Область техники
Настоящее изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в котором отверстие под штырь сверлится в дальней концевой части корпуса инструмента, который вращается вокруг осевой линии и перемещается вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии, и в котором породоразрушающий штырь, выполненный из твердого материала, встраивается в отверстие под штырь так, что участок режущей кромки дальнего конца штыря выступает из него.
Приоритет испрашивается по японской патентной заявке № 2011-262526, зарегистрирована 30 ноября 2011 г., и японской патентной заявке № 2012-251357, зарегистрирована 15 ноября 2012 г., которые включены в данный документ посредством ссылки.
Предпосылки изобретения
В примере, описанном в PTL 1 и 2, известный породоразрушающий инструмент представляет собой инструмент для проходки ствола в грунте или горной породе следующего вида. Стальной корпус инструмента, на дальнем конце которого закреплено несколько породоразрушающих штырей, выполненных из металлокерамического сплава, например, из сверхтвердых металлических сплавов, крепится на дальнем концевом участке бурильной штанги или крепится с помощью некоторого устройства на дальнем концевом участке бурильной штанги. Породоразрушающий инструмент использует крутящий момент вращения вокруг осевой линии корпуса инструмента, который передается с буровой установки бурильной штангой, осевую нагрузку, действующую в направлении к дальней торцевой стороне, и ударную силу, действующую вдоль центральной осевой линии, передающуюся с погружного пневмоударника через устройство в дополнение к крутящему моменту и осевой нагрузке.
В данном случае породоразрушающий инструмент известной техники имеет следующую конфигурацию. В отверстии под штырь, просверленном в дальней концевой части корпуса инструмента, породоразрушающий штырь из металлокерамических сплавов выполнен таким, что цилиндрическая встраиваемая часть является интегрaльной со сферическим, коническим или в форме пули участком режущей кромки, расположенным в дальней торцевой стороне встраиваемой части. Породоразрушающий штырь выступает участком режущей кромки из отверстия под штырь. Встраиваемая часть прочно крепится в отверстии под штырь с помощью посадки с натягом, например, горячей запрессовкой. Таким образом, встраиваемая часть встраивается и крепится в отверстии под штырь.
В данном породоразрушающем инструменте, используемом в проходке грунта или породы, участок режущей кромки породоразрушающего штыря, который выступает из отверстия под штырь, вводится в контакт с грунтом или породой, обеспечивая проходку грунта или породы. Соответственно, происходит постепенный износ и абразивное истирание участка режущей кромки. В изношененном участке режущей кромки увеличивается радиус кривизны на криволинейной поверхности. При этом нарушается заточка режущей кромки, что снижает эффективность проходки. Кроме того, если износ породоразрушающего штыря постепенно приводит к уменьшению диаметра ствола проходки до диаметра меньше приемлемого, срок службы инструмента породоразрушающего инструмента заканчивается.
Вместе с тем, износ и абразивное истирание участка режущей кромки породоразрушающего штыря не являются равномерными. Например, среди нескольких породоразрушающих штырей, встроенных в дальней концевой части корпуса инструмента, в особенности породоразрушающих штырей, встроенных в калибрующую часть наружной периферийной стороны дальней концевой части, износ и абразивное истирание становятся значительными на поверхности, обращенной к наружной периферийной стороне. Поскольку происходит асимметричный износ, вероятно снижение показателей проходки, что вызывает уменьшение эффективности проходки. Данный износ породоразрушающего штыря в калибрующей части вызывает уменьшение диаметра ствола проходки и значительно уменьшает срок службы инструмента.
Данный неровный износ участка режущей кромки породоразрушающего штыря является более значительным в условиях, где участок режущей кромки серьезно изнашивается при работе в твердом грунте или породе. В результате, срок службы инструмента уменьшается и стоимость проходки увеличивается. В дополнение, также расходуются средства и время на перетачивание участка режущей кромки породоразрушающего штыря для восстановления показателей проходки. Кроме того, если срок службы породоразрушающего инструмента заканчивается до выполнения проходки ствола на проектную глубину, расходуются средства и время для замены корпуса инструмента. В дополнение, если постоянно происходит износ и абразивное истирание участка режущей кромки и при этом проходка продолжается без ухудшения показателей проходки, износ или повреждения могут возникать в корпусе инструмента, и перегрузки могут возникать в буровой установке.
Список противопоставленных материалов
Патентная литература
[PTL 1] японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2010-180551
[PTL 2] японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация 2011-042991
Сущность проблемы, решаемой изобретением
Настоящее изобретение сделано в описанных выше обстоятельствах, и задачей изобретения является создание породоразрушающего инструмента, который может поддерживать показатели проходки и эффективность проходки для породоразрушающего штыря в течение увеличенного времени, может увеличить срок службы инструмента и может уменьшить стоимость проходки на единицу глубины разрабатываемого ствола.
Средство решения проблемы
Породоразрушающий инструмент по настоящему изобретению имеет любую из следующих конфигураций.
(1) Породоразрушающий инструмент включает в себя корпус, отцентрованный по осевой линии; и породоразрушающий штырь, закрепленный в отверстии под штырь, просверленном в дальней концевой части корпуса инструмента. Корпус инструмента центрируется на осевой линии и перемещается вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. Породоразрушающий штырь выполнен так, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполняется интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси. Встраиваемая часть вставляется в отверстие под штырь и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь. По меньшей мере один породоразрушающий штырь служит вращающимся породоразрушающим штырем, который вращается вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии и крепится к встраиваемой части.
(2) В описанном выше (1) множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента. Некоторые из породоразрушающих штырей служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей, и остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента.
(3) В описанных выше (1) или (2) множество породоразрушающих штырей крепятся к корпусу инструмента. По меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, служит в качестве вращающегося породоразрушающего штыря, и остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента.
(4) В любом из описанных выше (1)-(3) между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, первая поверхность имеет вогнутую канавку, проходящую вокруг центральной оси, и вторая поверхность имеет выпуклый участок, размещающийся в вогнутой канавке.
(5) В описанном выше (4) одно из следующего: вогнутую канавку и выпуклый участок образует промежуточный элемент, который неподвижно крепится либо на наружной периферийной поверхности встраиваемой части или на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которых одно из следующего: вогнутая канавка и выпуклый участок расположен.
(6) В любом из описанных выше (1)-(3) вогнутая канавка, проходящая вокруг центральной оси, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. На внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, или участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется на месте, противоположном вогнутой канавке в направлении центральной оси. Блокирующий элемент размещается как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке или в участке отверстия под блокирующий элемент.
(7) В любом из описанных выше (1)-(6) встраиваемая часть вращающегося породоразрушающего штыря крепится в отверстии под штырь с помощью посадки с натягом, при этом натяг наружного диаметра d (мм) встраиваемой части составляет 0,5×d/1000 (мм) - 1,5×d/1000 (мм).
(8) В любом из описанных выше (1)-(7) поверхностный упрочненный слой выполняется по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря.
(9) В любом из описанных выше (1)-(8) поверхностный упрочненный слой выполняется в окрестности отверстия под штырь, в котором крепится по меньшей мере вращающийся породоразрушающий штырь корпуса инструмента.
(10) В любом из описанных выше (1)-(9) смазка помещается между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится.
В породоразрушающем инструменте, выполненном, как описано выше, вращающийся породоразрушающий штырь вращaется вокруг центральной оси встраиваемой части, имеющей снаружи цилиндрическую форму, которая вставляется в отверстие под штырь в корпусе инструмента во время проходки. Соответственно, при вращении корпуса инструмента во время проходки вращающийся породоразрушающий штырь приводится во вращение вокруг центральной оси, воспринимая контактное сопротивление от грунта или горной породы. Поэтому участок режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря также равномерно изнашивается в направлении по окружности вокруг центральной оси. Форма участка режущей кромки может поддерживаться без частичного и асимметричного износа режущей кромки. Таким образом, возможно значительное уменьшение снижения показателей проходки или эффективности проходки, что предотвращает увеличение радиуса криволинейной поверхности, образующей участок режущей кромки.
Отличие состоит в том, что вращающийся породоразрушающий штырь блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. Соответственно, отсутствует возможность нештатного выпадения породоразрушающего штыря. Например, состояние, где вращающийся породоразрушающий штырь блокируется для исключения скольжения, может включать в себя состояние, где вращающийся породоразрушающий штырь не выпадает из отверстия под штырь под действием собственного веса, когда корпус инструмента удерживается с дальней концевой частью корпуса инструмента, обращенной вниз.
Здесь, когда множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента указанным способом, все породоразрушающие штыри могут вращаться вокруг центральной оси во время проходки. В дополнение, из множества породоразрушающих штырей некоторые породоразрушающие штыри могут служить в качестве вращающихся породоразрушающих штырей, и остальные породоразрушающие штыри могут неподвижно крепиться к корпусу инструмента. Возможно увеличение срока службы инструмента, поскольку показатели проходки или эффективность проходки поддерживаются благодаря вращающимся породоразрушающим штырям.
В частности, когда множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента указанным способом, если по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, служит в качестве вращающегося породоразрушающего штыря, а остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента, по меньшей мере один вращающийся породоразрушающий штырь в наружной периферийной части дальней торцевой поверхности, то есть в калибрующей части, поддерживает показатели проходки или эффективность проходки. При этом можно эффективно замедлить уменьшение диаметра ствола проходки и можно надежно увеличить срок службы инструмента.
В дополнение, когда вращающийся породоразрушающий штырь крепится в отверстии под штырь с возможностью вращения вокруг центральной оси во время проходки и блокировки прижатым вплотную к дальней торцевой стороне в направлении вдоль центральной осевой линии, в первую очередь, между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором породоразрушающий штырь крепится, предпочтительным является расположение вогнутой канавки, проходящей вокруг центральной оси на первой поверхности, и расположение выпуклого участка для размещения в вогнутой канавке на второй поверхности.
