РЕЗЕЦ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ Российский патент 2003 года по МПК E21B10/42 

Изобретение относится к горному делу, а конкретнее к резцам, используемым для бурения шпуров в горных породах.

Известны буровые резцы типов РП-7, БИ-741В [1, стр.58, первые два резца на рис. 3.22], армированные твердосплавными вставками с заостренным режущим лезвием. Недостатком таких резцов является невозможность обеспечить изменение задних углов резания в зависимости от радиуса рассматриваемой точки лезвия. Дело в том, что любая точка лезвия резца совершает винтовое движение, она, вращаясь вокруг оси резца, имеет окружную скорость резания V_P и, одновременно, весь резец подается на забой со скоростью V_П. Рабочие, т.е. появляющиеся в процессе бурения углы резания буровых резцов показаны на рис. 3.4, б в [1] на стр.25, где в частности показан угол θ и линия АL_P. Далее в [1] на стр.27 - последний абзац, показано, что линия AL_P есть реальная линия резания. При наличии скоростей резания V_P и подачи V_П, угол θ определяется зависимостью (3.8)

Т. к. резец вращается с угловой скоростью ω, то скорость резания определяется зависимостью
V_p = ωρ, (2)
где ρ - радиус рассматриваемой точки. Резцы, приведенные в [1] на стр. 58, имеют начальный диаметр 42 мм, обозначим его через D, и наименьший диаметр 8 мм - называемый диаметром рассечки, обозначим его через d, тогда ρ будет изменяться от d/2 до D/2.

Если подставить в (1) значение V_P из (2), то получим

При постоянной скорости подачи V_П угол θ тем больше, чем меньше значение ρ. Согласно рис. 3.4,б [1, стр.25] возможно появление таких углов θ, когда задняя поверхность резца "ляжет" на забой. В этом случае процесс резания-бурения прекратится или станет высокоэнергоемким процессом. Чтобы этого не происходило, необходимо во вращающихся резцах обеспечить переменным вдоль лезвия задний угол резания α_c (рис.3.4в [1] стр.25).

Резцы РП-7 и БИ-741В (рис.3.22 в [1]) этому условию не удовлетворяют, задние углы резания α_c в них создаются при заточке практически одинаковыми по всей длине лезвия.

Наиболее близким к заявляемому является резец БИ-741С (см. [2] стр.111, рис. III.50). Основной особенностью этого резца является криволинейность режущего лезвия при плоской передней поверхности твердосплавной пластины. Преимущество такого выполнения заключается в том, что при этом задний угол резания выполняется меняющимся вдоль лезвия резца, т.е. в радиальном направлении. Этот резец обеспечивает равное сопротивление резанию вдоль всего лезвия.

Однако и резцу БИ-741С присущи недостатки. Существенными из них являются сложность изготовления криволинейной кромки лезвия и необходимость обеспечения заточки лезвия с переменным задним углом резания.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции резца БИ-741С, принятого за прототип, и обеспечение гарантированного изменения задних углов резания вдоль лезвия.

Реализуемая в новой конструкции резца идея заключается в том, что лезвия создаются квазикриволинейными, т. е. примерно криволинейными, выполняются кусочно-линейчатыми с прямолинейными, равновеликими участками, образующими точки перегиба.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в резце для бурения шпуров, включающем перья, оснащенные твердосплавными пластинами, и хвостовик, лезвия выполняются в виде равновеликих прямолинейных участков, при этом точки перегиба лезвия располагаются на общей для них плоской выпуклой в сторону забоя кривой, в частности на дуге описывающей лезвие окружности.

Конструкция предлагаемого резца приведена на фиг., где обозначены:
1 - левое перо резца; 2 - правое перо резца; 3 - хвостовик резца, который может выполняться в виде резьбового с внутренней или наружной резьбой или в виде конусного соединения со штангой; 4 - припаиваемая к корпусу резца твердосплавная пластина; D - наружный диаметр резца; d - диаметр рассечки резца; А, В, С, Д - точки перегиба кусочно-линейчатого лезвия с равными участками α; О - центр кривизны описывающей кусочно-линейчатое лезвие кривой, в частности дуги описывающей окружности.

Из чертежа видно, что центр кривизны О находится на пересечении нормалей, проведенных из середин равновеликих прямолинейных участков, при этом описывающая точки перегиба лезвия А, В, С, Д кривая обращена выпуклостью вверх, т.е. в сторону забоя буримого шпура. Участки АВ, ВС, СД лезвия могут затачиваться на всей их длине с одной установки относительно обрабатывающего инструмента. Углы же заточки разных участков выбираются разными и такими, что задний угол резания вдоль лезвия остается квазипостоянным. Чем большее количество равновеликих участков принимается на лезвии с равными длинами α, тем менее задние углы резания на всех участках будут отличаться от оптимального, принимаемого для криволинейных лезвий.

Работает резец следующем образом. С помощью хвостовика 3, посредством внутренней или наружной резьбы или с помощью конусного соединения резец соединяется с буровой штангой. Буровой штанге задается вращение и осуществляется ее подача на забой. Резец, вращаясь и поступательно двигаясь вдоль собственной геометрической оси, совпадающей с осью буровой штанги, лезвиями входит в контакт с забоем и начинает разрушать его, образуя шпур. Так как каждое лезвие резца выполнено кусочно-линейчатым с перегибами, располагающимися на заданной выпуклой в сторону забоя плоской кривой, в частности на дуге описывающей лезвие окружности, оно точками перегиба врезается в разрушаемую породу и стабилизируется в движении в направлении оси шпура. В силу того, что каждый участок кусочно-линейчатого лезвия выполнен с различным углом заточки, рабочий задний угол резания вдоль лезвия описывается квазипостоянным, что приводит к высокой производительности бурения и низкой энергоемкости процесса.

Источники информации
1. М.Г. Крапивин. Горные инструменты. М.: Недра, 1979 г., 264 с.

2. О. Д. Алимов, Л.Т. Дворников. Бурильные машины. М.: Машиностроение, 1976 г., 296 с.

Изобретение относится к горному делу, а конкретнее к резцам, используемым для бурения шпуров в горных породах. Резец для бурения шпуров включает перья, оснащенные твердосплавными пластинами, и хвостовик. Лезвия выполнены в виде равновеликих прямолинейных участков. Точки перегиба лезвия расположены на плоской, выпуклой в сторону забоя кривой, в частности на дуге описывающей лезвие окружности. Упрощается конструкция резца. 1 ил.

Резец для бурения шпуров, включающий перья, оснащенные твердосплавными пластинами, и хвостовик, отличающийся тем, что лезвия выполнены в виде равновеликих прямолинейных участков, при этом точки перегиба лезвия расположены на общей для них плоской выпуклой в сторону забоя кривой, в частности на дуге описывающей лезвие окружности.