхностей, что требует высоких удельных нагрузок на забой, которые трудно воспроизвести. Известны иные более прогрессивные формы безлезвийных твердосплавных вставок.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция твердосплавной вставки для буровых коронок по [2]. У этой вставки рабочая поверхность выполнена безлезвийной в виде полутора, сопряженного с цилиндрической боковой и внутренней поверхностями вставки.

Недостатком известной вставки является высокая притупленность рабочей поверхности, вызванная тем, что в сечении полутора плоскостью, проходящей через ось вставки, имеет место полуокружность с одинаковой кривизной по линии взаимодействия с забоем. Причем величина кривизны у окружности столь малая, что рабочая поверхность оказывается весьма "тупой", она имеет больший радиус кривизны. Внедрять такую поверхность в забой весьма сложно, потребны значительные контактные воздействия.

Задачей изобретения является создание такой твердосплавной вставки, которая позволила бы получить больший эффект разрушения на обрабатываемую поверхность, а следовательно, повысить производительность и уменьшить энергоемкость процесса бурения.

Сущность изобретения заключается в том, что в твердосплавной вставке для буровых колонок, содержащей цилиндрическую боковую поверхность, осевой канал и рабочую поверхность, согласно изобретению последняя в сечении выполнена по кривой ареакосинуса, ось симметрии которой параллельна продольной оси вставки.

Рабочая поверхность выполнена в осевом сечении по контуру плоской кривой, описанной по ареакосинусу, то есть с переменной кривизной, что позволяет в контакте с породой использовать наиболее "острые", то есть с минимальными радиусами кривизны участки поверхности твердосплавной вставки.

На фиг. 1 представлена вставка с сечением осевой плоскостью, на фиг.2 - рабочая кромка вставки, приведенная к геометрическим элементам ареакосинуса, на фиг.3 - эффект воздействия вставки с ареакосинусным сечением.

Вставка содержит цилиндрический корпус 1, ударную поверхность 2, имеющую в сечении форму части ареакосинуса, с осью симметрии, параллельной геометрической оси вставки, и осевой цилиндрический канал 3.

При бурении вставка с ареакосинусной поверхностью 2 воздействует на забой и так как ареакосинус при тех же размерах известной вставки более "острый", т. е. имеет участки со значительно меньшими радиусами кривизны, обеспечивают большее проникание внутрь забоя и больший объем разрушения при тех же нагрузках.

На фиг. 2 показано сечение рабочей поверхности вставки, выполненной по кривой ареакосинуса, причем ось симметрии поверхности расположена горизонтально. Геометрические элементы кромки вставки задаются параметрами а и b. Параметр а определяет величину толщины стенки цилиндрического корпуса, а параметр b - размер АВ по оси симметрии поверхности - от ее вершины А, до проекции на эту ось точек сопряжения рабочей поверхности с цилиндрическими поверхностями корпуса - точки В. Из теории ареакосинуса [3, рис.1.44] известно соотношение

которое является обратной функцией для у=chx [3, стр.174], что позволяет найти соотношение

Теперь можно задаваясь величиной а, согласно фиг.2 и используя (2), получить параметр b при помощи зависимости

Возможно решение и обратной задачи, т.е. определение параметра а через задаваемый параметр b согласно фиг.2 и (1)

На фиг. 2 показана пунктиром вписанная полуокружность - по [2]. Как видно, при b=b' и а=а' для кривой ареакосинуса и полуокружности, а также во всех остальных случаях - при b≥а/2 для ареакосинуса, кривизны поверхности в крайних точках - окрестностях точки А(А_{окруж ности}) будут намного больше для ареакосинусной поверхности. Таким образом, при одинаковой толщине стенки, выполняя кромку вставки по кривой ареакосинуса получают большую "остроту" части поверхности, участвующей в работе.

На фиг. 3 показано, как концентрируются воздействия на горную породу вдоль оси вставки - штриховыми линиями.

При использовании предлагаемой вставки эффективность разрушения возрастает за счет большей "остроты" вставки - меньших радиусов кривизны.

Источники информации
1. Гетопанов В. Н. , Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. "Горные и транспортные машины и комплексы". Учебник для вузов. - М.: "Наука", 1991г.

2. Авт. свид. СССР 1778265, Мкл. Е 21 В 10/56, заявл. 31.10.90 г.

3. Бронштейн И.Н. и Семендяев К.А. "Справочник по математике". Для инженеров и учащихся вузов. - М.: "Наука", 1980 г.

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах ударно-вращательным методом. Изобретение позволяет усилить эффект разрушения. Вставка содержит цилиндрическую боковую поверхность, осевой канал и рабочую поверхность, которая в осевом сечении выполнена по ареакосинусу, ось симметрии которой параллельна продольной оси вставки. 3 ил.

Твердосплавная вставка для буровых коронок, содержащая цилиндрическую боковую поверхность, осевой канал и рабочую поверхность, отличающаяся тем, что рабочая поверхность в осевом сечении выполнена по ареакосинусу, ось симметрии которой параллельна продольной оси вставки.