Здесь, когда вогнутая канавка и выпуклый участок выполняются непосредственно на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента, с использованием разности в модуле упругости между вращающимся породоразрушающим штырем и корпусом инструмента, предпочтительным является увеличение диаметра отверстия под штырь с помощью упругого деформирования корпуса инструмента и запрессовка встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. Альтернативно, с использованием разницы коэффициентов термического расширения вращающегося породоразрушающего штыря и корпуса инструмента встраиваемую часть вращающегося породоразрушающего штыря можно вставлять в отверстие под штырь после нагрева корпуса инструмента и обеспечения термического расширения отверстия под штырь.
В дополнение, без выполнения вогнутой канавки и выпуклого участка непосредственно на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента вогнутую канавку или выпуклый участок можно выполнить в промежуточном элементе, который неподвижно крепится к наружной периферийной поверхности встраиваемой части или к внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которой располагается вогнутая канавка и выпуклый участок. В данном случае также предпочтительно неподвижное крепление промежуточного элемента к наружной периферийной поверхности встраиваемой части или к внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которой располагается вогнутая канавка и выпуклый участок, выполненный в промежуточном элементе, с помощью запрессовки, горячей запрессовки с использованием разницы коэффициентов термического расширения, или посадки с натягом, например, холодной посадки, описанной выше.
Во вторую очередь, без размещения выпуклого участка в вогнутой канавке указанным способом, вогнутая канавка, проходящая вокруг центральной оси, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. На внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, или участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется противоположно вогнутой канавке в направлении центральной оси. При этом блокирующий элемент может размещаться в обеих вогнутых канавках и вогнутом участке или участке отверстия под блокирующий элемент.
Здесь, когда выполняется вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, аналогичный вогнутой канавке на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, предпочтительно уменьшение диаметра разрезного кольца, служащего в качестве блокирующего элемента, размещение разрезного кольца в вогнутой канавке наружной периферийной поверхности встраиваемой части, например, и вставление разрезного кольца в отверстие под штырь. Затем, после совпадения положения вогнутой канавки с положением вогнутого участка, предпочтительно увеличение диаметра разрезного кольца с использованием упругой деформации и размещение разрезного кольца как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке. Альтернативно, несколько сферических элементов, служащих в качестве блокирующих элементов, можно вставлять снаружи в кольцевое отверстие, которое образуется вогнутой канавкой, совпадающей с вогнутым участком, и разрезное кольцо может размещаться как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке. В дополнение, когда участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, стержень, служащий в качестве блокирующего элемента, можно вставлять в отверстие под блокирующий элемент и стержень может размещаться в обеих вогнутых канавках.
Кроме того, встраиваемую часть вращающегося породоразрушающего штыря можно крепить в отверстие под штырь с помощью посадки с натягом, в которой натяг относительно наружного диаметра d (мм) встраиваемой части находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм). Если посадка с натягом выполняется с натягом в данном диапазоне, вращающийся породоразрушающий штырь не вращaющается, когда проходку не выполняют. Вместе с тем вращающийся породоразрушающий штырь может приводиться во вращение с противодействием трению в отверстии под штырь с использованием контактного сопротивления, возникающего от грунта или горной породы, которое обусловлено вращением корпуса инструмента во время проходки. В дополнение, возможно блокирование вращающегося породоразрушающего штыря для исключения его выпадения из отверстия под штырь.
Поверхностный упрочненный слой можно выполнить по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря. Например, выполнить обработку для устройства покрытия, такую как из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п. на поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря для образования поверхностного упрочненного слоя. При этом возможно увеличение прочности встраиваемой части и улучшение показателей вращения и скольжения встраиваемой части внутри отверстия под штырь. В дополнение, поверхностный упрочненный слой выполняется на поверхности участка режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря с использованием описанной выше обработки для устройства покрытия, или поверхностный упрочненный слой, образованный из поликристаллического алмаза, выполняется на поверхности участка режущей кромки. Таким образом, возможно дополнительное увеличение срока службы инструмента с помощью улучшения износостойкости участка режущей кромки. Описанный выше поверхностный упрочненный слой можно выполнить на поверхности породоразрушающего штыря, который неподвижно крепится к корпусу инструмента.
В дополнение, описанный выше поверхностный упрочненный слой можно выполнить в окрестности отверстия под штырь, в котором крепится по меньшей мере вращающийся породоразрушающий штырь корпуса инструмента. Таким способом, возможно предотвращение износа отверстия под штырь, обусловленного вращением вращающегося породоразрушающего штыря во время проходки. В частности, предпочтительно, когда вогнутая канавка или выпуклый участок выполняются непосредственно на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента. Поверхностный упрочненный слой в окрестности отверстия под штырь, как описано выше, можно выполнить с помощью высокочастотного упрочнения, карбюризации, лазерного упрочнения, азотирования или т.п., например, в дополнение к описанный выше обработке для устройства покрытия из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п.
Кроме того, смазку можно помещать между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится. Такая смазка обеспечивает плавное вращение вращающегося породоразрушающего штыря. Так можно дополнительно уменьшить износ встраиваемой части и отверстия под штырь.
Кроме того, буферный материал можно размещать между задней концевой поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и поверхностью дна отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится. Например, буферный материал, имеющий жесткость, меньше жесткости вращающегося породоразрушающего штыря, или корпус инструмента, такой как медная пластина, размещают между ними. Таким способом возможно предотвращение повреждения корпуса инструмента благодаря исключению приложения напрямую нагрузки, генерируемой во время проходки на корпус инструмента от вращающегося породоразрушающего штыря.
В дополнение, задняя концевая поверхность встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря может включать в себя выпуклой и конической формы участок, отцентрованный по центральной оси, и поверхность дна отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, может включать в себя участок с вогнутой и конической поверхностью, противоположный выпуклому и конической формы участку. Участок с вогнутой и конической поверхностью и выпуклый и конической формы участок вводятся в скользящий контакт друг с другом или противостоят друг другу через буферный материал. Таким образом, вращающийся породоразрушающий штырь может надежно вращаться вокруг центральной оси во время проходки. Участок с вогнутой и конической поверхностью и выпуклый и конической формы участок, или буферный материал, как описано выше, может включаться в состав во встраиваемой части или в отверстие под штырь, который неподвижно крепится к корпусу инструмента.
Эффект от изобретения
Как описано выше, согласно настоящему изобретению, в породоразрушающем штыре, который крепится с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии, возможно получение равномерного износа участка режущей кромки с исключением выпадения породоразрушающего штыря. Даже в условиях, когда участок режущей кромки серьезно изношен в результате взвимодействия с твердым грунтом или породой, нет необходимости перетачивать участки режущей кромки благодаря предотвращению неровного износа, такого как асимметричный износ. Поэтому возможно увеличение срока службы инструмента и уменьшение стоимости проходки на единицу глубины ствола с поддержанием показателей проходки и эффективности проходки породоразрушающего штыря в течение увеличенного периода времени.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан в изометрии образец для вариантов осуществления настоящего изобретения с первого по четвертый.
На фиг. 2A показан вид спереди первого варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.
На фиг. 2B показано сечение первого варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 2A.
На фиг. 3A показан вид спереди второго варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.
На фиг. 3B показано сечение второго варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 3A.
На фиг. 4A показан вид спереди третьего варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.
На фиг. 4B показано сечение третьего варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 4A.
На фиг. 5A показан вид спереди четвертого варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.
На фиг. 5B показано сечение четвертого варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 5A.
На фиг. 6A показано сечение по центральной оси первого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 6B показано сечение по центральной оси второго примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.
На фиг. 6C показано сечение по центральной оси третьего примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.
На фиг. 7A показано сечение по центральной оси четвертого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.
На фиг. 7B показано сечение по центральной оси пятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 8A показано сечение по центральной оси шестого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 8B показано сечение по центральной оси седьмого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 9A показано сечение по центральной оси восьмого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 9B показано сечение по линии ZZ фиг. 9A вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 9C показано сечение по центральной оси девятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
Фиг. 9D показано сечение по линии ZZ фиг. 9C вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 9E показано сечение по центральной оси десятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 9F показано сечение по линии ZZ фиг. 9E вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 10A показано сечение по центральной оси одиннадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 10B показано сечение по центральной оси двенадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 11A показано сечение по центральной оси тринадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 11B показано сечение по центральной оси четырнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 12A показано сечение по центральной оси пятнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
На фиг. 12B показано сечение по центральной оси шестнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1-5B соответственно показaны варианты осуществления с первого по четвертый настоящего изобретения. В данных вариантах осуществления корпус 1 инструмента выполнен из стали. Как показано на фиг. 1, дальний конец инструмента (левый участок на фиг. 1, нижний участок на фиг. 2В, 3В, 4В, 5B) имеет большой диаметр. Наружный диаметр инструмента постепенно уменьшается к заднему концевому участку корпуса 1 инструмента (правый участок на фиг., верхний участок на фиг. 2В, 3В, 4В, 5B). Корпус 1 инструмента имеет по существу многоступенчатую цилиндрическую форму с центровкой по осевой линии O.
Задний концевой участок корпуса 1 инструмента служит в качестве хвостовика 2. Хвостовик 2 прикрепляется к погружному пневмоударнику (не показано). Таким образом, корпус 1 инструмента принимает ударную силу, действующую на дальнем конце, в направлении осевой линии O от погружного пневмоударника. В дополнение, буровая установка соединяется с задним концом погружного пневмоударника бурильной штангой (не показано). Корпус 1 инструмента принимает крутящий момент, действующее на осевой линии O и осевую нагрузку, действующую на дальний конец в направлении осевой линии O от буровой установки.
Дальняя концевая часть 3 корпуса 1 инструмента выполнена такой, что внутренняя периферийная часть 3A его дальней торцевой поверхности имеет круглую поверхность, перпендикулярную осевой линии O и отцентрованную по осевой линии O, и наружная периферийная часть 3B дальней торцевой поверхности служит конической калибрующей частью с небольшим наклоном к задней торцевой стороне, при этом корпус 1 инструмента обращен к наружной периферийной стороне. В дополнение, наружная периферийная поверхность дальней концевой части 3, соединенная с задней концевой стороной наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, образует коническую поверхность с небольшим наклоном к внутренней периферийной стороне, при этом корпус 1 инструмента обращен к задней торцевой стороне. Кроме того, наружная периферийная поверхность образует вогнутую криволинейную форму, выступает к наружной периферийной стороне и затем соединяется с хвостовиком 2 через уступ.
Для выпуска шлама, постоянно генерируемого во время проходки, несколько (восемь в настоящем варианте осуществления) наружных периферийных выпускных канавок 4A, проходящих параллельно осевой линии O, выполнены через равные интервалы по периметру на наружной периферийной поверхности дальней концевой части 3 инструмента. Данные наружные периферийные выпускные канавки 4A выполнены в такой конфигурации, что в сечении, ортогональном осевой линии O, образуется вогнутая криволинейная форма, такая как вогнутая дуга. Радиус от осевой линии O до дна канавки немного больше радиуса окружности, образованной внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности.
В двух из восьми наружных периферийных выпускных канавок 4A (вертикально расположенные наружные периферийные выпускные канавки на фиг. 2A, 3А, 4А, 5А), расположенных противоположно друг другу поперек осевой линии O, от дальнего конца выполнены выпускные канавки 4B дальнего конца, которые проходят к внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности к внутренней периферийной стороне, достигающие приблизительно радиального положения окружности, образованной внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности. В дополнение, продувочное отверстие 1A для сжатого воздуха выполнено проходящим от заднего конца к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии O в корпусе 1 инструмента. Продувочное отверстие 1A раздваивается в дальней концевой части 3 и открывается на внутреннем периферийном конце выпускной канавки 4B дальнего конца.
Породоразрушающие штыри 5 встраиваются во внутреннюю периферийную часть 3A дальней торцевой поверхности и наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента. Породоразрушающий штырь 5 выполняется из металлокерамических сплавов, таких как сверхтвердые металлические сплавы с твердостью выше, чем у корпуса 1 инструмента. Как показано на фиг. 6A-12B, встраиваемая часть 6 дальней торцевой стороны (нижняя сторона на фиг. 6A-8B, 9A, 9C, 9E и 10A-12B), образующая по существу цилиндрическую форму, отцентрованную по центральной оси C, отливается под давлением интегрaльно с участком 7 режущей кромки дальней торцевой стороны (верхняя сторона на фиг. 6A-8B, 9A, 9C, 9E и 10A-12B).
В породоразрушающем штыре 5, показанном на фиг. 6A-12B, участок 7 режущей кромки образует полусферическую форму, отцентрованную по центральной оси C, с радиусом немного больше радиуса дальнего конца встраиваемой части 6. Вместе с тем участок 7 режущей кромки может образовывать коническую форму, дальний конец которой закруглен до сферической формы, и отцентрованную по центральной оси C, или может образовывать форму пули, отцентрованную по центральной оси C.
Описанный выше породоразрушающий штырь 5 встраивается таким способом, что встраиваемая часть 6 вставляется и встраивается в отверстие 8 под штырь, выполненное в корпусе 1 инструмента в виде выемки по существу цилиндрической формы. Породоразрушающий штырь 5 крепится в отверстии с выступающим участком 7 режущей кромки. В вариантах осуществления с первого по четвертый множество породоразрушающих штырей 5 крепится к дальней концевой части корпуса 1 инструмента. По меньшей мере несколько из породоразрушающих штырей 5, показaнные штриховкой на фиг. 2A-5B, вращаются вокруг центральной оси C во время проходки и блокируются так, что не скользят в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C и служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A, закрепленных в отверстии 8 под штырь.
В любом из вариантов осуществления с первого по четвертый множество породоразрушающих штырей 5 соответственно крепятся во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности и наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента. Восемь породоразрушающих штырей 5 (соответственно один за другим) закреплены в наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности так, что соответствующие породоразрушающие штыри 5 один за другим установлены по существу через равные интервалы по периметру между наружными периферийными выпускными канавками 4A, смежными друг с другом в направлении по окружности.
Породоразрушающий штырь 5, встроенный в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, встраивается так, что центральная ось C проходит к наружной периферийной стороне, поскольку она обращена в дальнюю торцевую сторону корпуса 1 инструмента и приблизительно перпендикулярна наружной периферийной части 3B его дальней торцевой поверхности. Максимальный наружный диаметр от осевой линии O участка 7 режущей кромки породоразрушающего штыря 5, встроенного в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, если смотреть с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии O (диаметр окружности отцентрованной по осевой линии O и описывающей участок режущей кромки породоразрушающего штыря 5, встроенного в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, если смотреть от дальнего конца в направлении осевой линии O), немного больше максимального наружного диаметра дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента (диаметр по линии пересечения между наружной периферийной частью 3B дальней торцевой поверхности и наружной периферийной поверхностью дальней концевой части 3, который соединяется с задней концевой стороной).
В дополнение, четыре породоразрушающих штыря 5 крепятся на наружной периферийной стороне внутри внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности. Породоразрушающие штыри 5 наружной периферийной стороны внутри внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности крепятся так, что вписываются в окружность, образованную внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности, если смотреть с дальнего конца в направлении осевой линии O. В дополнение, породоразрушающие штыри 5 крепятся через равные интервалы по периметру для установки внутри наружных периферийных выпускных канавок 4A смежно с обеими сторонами в направлении по окружности двух наружных периферийных выпускных канавок 4A, сообщающихся с выпускными канавками 4B дальнего конца вне наружных периферийных выпускных канавок 4A.
Кроме того, множество (четыре) породоразрушающих штырей 5 также крепится на расположенной дальше внутренней периферийной стороне, кроме породоразрушающих штырей 5 наружной периферийной стороны внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности. Породоразрушающие штыри 5 внутренней периферийной стороны крепятся в обход выпускных канавок 4B дальнего конца и продувочного отверстия 1A и крепятся с таким радиальным смещением, что их орбиты при вращении вокруг осевой линии O занимают по существу всю зону окружности, образованной внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности, за исключением зоны, очень близкой к осевой линии O вместе с породоразрушающими штырями 5 наружной периферийной стороны внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности. Породоразрушающие штыри 5, прикрепленные на внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности выполнены так, что их центральные оси C параллельны осевой линии O, и величины выступания участков 7 режущей кромки в направлении осевой линии O являются одинаковыми.
В первом из вариантов осуществления с первого по четвертый, показанном на фиг. 2A и 2B, все породоразрушающие штыри 5, прикрепленные на внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности и наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3, служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A. В дополнение, во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 3A и 3B, породоразрушающие штыри 5, прикрепленные на наружной периферийной части 3A, и породоразрушающие штыри 5 наружной периферийной стороны из породоразрушающих штырей 5, прикрепленных на внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности, служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A.
Кроме того, в третьем варианте осуществления, показaнном на фиг. 4A и 4B, все породоразрушающие штыри 5, прикрепленные на наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A. В четвертом варианте осуществления, показaнном на фиг. 5A и 5B, каждый второй породоразрушающий штырь 5 в направлении по окружности, то есть только четыре породоразрушающих штыря 5 из породоразрушающих штырей 5, прикрепленных на наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A. В вариантах осуществления со второго по четвертый для породоразрушающих штырей 5, отличающихся от вращающегося породоразрушающего штыря 5A, исключается вращение вокруг центральной оси C даже во время проходки и выполняется блокировка для исключения выскальзывания в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C, штыри прочно крепятся к корпусу 1 инструмента.
Здесь для неподвижного крепления породоразрушающих штырей 5, отличающихся от породоразрушающих штырей 5A в корпусе 1 инструмента, не допускающего вращения вокруг центральной оси C, устанавливается относительно высокий натяг между наружным диаметром встраиваемой части 6 породоразрушающего штыря 5 и внутренним диаметром отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента. Встраиваемая часть 6 запрессовывается в отверстие 8 под штырь, или встраиваемая часть 6 вставляется с горячей запрессовкой в отверстие 8 под штырь, диаметр которого увеличивают с помощью нагрева корпуса 1 инструмента. Таким образом, породоразрушающий штырь 5 можно закреплять в корпусе 1 инструмента с помощью посадки с натягом.
В отличие от этого, примеры от первого до шестнадцатого средство крепления при креплении вращающегося породоразрушающего штыря 5A в отверстии 8 под штырь, обеспечивающее вращение вокруг центральной оси C во время проходки и препятствующее скольжению вращающегося породоразрушающего штыря 5A в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C, как описано выше, описаны ниже и показаны на фиг. 6A-12B. На фиг. 6A-6C и 10A-12B показан вариант, где вращающийся породоразрушающийся штырь 5A напрямую крепится в отверстии 8 под штырь. В дополнение, на фиг. 7A-8B показан вариант, где вращающийся породоразрушающийся штырь 5A крепится в отверстии 8 под штырь с помощью промежуточного элемента. Кроме того, на фиг. 9A-9F показан вариант, где вращающийся породоразрушающийся штырь 5A крепится в отверстии 8 под штырь с помощью блокирующего элемента.
В первом примере, показaнном на фиг. 6A, задний концевой участок встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A имеет цилиндрическую форму с радиусом немного больше радиуса дальнего концевого участка встраиваемой части 6 на одну ступень. Задний концевой участок встраиваемой части 6 образует выпуклый участок 6A, выступающий к наружной периферийной стороне дальнего концевого участка в радиальном направлении относительно центральной оси C. В дополнение, отверстие 8 под штырь в корпусе 1 инструмента выполнено так, что внутренний диаметр дальнего концевого участка стороны проема отверстия немного больше наружного диаметра дальнего концевого участка встраиваемой части 6 и немного меньше наружного диаметра выпуклого участка 6A заднего концевого участка встраиваемой части 6.
В отличие от этого, внутренний диаметр заднего концевого участка нижней стороны отверстия 8 под штырь больше диаметра дальнего концевого участка отверстия 8 под штырь на одну ступень и немного больше наружного диаметра выпуклого участка 6A заднего концевого участка встраиваемой части 6. Задний концевой участок отверстия 8 под штырь выполнен проходящим вокруг центральной оси C и служит в качестве вогнутой канавки 8A для размещения выпуклого участка 6A. Длина выпуклого участка 6A в направлении центральной оси C немного меньше длины вогнутой канавки 8A в направлении центральной оси C.
В дополнение, во втором примере, показaнном на фиг. 6B, кольцевой выпуклый участок 6B, немного выступающий к наружной периферийной стороне в радиальном направлении относительно центральной оси C и проходящий вокруг центральной оси C, выполнен по существу в центре в направлении центральной оси C встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Сечение вдоль центральной оси C выпуклого участка 6B имеет выпуклую криволинейную форму, такую как выпуклая дуга, например. В отличие от этого, в отверстии 8 под штырь в корпусе 1 инструмента также выполнена вогнутая канавка 8B, сечение которой имеет вогнутую криволинейную форму, такую как вогнутая дуга, и в которой может размещаться выпуклый участок 6B на месте, соответствующем выпуклому участку 6B в направлении центральной оси C, проходящая вокруг центральной оси C.
Наружный диаметр выпуклого участка 6B больше внутреннего диаметра отверстия 8 под штырь, за исключением вогнутой канавки 8B, и немного меньше внутреннего диаметра вогнутой канавки 8B. В дополнение, радиус выпуклой криволинейной линии, такой как выпуклая дуга, образованная сечением выпуклого участка 6B, немного меньше радиуса вогнутой криволинейной линии, такой как вогнутая дуга, образованная сечением вогнутой канавки 8B. Кроме того, наружный диаметр встраиваемой части 6 на участке, исключающем выпуклый участок 6B, немного меньше внутреннего диаметра отверстия 8 под штырь на участке, исключающем вогнутую канавку 8B.
В отличие от этого, в третьем примере, показaнном на фиг. 6C, противоположно второму примеру, показaнном на фиг. 6B, кольцевая вогнутая канавка 6C, созданная в виде небольшой выемки на внутренней периферийной стороне в радиальном направлении относительно центральной оси C и проходящая вокруг центральной оси C, выполнена по существу по центру в направлении центральной оси C встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Сечение вдоль центральной оси C вогнутой канавки 6C имеет вогнутую криволинейную форму, такую как вогнутая дуга, например. В отличие от этого, в отверстии 8 под штырь в корпусе 1 инструмента выполнен выпуклый участок 8C, сечение которого имеет выпуклую криволинейную форму, такую как выпуклая дуга, и который может размещаться в вогнутой канавке 6C, на месте, соответствующем вогнутой канавке 6C в направлении центральной оси C, проходящий вокруг центральной оси C. Внутренний диаметр выпуклого участка 8C больше наружного диаметра вогнутой канавки 6C и меньше наружного диаметра встраиваемой части 6 на участке, исключающем вогнутую канавку 6C.
В примерах с первого по третий наружный диаметр участка, за исключением выпуклых участков 6A и 6B и вогнутой канавки 6C во встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A немного меньше внутреннего диаметра участка, за исключением вогнутых канавок 8A и 8B и выпуклого участка 8C в отверстии 8 под штырь. Наружная периферийная поверхность встраиваемой части 6 приспосабливается для и вставляется внутрь пространства, ограниченного периферийной поверхностью отверстия 8 под штырь, с зазором для скользящего контакта в режиме посадки с гарантированным зазором. При этом выпуклые участки 6A, 6B и 8C размещаются в вогнутых канавках 8A, 8B и 6C и блокируются ими. При этом обеспечивается вращение породоразрушающего штыря 5A вокруг центральной оси C во время проходки и без проходки в состоянии, где вращающийся породоразрушающий штырь 5A заблокирован для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C.
Для вставления описанной выше встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A в отверстие 8 под штырь в корпусе 1 инструмента с использованием разницы модулей упругости корпуса 1 инструмента, выполненного из стали и вращающегося породоразрушающего штыря 5A, выполненного из металлокерамического сплава, такого как сверхтвердые металлические сплавы, предпочтительным является упругое деформирование корпуса 1 инструмента вокруг отверстия 8 под штырь с помощью запрессовки встраиваемой части 6 в отверстие 8 под штырь и размещение выпуклых участков 6A, 6B и 8C в вогнутых канавках 8A, 8B и 6C. Альтернативно, после вставления встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A в отверстие 8 под штырь, диаметр которого увеличивают с помощью нагрева дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента для термического расширения, корпус 1 инструмента охлаждается, и отверстие 8 под штырь сокращается. Таким образом, выпуклые участки 6A, 6B и 8C могут размещаться в вогнутых канавках 8A, 8B и 6C.
В четвертом и пятом примерах, показaнных на фиг. 7A и 7B, промежуточный элемент 10 крепится к внутренней периферии отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента. В дополнение, в шестом и седьмом примерах, показaнных на фиг. 8A и 8B, противоположно четвертому и пятому примерам промежуточный элемент 10 крепится к наружной периферии встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Таким образом, вращающиеся породоразрушающие штыри 5A соответственно блокируются для исключения скольжения с помощью выполнения вогнутой канавки или выпуклого участка и могут вращaться во время проходки.
В четвертом примере, показaнном на фиг. 7A, аналогично показанному в первом примере, встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A имеет многоступенчатую цилиндрическую форму, в которой задний концевой участок имеет радиус немного больше радиуса дальнего концевого участка на одну ступень и образует выпуклый участок 6A, выступающий к наружной периферийной стороне дальнего концевого участка в радиальном направлении относительно центральной оси C. С другой стороны отверстие 8 под штырь в корпусе 1 инструмента имеет постоянный внутренний диаметр, в котором может размещаться выпуклый участок 6A, по всей длине в направлении центральной оси C.
Промежуточный элемент 10 в четвертом примере является цилиндрическим элементом и выполнен из стали, аналогичной стали корпуса 1 инструмента. Наружный диаметр промежуточного элемента 10 до крепления в отверстии 8 под штырь немного больше внутреннего диаметра отверстия 8 под штырь. В дополнение, внутренний диаметр промежуточного элемента 10 меньше наружного диаметра заднего концевого участка, служащего в качестве выпуклого участка 6A во встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A после крепления в отверстии 8 под штырь. Промежуточный элемент 10 выполнен с внутренним диаметром больше наружного диаметра дополнительной дальней концевой стороны встраиваемой части 6.
Описанный выше промежуточный элемент 10 в четвертом примере неподвижно крепится на внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь с помощью посадки с натягом следующим образом. После вставления встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A в отверстие 8 под штырь промежуточный элемент 10 вдавливается в участок между внутренней периферией отверстия 8 под штырь и наружной периферией дальнего концевого участка встраиваемой части 6 с помощью запрессовки, или вставляется в отверстие 8 под штырь, диаметр которого увеличивают с помощью нагрева корпуса 1 инструмента для термического расширения. При этом образуется вогнутая канавка 8A, в которой размещается выпуклый участок 6A встраиваемой части 6 внутри отверстия 8 под штырь, расположенный дальше на задней концевой стороне, чем промежуточный элемент 10, закрепленный таким образом.
В дополнение, в пятом примере, показaнном на фиг. 7B, аналогично показанному в третьем примере, вращающийся породоразрушающий штырь 5A выполнен с кольцевой вогнутой канавкой 6C, проходящей вокруг центральной оси C по существу в центре в направлении центральной оси C встраиваемой части 6. Отверстие 8 под штырь имеет постоянный внутренний диаметр немного больше наружного диаметра встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A на одну ступень. Цилиндрический промежуточный элемент 10 вставляется и размещается между встраиваемой частью 6 и отверстием 8 под штырь с помощью посадки с натягом.
Аналогично выпуклому участку 8C в третьем примере выпуклый участок 10A выполняется на месте, соответствующем вогнутой канавке 6C встраиваемой части 6 в направлении центральной оси C на внутренней периферийной поверхности промежуточного элемента 10, проходящим вокруг центральной оси C. Выпуклый участок 10A имеет внутренний диаметр меньше наружного диаметра участка за исключением вогнутой канавки 6C встраиваемой части 6 и может размещаться в вогнутой канавке 6C. Внутрений диаметр промежуточного элемента 10 участка за исключением выпуклого участка 10A немного больше наружного диаметра встраиваемой части 6 участка за исключением вогнутой канавки 6C.
Описанный выше промежуточный элемент 10 в пятом примере устанавливается с натягом и фиксируется в отверстии 8 под штырь с помощью запрессовки или горячей запрессовки с использованием термического расширения. Затем встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A запрессовывается в промежуточный элемент 10, закрепленный таким образом, или встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A вставляется во внутреннюю периферийную часть промежуточного элемента 10, диаметр которого увеличивают с помощью нагрева корпуса 1 инструмента вместе с промежуточным элементом 10, подлежащим термическому расширению. Затем выпуклый участок 10A размещается в вогнутой канавке 6C, и другой участок устанавливается с гарантированным зазором. Вращающийся породоразрушающий штырь 5A может вращaться во время проходки и крепится с блокировкой для исключения скольжения. Альтернативно, в отличие от этого, промежуточный элемент 10, в котором встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A посажена с гарантированным зазором с внутренней периферийной частью, устанавливается с натягом в отверстие 8 под штырь вместе с вращающимся породоразрушающим штырем 5A. Таким образом, промежуточный элемент 10 можно крепить в отверстии 8 под штырь с помощью увеличения его диаметра.
Кроме того, в шестом и седьмом примерах, показaнных на фиг. 8A и 8B, сам вращающийся породоразрушающий штырь 5A не имеет выпуклых участков 6A и 6B и вогнутой канавки 6C во встраиваемой части 6. Аналогично другим породоразрушающим штырям 5, вращение которых сдерживается, встраиваемая часть 6 сохраняет цилиндрическую форму с постоянным наружным диаметром, отцентрованную по центральной оси C. Трубчатый промежуточный элемент 10, внутренний диаметр которого до скрепления немного меньше наружного диаметра встраиваемой части 6, крепится неподвижно на наружной периферии встраиваемой части 6 с помощью посадки с натягом таким способом, что встраиваемая часть 6 запрессовывается во внутренний периферийный участок промежуточного элемента 10, или встраиваемая часть 6 вставляется во внутренний периферийный участок промежуточного элемента 10, диаметр которого увеличивают с помощью термического расширения.
В шестом примере, показaнном на фиг. 8A, длина в направлении центральной оси C промежуточного элемента 10 приблизительно равна глубине отверстия 8 под штырь. Вместе с тем наружный диаметр стороны заднего концевого участка встраиваемой части 6 больше диаметра стороны дальнего концевого участка на одну ступень. Сторона заднего концевого участка, диаметр которого больше на одну ступень, служит в качестве выпуклого участка 10B. В дополнение, аналогично первому примеру, вогнутая канавка 8A выполняется в заднем концевом участке отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента таким способом, что внутренний диаметр заднего концевого участка стороны дна отверстия немного больше внутреннего диаметра дальнего концевого участка стороны проема отверстия на одну ступень. Выпуклый участок 10B промежуточного элемента 10, который прикрепляется к вращающемуся породоразрушающему штырю 5A, размещается в вогнутой канавке 8A. Кроме того, внутренний диаметр дальнего концевого участка отверстия 8 под штырь, расположенного дальше стороны участка проема, чем вогнутая канавка 8A, меньше наружного диаметра выпуклого участка 10B и немного больше наружного диаметра дальней концевой части промежуточного элемента 10.
В дополнение, даже в седьмом примере, показaнном на фиг. 8B, длина в направлении центральной оси C промежуточного элемента 10 приблизительно равна глубине отверстия 8 под штырь. Выпуклый участок 10C, который образует выпукло криволинейную форму в сечении и немного выступает к наружной периферийной стороне в радиальном направлении, выполняется кольцевой формы, проходящим вокруг центральной оси C по существу в центральной части в направлении центральной оси C своей наружной периферийной части. Вогнутая канавка 8B, образующая вогнутую криволинейную форму в сечении, аналогично второму примеру, выполняется на месте, соответствующем выпуклому участку 10C в направлении центральной оси C отверстия 8 под штырь, проходящей вокруг центральной оси C. Выпуклый участок 10C размещается в вогнутой канавке 8B.
В дополнение, в примерах с восьмого по десятый, показaнных на фиг. 9A-9F, в которых вращающийся породоразрушающий штырь 5A крепится с помощью блокирующего элемента, вогнутая канавка 6D, проходящая вокруг центральной оси C, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части 6. В восьмом и десятом примерах вогнутая канавка 8D, аналогично проходящая вокруг центральной оси C, выполняется на месте, соответствующем вогнутой канавке 6D в направлении центральной оси C внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь. В дополнение, в девятом примере участок проема к внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь для отверстия 8Е под блокирующий элемент, просверленного на корпусе 1 инструмента и проходящего в тангенциальном направлении по окружности вогнутой канавки 6D в сечении, ортогональном центральной оси C, выполняется на месте, соответствующем вогнутой канавке 6D внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь. В примерах с восьмого по десятый встраиваемая часть 6 устанавливается с гарантированным зазором в отверстие 8 под штырь.
В восьмом примере, показaнном на фиг. 9A и 9B, вогнутая канавка 6D выполняется U-образной формы в сечении вдоль центральной оси C, например. Вогнутая канавка 8D имеет сечение полукруглой формы с диаметром, равным ширине вогнутой канавки 6D. В качестве блокирующего элемента разрезное кольцо 11A, выполненное из упруго деформирующегося материала, например, пружинной стали размещается в описанных выше вогнутых канавках 6D и 8D. Сечение разрезного кольца 11A является окружностью с диаметром, обеспечивающим тесный контакт с полуокружностью, образованной в сечении вогнутой канавки 8D.
Описанное выше разрезное кольцо 11A размещается внутри вогнутой канавки 6D благодаря упругой деформации и уменьшению в диаметре. Затем встраиваемая часть 6 вставляется в отверстие 8 под штырь в состоянии, где разрезное кольцо 11A размещено данным способом. После совмещения вогнутой канавки 6D и вогнутой канавки 8D друг с другом разрезное кольцо 11A увеличивается в диаметре благодаря упругости, размещаясь в обеих вогнутых канавках 6D и 8D. Таким образом, обеспечивается вращение породоразрушающего штыря 5A вокруг центральной оси С и его блокировка для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C.
В дополнение, в девятом примере, показaнном на фиг. 9C и 9D, вогнутая канавка 6D вращающегося породоразрушающего штыря 5A имеет в сечении полукруглую форму. Отверстие 8Е под блокирующий элемент имеет внутренний диаметр, равный диаметру полуокружности, образованной сечением вогнутой канавки 6D. В данном девятом примере, как показано на фиг. 9D, два отверстия 8Е под блокирующий элемент для одного отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента выполняются проходящими в одной плоскости ортогональной центральной оси C, причем центральная ось C помещена между ними и параллельно друг другу с противоположных сторон.
Данные отверстия 8Е под блокирующий элемент проходят в направлении, где их центральная линия входит в контакт с внутренней периферийной поверхностью отверстия 8 под штырь на описанной выше плоскости и открываются на внутренней периферийной поверхности. Таким образом, отверстия 8Е под блокирующий элемент проходят в тангенциальном направлении вогнутой канавки 6D. В точке касания участок проема на внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь совпадает с вогнутой канавкой 6D, образуя окружность в сечении. Цилиндрический штифт в виде стержня 11B, служащего в качестве блокирующего элемента, подбирается и вставляется в отверстие 8Е под блокирующий элемент для исключения скольжения. Стержень 11B размещается как в участке проема, так и в вогнутой канавке 6D. Таким образом, вращающемуся породоразрушающему штырю 5A обеспечивается вращение вокруг центральной оси C и блокирование для исключения скольжения в дальнюю торцевую сторону в направлении центральной оси C.
Кроме того, в десятом примере, показaнном на фиг. 9E и 9F, вогнутая канавка 6D вращающегося породоразрушающего штыря 5A также имеет сечение полукруглой формы. Вогнутая канавка 8D внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь также имеет сечение полукруглой формы с радиусом, равным радиусу вогнутой канавки 6D. В дополнение, в корпусе 1 инструмента отверстия 8F под блокирующий элемент с внутренним диаметром с радиусом, равным радиусу вогнутых канавок 6D и 8D, сверлятся к вогнутой канавке 8D для одного отверстия 8 под штырь для связи с вогнутой канавкой 8D.
Затем, несколько шариков 11C подаются через отверстие 8F под блокирующий элемент в кольцевое отверстие, созданное вогнутыми канавками 6D и 8D, совмещенными друг с другом, и имеющее круглое сечение и размещаются в обеих вогнутых канавках 6D и 8D в качестве блокирующего элемента. После размещения шариков 11C таким образом стержень (не показано) вставляется в отверстие 8F под блокирующий элемент, что обуславливает выскальзывание шариков 11C из кольцевого отверстия. При этом качение шариков 11C обеспечивает вращение породоразрушающего штыря 5A вокруг центральной оси C и блокирование, исключающее скольжение в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C.
В инструменте для горной выработки, выполненном, как описано выше, штырь 5, служащий в качестве вращающегося породоразрушающего штыря 5A, вращается вокруг своей центральной оси. Когда корпус 1 инструмента вращается вокруг осевой линии O во время проходки, вращающийся породоразрушающий штырь 5A также приводится во вращeние вокруг центральной оси C под действием контактного сопротивления от грунта или горной породы. При этом во вращающемся породоразрушающем штыре 5A участок 7 режущей кромки равномерно изнашивается в направлении по окружности вследствие проходки. Соответственно, является возможным предотвращение частичного и асимметричного износа участка 7 режущей кромки. Возможно значительное уменьшение падения характеристик при проходке или потери эффективности проходки благодаря предотвращению увеличения радиуса кривизны криволинейной поверхности, образующей участок 7 режущей кромки.
Например, в породоразрушающем инструменте известной техники, где все породоразрушающие штыри крепятся неподвижно в корпусе инструмента способом, исключающим их вращение, породоразрушающий инструмент описывается, как пример, где максимальный наружный диаметр от осевой линии O участка режущей кромки породоразрушающего штыря, который встроен в наружную периферийную часть дальней торцевой поверхности, если смотреть с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии O корпуса инструмента, составлял 152 мм. Проходка выполнялась при заданных условиях. Породоразрушающие штыри, встроенные в наружной периферийной части дальней торцевой поверхности, имели участки режущей кромки с асимметричным износом, и их диаметры соответственно уменьшились на 2 мм на внутренней периферийной стороне. Когда максимальный наружный диаметр составил 148 мм, срок службы породоразрушающего штыря закончился. В данный момент времени количественное значение износа породоразрушающего штыря составило 2,9 грамм.
Вместе с тем в породоразрушающем инструменте по настоящему изобретению, в котором породоразрушающий штырь, встроенный в наружную периферийную часть дальней торцевой поверхности, служит вращающимся породоразрушающим штырем 5A, при аналогичном количественном значении износа породоразрушающего штыря 5A, составлявшем 2,9 грамм, участок 7 режущей кромки был равномерно изношен в направлении по окружности. В данном случае диаметр уменьшился на 0,64 мм, и максимальный наружный диаметр участка режущей кромки составил 150,7 мм. Таким образом, установлено, что срок службы инструмента можно продлить более чем в три раза в сравнении с жизненным циклом породоразрушающего инструмента известной техники.
Поэтому в породоразрушающем инструменте, выполненном, как описано выше, даже в условиях, где участок режущей кромки серьезно изношен вследствие твердого грунта или породы, нет необходимости перетачивать участок 7 режущей кромки. Соответственно, возможно увеличение срока службы инструмента и уменьшение стоимости проходки на единицу глубины проходки. С другой стороны, даже когда вращающийся породоразрушающий штырь 5A вращaется вокруг центральной оси C таким способом, вращающийся породоразрушающий штырь 5A блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C и удерживается в отверстии 8 под штырь. Поэтому, как и в варианте породоразрушающего штыря 5, встроенного в корпусе 1 инструмента с исключением вращения, породоразрушающий штырь 5 не выпадает из корпуса 1 инструмента, и показатели проходки и эффективность проходки не снижаются.
Когда множество породоразрушающих штырей 5 встраивается в корпус 1 инструмента, как в первом варианте осуществления, показaнном на фиг. 2A и 2B, все породоразрушающие штыри 5 могут служить в качестве вращaющихся породоразрушающих штырей 5A. Вместе с тем, хотя срок службы описанного выше вращающегося породоразрушающего штыря 5A можно увеличить, обеспечив участку 7 режущей кромки равномерный износ, сложно добиться прочности крепления вращающегося породоразрушающего штыря 5A в корпусе 1 инструмента в сравнении с породоразрушающим штырем 5, который крепится неподвижно с исключением вращения. Поэтому возможны трудности передачи ударной силы и осевой нагрузки на дальнюю торцевую сторону в направлении осевой линии O или крутящего момента вокруг осевой линии O, которые передаются с корпуса 1 инструмента на вращающийся породоразрушающийся штырь 5A и затем на грунт или породу.
Поэтому в данном случае, как в вариантах осуществления со второго по четвертый, показaнных на фиг. 3A-5B, во множестве породоразрушающих штырей 5 некоторые породоразрушающие штыри 5 могут служить в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A, и остальные породоразрушающие штыри 5 могут прикрепляться к корпусу 1 инструмента с исключением вращения. Породоразрушающий штырь 5, закрепленный неподвижно с исключением вращения, обеспечивает проходку, напрямую передавая ударную силу, осевую нагрузку и крутящий момент на грунт или породу. Вращающийся породоразрушающий штырь 5A обеспечивает увеличение срока службы инструмента.
Вместе с тем, когда несколько породоразрушающих штырей 5 служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A и остальные в качестве не вращaющихся, породоразрушающий штырь 5, встроенный во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента, может служить в качестве вращающегося породоразрушающего штыря 5A, и остальные породоразрушающие штыри 5, встроенные в наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, могут являться не вращающимися. Вместе с тем породоразрушающий штырь 5 внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности используется исключительно как породоразрушающий штырь 5 проходки ствола с помощью разрушения грунта или породы. Соответственно, если описанный выше породоразрушающий штырь 5 служит в качестве вращающегося породоразрушающего штыря 5A, возможно возникновение трудностей в выполнении удовлетворительной для разрушения породы передачи описанных выше ударной силы, осевой нагрузки и крутящего момента на грунт или породу.
Поэтому, когда некоторые из породоразрушающих штырей 5 служат в качестве вращающегося породоразрушающего штыря 5A таким способом, как в вариантах осуществления со второго по четвертый, требуется расположение по меньшей мере одного вращающегося породоразрушающего штыря 5A в наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, обеспечивая оставление породоразрушающего штыря 5, который неподвижно крепится в корпусе 1 инструмента с исключением вращения во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности корпуса 1 инструмента. Не вращающийся породоразрушающий штырь 5, который остается во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности, обеспечивает здесь проходку ствола с эффективным разрушением грунта или породы. В отличие от него, вращающийся породоразрушающий штырь 5A, расположенный в наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, изнашивается равномерно. Соответственно, возможно увеличение срока службы инструмента с надежным увеличением диаметра ствола проходки до заданного внутреннего диаметра в течение долгого времени.
В вариантах осуществления с первого по четвертый, как показано штриховкой на фиг. 2A-5B в данном порядке, число вращающихся породоразрушающих штырей 5A уменьшается от внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности к наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности. Породоразрушающий инструмент, в котором внимание уделяется увеличеному сроку службы инструмента, меняется на породоразрушающий инструмент, в котором внимание уделяется эффективному разрушению грунта или породы. В дополнение, как во втором варианте осуществления, показaнном на фиг. 3A и 3B, когда породоразрушающий штырь 5, который не вращается, и вращающийся породоразрушающий штырь 5A расположены во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности корпуса 1 инструмента, требуется расположение вращающегося породоразрушающегося штыря 5A в наружной периферийной стороне внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности. Кроме того, требуется расположение вращающегося породоразрушающего штыря 5A не коаксиально с осевой линией O.
В дополнение, в соответствующих вариантах осуществления для закрепления вращающегося породоразрушающего штыря 5A, который вращaется вокруг центральной оси C и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C, как в примерах с первого по третий, показaнных на фиг. 6A-6C, в первую очередь, вогнутые канавки 8A, 8B и 6C, которые проходят вокруг центральной оси C, и выпуклые участки 6A, 6B и 8C, которые размещаются в вогнутых канавках 8A, 8B и 6C, выполняются непосредственно на наружной периферийной поверхности встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A и во внутреннем периферийном участке отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента. Альтернативно, как в примерах с четвертого по седьмой, показaнных на фиг. 7A-8B, вогнутая канавка или выпуклый участок выполняется в промежуточном элементе 10, закрепленном на наружной периферийной поверхности встраиваемой части 6 или внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь.
В примерах с первого по третий требуется выполнение вогнутых канавок 8A, 8B и 6C или выпуклых участков 6A, 6B и 8C, как во встраиваемой части 6 породоразрушающего штыря 5, так и в отверстии 8 под штырь в корпусе 1 инструмента. Вместе с тем, в данном случае, предпочтительно число частей можно уменьшить. В отличие от этого, в примерах с четвертого по седьмой, число частей увеличивается только на промежуточный элемент 10. Вместе с тем предпочтительный эффект можно получить в упрощении обработки встраиваемой части 6 породоразрушающего штыря 5 или отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента.
С другой стороны, для аналогичного крепления породоразрушающего штыря 5A, который вращaется вокруг центральной оси C и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C, в примерах с восьмого по десятый, показaнных на фиг. 9A-9F, во вторую очередь, вогнутая канавка 6D выполняется во встраиваемой части 6, и участки проема вогнутой канавки 8D и отверстия 8E и 8F и под блокирующий элемент, которые проходят вокруг центральной оси C, также выполняются на внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь. Таким образом, вращающийся породоразрушающий штырь 5A закрепляется с использованием блокирующего элемента, который размещается в обеих вогнутых канавках 6D и 8D и отверстии 8E под блокирующий элемент.
В примерах с восьмого по десятый, где используют разрезное кольцо 11A, стержень 11B и шарик 11C в качестве блокирующего элемента, хотя обработка встраиваемой части 6 и отверстия 8 под штырь усложняется и число частей увеличивается, является возможным закрепление вращающегося породоразрушающего штыря 5A без запрессовки или термического расширения с помощью нагрева. Соответственно, является возможным предотвращение возникновения деформаций в корпусе 1 инструмента или вращающемся породоразрушающем штыре 5A. В дополнение, в примерах с восьмого по десятый, когда участок 7 режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря 5A изношен, замена вращающегося породоразрушающего штыря 5A является относительно простой.
В примерах с первого по седьмой требуется выполнение вогнутых канавок 8A, 8B и 6C, проходящих вокруг центральной оси C. Вместе с тем выпуклые участки 6A, 6B и 8C, которые размещаются в вогнутых канавках 8A, 8B и 6C, можно выполнять аналогично проходящими вокруг центральной оси C, или можно выполнять на интервалах в направлении по окружности вокруг центральной оси C для рассредоточения. Вращающийся породоразрушающий штырь 5A можно крепить на внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности корпуса 1 инструмента с использованием примеров способов с первого по третий, в которых прочность закрепления является относительно высокой. Вращающийся породоразрушающий штырь 5A можно крепить на наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности с использованием примеров способов с четвертого по десятый. Таким образом, множество вращающихся породоразрушающих штырей 5A можно крепить в одном корпусе 1 инструмента с использованием различных средств крепления.
С другой стороны, средством примеров крепления с первого по десятый вращающийся породоразрушающий штырь 5A крепится с возможностью вращения вокруг центральной оси C не только во время проходки, но и когда проходка не выполняется. Вместе с тем, как в средстве крепления примеров с одиннадцатого по шестнадцатый, показaнном на фиг. 10A-12B, встраиваемую часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A можно устанавливать и крепить в отверстии 8 под штырь следующей посадкой с натягом. Натяг относительно наружного диаметра d (мм) встраиваемой части 6 находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм), и более предпочтительно, 1,0×d/1000 (мм). Описанный выше натяг меньше натяга при креплении породоразрушающего штыря 5, не вращaющегося в отверстии 8 под штырь в корпусе 1 инструмента, с помощью посадки с натягом.
В одиннадцатом примере, показaнном на Фиг. 10A, встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A образует цилиндрическую форму с описанным выше постоянным наружным диаметром d (мм), отцентрованную по центральной оси C. Отверстие 8 под штырь также выполняется цилиндрической формы с постоянным внутренним диаметром (мм), отцентрованным по центральной оси C. Наружный диаметр встраиваемой части 6 до вставления и закрепления вращающегося породоразрушающего штыря 5A больше внутреннего диаметра отверстия 8 под штырь. Описанный выше натяг представляет разность между наружным диаметром встраиваемой части 6 до вставления и закрепления вращающегося породоразрушающего штыря и внутренним диаметром отверстия 8 под штырь.
Таким образом, если посадку с натягом выполняют с использованием натяга в диапазоне меньше заданного для не вращaющегося породоразрушающего штыря 5, хотя вращающийся породоразрушающий штырь 5A не вращaется без проходки, контактное сопротивление генерируется грунтом или горной породой согласно вращению корпуса 1 инструмента во время проходки. Данное контактное сопротивление обеспечивает вращающемуся породоразрушающему штырю 5A приведение во вращение вокруг центральной оси C с помощью ввода наружной периферийной поверхности встраиваемой части 6 в скользящий контакт с внутренней периферийной поверхностью отверстия 8 под штырь. В дополнение, в состоянии, когда осевая линия O выставлена вдоль вертикального направления и корпус 1 инструмента удерживается с обращением вниз дальней концевой части, вращающийся породоразрушающий штырь 5A выполнен так, что исключено его выпадение из отверстия 8 под штырь. Таким образом, возможно блокирование вращающегося породоразрушающего штыря 5A для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C.
В двенадцатом примере, показaнном на Фиг. 10B, аналогично первому примеру, показaнному на фиг. 6A, задний концевой участок встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A образует выпуклый участок 6A, наружный диаметр которого немного больше диаметра дальней концевой части. Задний концевой участок отверстия 8 под штырь образует вогнутую канавку 8A, внутренний диаметр которой также немного больше диаметра дальнего концевого участка. Затем выпуклый участок 6A крепится в следующей посадке с натягом. Натяг наружного диаметра d (мм) выпуклого участка 6A относительно внутреннего диаметра (мм) вогнутой канавки 8A находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм). Дальний концевой участок встраиваемой части 6 дальней концевой стороны, расположенной дальше выпуклого участка 6A, также устанавливается в следующей посадке с натягом. Натяг наружного диаметра d (мм) дальнего концевого участка относительно внутреннего диаметра (мм) дальнего концевого участка отверстия 8 под штырь находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм).
Даже с использованием средства крепления двенадцатого примера, как описано выше, вращающийся породоразрушающий штырь 5A не вращaется, когда проходку не выполняют, но может вращaться во время проходки. В дополнение к трению между встраиваемой частью 6 и отверстием 8 под штырь, установка выпуклого участка 6A и вогнутой канавки 8A также обеспечивает вращающемуся породоразрушающему штырю 5A блокирование для исключения скольжения. Вместе с тем в двенадцатом варианте осуществления, если дальний концевой участок встраиваемой части 6 устанавливается с натягом на дальнем концевом участке отверстия 8 под штырь с использованием описанного выше натяга, выпуклый участок 6A и вогнутая канавка 8A могут устанавливаться с гарантированным зазором между собой. То есть выпуклый участок 6A и вогнутую канавку 8A можно использовать исключительно в блокировании вращающегося породоразрушающего штыря 5A для исключения скольжения. В дополнение, выпуклый участок 6A может устанавливаться с натягом в вогнутую канавку 8A с использованием описанного выше натяга, и дальний концевой участок встраиваемой части 6A может устанавливаться с гарантированным зазором в дальней концевой части отверстия 8 под штырь. Кроме того, средство крепления с использованием описанной выше посадки с натягом можно применять с другим средством крепления в примерах со второго по десятый.
С другой стороны, в средстве крепления примеров с первого по двенадцатый, описанных выше, задняя концевая поверхность встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A вводится напрямую в контакт с поверхностью дна отверстия 8 под штырь для обеспечения скольжения и передачи ударной силы или осевой нагрузки, которая прикладывается к корпусу 1 инструмента, на дальнюю концевую сторону в направлении осевой линии O, на участок 7 режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Вместе с тем в средстве крепления примеров с тринадцатого по шестнадцатый, показaнных на фиг. 11A-12B, буферный материал 12 можно поместить между задней концевой поверхностью 6E встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A и поверхностью 8G дна отверстия 8 под штырь.
Здесь в средстве крепления не только тринадцатого и четырнадцатого примеров, показaнных на фиг. 11A и 11B, но также примерах с первого по двенадцатый, задняя концевая поверхность 6E встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A и поверхность 8G дна отверстия 8 под штырь имеют форму плоскости, перпендикулярной центральной оси C. В тринадцатом и четырнадцатом примерах буферный материал 12 имеет форму диска, который может стыковаться с поверхностью 8G дна отверстия. В дополнение, буферный материал 12 выполнен в виде медной пластины, например, которая мягче не только вращающегося породоразрушающего штыря 5A, выполненного из сверхтвердого сплава, но также выполненного из стали корпуса 1 инструмента с отверстием 8 под штырь.
В средстве крепления тринадцатого и четырнадцатого примеров, как описано выше, возможно исключение случая, когда нагрузка, действующая как реакция на ударную силу или осевую нагрузку, передающуюся от корпуса 1 инструмента на вращающийся породоразрушающий штырь 5A во время проходки для разрушения грунта или породы, может напрямую действовать на корпус 1 инструмента от вращающегося породоразрушающегося штыря 5A на задней концевой стороне в направлении центральной оси C. Поэтому возможно дополнительное увеличение срока службы инструмента благодаря предотвращению повреждения от описанной выше нагрузки корпуса 1 инструмента. Тринадцатый пример, показaнный на фиг. 11A, выполнен с возможностью помещения буферного материала 12 в средство крепления одиннадцатого примера, показaнного на фиг. 10A. Четырнадцатый пример, показaнный на фиг. 11B, выполнен с возможностью помещения буферного материала 12 в средство крепления двенадцатого примера, показaнного на Фиг. 10B.
В дополнение, в примерах с первого по четырнадцатый, как описано выше, задняя концевая поверхность 6E встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A и поверхность 8G дна отверстия 8 под штырь имеют форму плоскости, перпендикулярной центральной оси C. Вместе с тем в пятнадцатом и шестнадцатом примерах, показaнных на фиг. 12A и 12B, выпуклый конической формы участок 6F, отцентрованный по центральной оси C, может быть выполнен на задней концевой поверхности 6E встраиваемой части 6, и вогнутый конической формы участок 8H, противоположный выпуклому конической формы участку 6F, может быть выполнен на поверхности 8G дна отверстия 8 под штырь. Пятнадцатый пример, показaнный на фиг. 12A, выполнен в такой конфигурации, что участок с выпуклой и конической поверхностью 6F выполняется на задней концевой поверхности 6E, вогнутый конической формы участок 8H выполняется на поверхности 8G дна отверстия, и буферный материал 12 помещается между задней концевой поверхностью 6E и поверхностью 8G дна отверстия в тринадцатом примере, показaнном на фиг. 11A. Шестнадцатый пример, показaнный на фиг. 12B, имеет конфигурацию, в которой выпуклый конической формы участок 6F выполняется на задней концевой поверхности 6E, вогнутый конической формы участок 8H выполняется на донной поверхности отверстия 8G, и буферный материал 12 помещается между задней концевой поверхностью 6E и поверхностью 8G дна отверстия в четырнадцатом примере, показaнном на фиг. 11B.
В пятнадцатом и шестнадцатом примерах поверхность 8G дна отверстия 8 под штырь полностью образует вогнутый конической формы участок 8H, отцентрованный по центральной оси C. V-образный угол, образованный вогнутым конической формы участком 8H в сечении по центральной оси C, является тупым углом. В дополнение, задняя концевая поверхность 6E встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A образует выпуклый круглый усеченный конус, отцентрованный по центральной оси C. Участок, образующий коническую поверхность, является выпуклым конической формы участком 6F. V-образный угол, образованный выпуклой конической поверхностью, к которой выпуклый конической формы участок 6F проходит в сечении по центральной оси C, является тупым углом, равным углу, образованному вогнутой конической формы участком 8H. Буферный материал 12 имеет тарельчатую форму, выполненную для создания круглой формы поверхности усеченного конуса с постоянной толщиной в сечении, аналогичной задней концевой поверхности 6E встраиваемой части 6. В дополнение, выполняется закругленный участок между выпуклым конической формы участком 6F и наружной периферийной поверхностью встраиваемой части 6.
В средстве крепления пятнадцатого и шестнадцатого примеров, описанных выше, если нагрузка от реактивной силы действует на вращающийся породоразрушающий штырь 5A во время проходки, и вращающийся породоразрушающий штырь 5A прижат вплотную на задней концевой стороне в направлении центральной оси C, выпуклый конической формы участок 6F придавливается к вогнутому конической формы участку 8H, и вращающийся породоразрушающий штырь 5A вращается. Поэтому центральная ось C встраиваемой части 6 может надежно совмещаться с центром отверстия 8 под штырь для обеспечения вращeния вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Даже когда, как в пятнадцатом и шестнадцатом примерах, встраиваемая часть 6 крепится в отверстии 8 под штырь с помощью посадки с натягом, возможно предотвращение асимметричного износа отверстия 8 под штырь.
В пятнадцатом и шестнадцатом примерах буферный материал 12 помещeн между задней концевой поверхностью 6E встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A и поверхностью 8G дна отверстия 8 под штырь. Вместе с тем без помещения буферного материала 12 между ними выпуклый конической формы участок 6F можно напрямую вводить в контакт с вогнутым конической формы участком 8H для обеспечения скольжения. В дополнение, описанное выше средство крепления пятнадцатого и шестнадцатого примеров можно также применять в средстве крепления в примерах с первого по двенадцатый. Кроме того, буферный материал 12, выпуклый конической формы участок 6F и вогнутый конической формы участок 8H в примерах с тринадцатого по шестнадцатый можно также применять в породоразрушающем штыре 5, который неподвижно крепится в корпусе 1 инструмента с исключением вращения.
Кроме того, хотя не показано, поверхностный упрочненный слой можно выполнить по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря 5A. Данный поверхностный упрочненный слой можно выполнить во встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A или на участке 7 режущей кромки, или можно выполнить как во встраиваемой части 6, так и на участке 7 режущей кромки. Например, когда вращающийся породоразрушающий штырь 5A выполнен из сверхтвердых сплавов, как описано выше, выполняют обработку для создания покрытия, например, из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п. на поверхности встраиваемой части 6 для образования поверхностного упрочненного слоя. Таким способом возможно увеличение прочности встраиваемой части 6 и улучшение показателей вращения и скольжения встраиваемой части 6 внутри отверстия 8 под штырь.
В дополнение, когда поверхностный упрочненный слой выполнен на поверхности участка 7 режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря 5A с помощью обработки для устройства покрытия, или поверхностный упрочненный слой выполнен из поликристаллического алмаза на поверхности участка 7 режущей кромки, возможно дополнительное увеличение срока службы инструмента благодаря улучшению износостойкости участка 7 режущей кромки. В частности, описанный выше поверхностный упрочненный слой участка 7 режущей кромки можно выполнить на поверхности породоразрушающего штыря 5, который неподвижно крепится в корпусе 1 инструмента с исключением вращения, иначе, чем вращающийся породоразрушающий штырь 5A.
С другой стороны, данный поверхностный упрочненный слой можно выполнить на поверхности корпуса 1 инструмента. В частности, когда поверхностный упрочненный слой выполнен в окрестности отверстия 8 под штырь, в котором крепится вращающийся породоразрушающий штырь 5A корпуса 1 инструмента, возможно предотвращение износа отверстия 8 под штырь вследствие вращения породоразрушающего штыря 5A во время проходки. Соответственно предпочтительно, когда, как в примерах с первого по третий, вогнутые канавки 8A и 8B и выпуклый участок 8C выполнены непосредственно на внутренней периферийной поверхности отверстия 8 под штырь в корпусе 1 инструмента, входящие в скользящий контакт с вращающимся породоразрушающим штырем 5A, или когда как в примерах с одиннадцатого по шестнадцатый, встраиваемая часть 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A вводится в скользящий контакт с отверстием 8 под штырь с помощью посадки с натягом. Когда корпус 1 инструмента выполнен из стали, как описано выше, поверхностный упрочненный слой на его поверхности можно выполнять с помощью высокочастотного упрочнения, цементации, лазерного упрочнения, азотирования или т.п., например, в дополнение к описанной выше обработке для устройства покрытия, такого как из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п.
Кроме того, для уменьшения износа отверстия 8 под штырь или износа встраиваемой части 6 вращающегося породоразрушающего штыря 5A, как описано выше, и для плавного вращeния породоразрушающего штыря 5A во время проходки, в частности в примерах с первого по десятый, в которых встраиваемая часть 6 устанавливается в отверстие 8 под штырь с гарантированным зазором, смазку, например консистентную смазку, можно поместить между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части 6 и внутренней периферийной поверхностью отверстия 8 под штырь.
В дополнение, в описанных выше вариантах осуществления описан породоразрушающий инструмент, в котором хвостовик 2 дальней торцевой стороны корпуса 1 инструмента принимает ударную силу от погружного пневмоударника для передачи на дальний конец в направлении осевой линии O. Вместе с тем настоящее изобретение также можно применить в так называемом инструменте с верхним ударником, прикрепленным к бурильному блоку, применяемому в туннелях и рудниках. Кроме того, разумеется, настоящее изобретение можно также применять в породоразрушающем инструменте, в котором осевая нагрузка и крутящий момент, передаваемые с бурильной штанги, обеспечивают перемещение корпуса 1 инструмента в направлении к дальней торцевой стороне по осевой линии O без приема описанной выше ударной силы.
Выше описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Вместе с тем соответствующие конфигурации и комбинации в вариантах осуществления показывают только примеры, и конфигурации можно добавлять, исключать, заменять и дорабатывать без отхода от сущности настоящего изобретения. В дополнение, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления и ограничено только прилагаемой формулой изобретения.
Промышленная применимость
Как описано выше, с помощью породоразрушающего инструмента по настоящему изобретению, возможно сохранение требуемых показателей проходки и эффективности проходки в течение долгого времени с использованием породоразрушающего штыря, увеличение срока службы инструмента и уменьшение стоимости проходки на единицу глубины пройденного ствола. Поэтому настоящее изобретение можно применять в промышленности.
Перечень ссылочных позиций
1 корпус инструмента
3 дальняя концевая часть корпуса 1 инструмента
3A внутренняя периферийная часть дальней торцевой поверхности
3B наружная периферийная часть дальней торцевой поверхности
5 породоразрушающий штырь
5A вращающийся породоразрушающий штырь
6 встраиваемая часть
6A, 6B, 8C, 10A, 10B, 10C выпуклый участок
6C, 6D, 8A, 8B, 8D вогнутая канавка
6E задняя концевая поверхность встраиваемой части 6
6F участок с выпуклой и конической поверхностью
7 участок режущей кромки
8 отверстие под штырь
8E, 8F отверстие под блокирующий элемент
8G поверхность дна отверстия 8 под штырь
8H участок с вогнутой и конической поверхностью
10 промежуточный элемент
11A разрезное кольцо (блокирующий элемент)
11B стержень (блокирующий элемент)
11C шарик (блокирующий элемент)
12 буферный материал
O осевая линия корпуса 1 инструмента
C центральная ось породоразрушающего штыря 5.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МОНТАЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ КОЛЬЦЕВОГО ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА | 2013 |
|
RU2595236C1 |
| СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2419019C2 |
| МЕХАНИЗМ ДЛЯ ВРЕМЕННОГО УДЕРЖИВАНИЯ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ И НЕПЕРЕТАЧИВАЕМЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ МЕХАНИЗМОМ | 2009 |
|
RU2465987C2 |
| ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2011 |
|
RU2532159C2 |
| ДОЛОТО ДЛЯ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН | 2007 |
|
RU2360096C1 |
| ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАЖИМНОЙ ПАТРОН | 2013 |
|
RU2630076C2 |
| ДОЛОТО PDC ДЛЯ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН | 2012 |
|
RU2520317C2 |
| БУРОВОЕ ДОЛОТО С ФИКСИРОВАННЫМИ РЕЗЦАМИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ КЕРНА | 2012 |
|
RU2589786C2 |
| СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ОДНОВРЕМЕННОЙ ОБСАДКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2007 |
|
RU2338051C1 |
| СКОЛЬЗЯЩИЙ КОМПОНЕНТ КОМПРЕССОРА, ОСНОВАНИЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОМПОНЕНТА, СПИРАЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ И КОМПРЕССОР | 2007 |
|
RU2387878C1 |
Группа изобретений относится к породоразрушающим инструментам и устройствам. Технический результат заключается в обеспечении эффективной проходки и увеличении срока службы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус инструмента, имеющий осевую линию и предназначенный для прикрепления к бурильному блоку с возможностью принимать ударную нагрузку от бурильного блока вдоль осевой линии, и породоразрушающие штыри, закрепленные в отверстиях под штыри, просверленных в дальней концевой части корпуса инструмента. Корпус инструмента, отцентрованный по осевой линии, выполнен с возможностью перемещения вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии, при этом по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, является вращающимся породоразрушающим штырем и выполнен в такой конфигурации, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполнена интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси. Встраиваемая часть вставляется в отверстие под штырь, и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь, при этом вращающийся породоразрушающий штырь выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокирования для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.
1. Породоразрушающий инструмент, содержащий:
корпус инструмента, имеющий осевую линию и предназначенный для прикрепления к бурильному блоку с возможностью принимать ударную нагрузку от бурильного блока вдоль осевой линии; и
породоразрушающие штыри, закрепленные в отверстиях под штыри, просверленных в дальней концевой части корпуса инструмента,
при этом корпус инструмента, отцентрованный по осевой линии, выполнен с возможностью перемещения вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии,
при этом по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, является вращающимся породоразрушающим штырем и выполнен в такой конфигурации, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполнена интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси,
при этом встраиваемая часть вставляется в отверстие под штырь, и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь, и
при этом вращающийся породоразрушающий штырь выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокирования для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии.
2. Породоразрушающий инструмент по п. 1,
в котором множество породоразрушающих штырей прикреплено к корпусу инструмента, и
при этом некоторые из породоразрушающих штырей являются вращающимися породоразрушающими штырями, и остальные породоразрушающие штыри прикреплены неподвижно к корпусу инструмента без возможности вращения.
3. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором множество породоразрушающих штырей прикреплено к корпусу инструмента, и
при этом некоторые из породоразрушающих штырей, закрепленных в наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, являются вращающимися породоразрушающими штырями, и остальные породоразрушающие штыри прикреплены неподвижно к корпусу инструмента без возможности вращения.
4. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором закреплен вращающийся штырь, первая поверхность имеет вогнутую канавку, проходящую вокруг центральной оси, и вторая поверхность имеет выпуклый участок, размещающийся в вогнутой канавке.
5. Породоразрушающий инструмент по п. 4,
в котором одно из следующего: вогнутую канавку и выпуклый участок образует промежуточный элемент, который неподвижно закреплен либо на наружной периферийной поверхности встраиваемой части или на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которых одно из следующего: вогнутая канавка и выпуклый участок расположено.
6. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором вогнутая канавка, проходящая вокруг центральной оси, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря,
при этом на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, в котором закреплен вращающийся породоразрушающий штырь, вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, или участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполнен на месте, противоположном вогнутой канавке в направлении центральной оси, и
при этом блокирующий элемент размещен как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке или в участке отверстия под блокирующий элемент.
7. Породоразрушающий инструмент по. 1 или 2,
в котором встраиваемая часть вращающегося породоразрушающего штыря закреплена в отверстии под штырь с помощью посадки с натягом, при этом натяг наружного диаметра d (мм) встраиваемой части находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм).
8. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором поверхностный упрочненный слой выполнен по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря.
9. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором поверхностный упрочненный слой выполнен в окрестности отверстия под штырь, в котором закреплен по меньшей мере вращающийся породоразрушающий штырь корпуса инструмента.
10. Породоразрушающий инструмент по п. 1 или 2,
в котором смазка помещена между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором закреплен породоразрушающий штырь.
11. Породоразрушающее устройство, содержащее:
породоразрушающий инструмент, имеющий осевую линию, и
бурильный блок, выполненный с возможностью прикладывать ударную нагрузку к породоразрушающему инструменту вдоль осевой линии, при этом породоразрушающий инструмент содержит:
корпус инструмента, прикрепленный к бурильному блоку с возможностью принимать ударную нагрузку от бурильного блока вдоль осевой линии; и
породоразрушающие штыри, закрепленные в отверстиях под штыри, просверленных в дальней концевой части корпуса инструмента,
при этом корпус инструмента отцентрован по осевой линии и выполнен с возможностью перемещения вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии,
при этом по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, является вращающимся породоразрушающим штырем и выполнен в такой конфигурации, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполнена интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси,
при этом встраиваемая часть вставлена в отверстие под штырь, и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь, и
при этом вращающийся породоразрушающий штырь выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокирования для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии.
| БУРОВАЯ ШТАНГА, БУРОВОЕ ДОЛОТО И БУРИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ | 2006 |
|
RU2382867C2 |
| БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО | 2009 |
|
RU2387787C1 |
| 0 |
|
SU88114A1 | |
| JP 2008144561 A, 26.06.2008 | |||
| US 2003051924 A1, 20.03.2003 | |||
| JP 2005273439 A, 06.10.2005 | |||
| JP 2002250193 A, 06.09.2002 | |||
