РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА БУРОВОГО РЕЗЦА Российский патент 2020 года по МПК E21B10/58 E21C35/183 

Изобретение относится к угольной промышленности, а точнее, к режущему инструменту бурильных машин, оснащенному механически закрепленными твердосплавными пластинами.

Известна режущая пластина формы «Г38», предназначенная для армирования резцов вращательного бурения горных пород, состоящая из собственно тела пластины, двухстороннего лезвия и двух размещенных на нем задних наклонных граней, образующих заостренный клин, который разделяет лезвие на две части (Баженов, М.Ф. Твердые сплавы. Справочник. [Текст] / М.Ф. Баженов, С.Г. Байчман, Д.Г. Карпачев. - М.: Металлургия, 1978. - 184 с, с. 130, рис. 177).

Недостатком этой пластины является наличие на ней заостренного клина, являющегося концентратором напряжений на лезвии, что приводит к неизбежным сколам пластины и быстрому затуплению лезвия, что влечет выход из строя всего бурового резца.

Наиболее близкой к предлагаемой, является режущая пластина формы «Г51», предназначенная для армирования коронок вращательного бурения геологоразведочных скважин и представляющая собой пластину, состоящую из собственно тела пластины, лезвия и задней грани пластины с постоянным углом заострения вдоль всего лезвия пластины и задним углом в 18° (Баженов, М.Ф. Твердые сплавы. Справочник. [Текст] / М.Ф. Баженов, С.Г. Байчман, Д.Г. Карпачев. - М.: Металлургия, 1978. - 184 с., с. 131, рис. 181).

Недостатком известной пластины «Г51» является неизменность ее заднего угла по всей длине лезвия, что при работе резца, оснащенного такой пластиной, приводит к касанию участков задней грани пластины с забоем, находящихся наиболее близко от оси вращения. В результате этого процесс резания породы заменяется на смятие, что неизбежно увеличивает энергоемкость бурения.

Техническая проблема, которую решает настоящее изобретение, - это исключение возможности соприкосновения задней грани пластины с горной породой и обеспечение за счет этого процесса свободного резания породы по всей длине лезвия пластины.

Техническая проблема решается тем, что в известной режущей пластине бурового резца, состоящей из тела пластины, задней грани и лезвия с постоянным углом заострения, согласно изобретению, задняя грань пластины выполнена по поверхности, обеспечивающей изменение заднего угла γ_i для каждой точки лезвия пластины в соответствии со следующей зависимостью:

где

h - величина удельной подачи резца на один оборот, мм;

r_i - радиус удаления соответствующей точки лезвия от оси вращения резца, мм;

Δα - угол между задней гранью пластины и траекторией движения соответствующей точки лезвия, величина которого принимается в диапазоне от 5° до 10°;

π=3,14 - математическая константа.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении процесса свободного резания породы по всей длине лезвия пластины, за счет исключения соприкосновения задней грани пластины с разрушаемой горной породой.

Предлагаемая режущая пластина бурового резца поясняется чертежами. На фигуре 1 показан ее трехмерный вид. На фигуре 2 приведены сечения пластины вдоль лезвия.

На фигуре 1 обозначены: 1 - тело пластины; 2 - лезвие; 3 - задняя грань пластины; Х-Х - геометрическая ось буримой скважины (шпура), стрелки а и b показывают направления вращения пластины относительно X-X и ее подачи - углубления пластины в производимую скважину (шпур). Точками А, В, С, D обозначены вершины пластины, образующие заднюю грань пластины, L - толщина пластины, β - угол заострения пластины.

Лезвием пластины является линия АВ, где А - точка лезвия режущей пластины, определяющая внутренний край пластины, наиболее приближенная к оси вращения Х-Х, В - точка лезвия режущей пластины, определяющая внешний край пластины, наиболее удаленная от оси вращения Х-Х. Угол заострения лезвия β от внутреннего края пластины А к внешнему краю пластины В выполняется постоянным.

Эффект, достигаемый при использовании заявляемой режущей пластины бурового резца, продемонстрирован на фигуре 2, где приведены сечения пластины, обозначенные как 1¹, 1², 1³, 1⁴, 1⁵, вдоль лезвия АВ. На каждом сечении 1¹, 1², 1³, 1⁴, 1⁵, пластины вдоль лезвия АВ показаны: неизменный угол заострения пластины β и изменяющийся задний угол γ_i, состоящий из переменного угла наклона траектории движения точки лезвия α_i и угла Δα между задней гранью режущей пластины и траекторией движения точки лезвия.

Развертка винтовой траектории движения каждой точки лезвия АВ, удаленной от оси вращения Х-Х на расстояние r_i, за один оборот бурового резца представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника, катетами которого является величина подачи h бурового резца и длина окружности радиусом r_i, описанной соответствующей точкой относительно оси Х-Х. При этом траектория резания каждой точки лезвия АВ составляет угол наклона α_i с плоскостью резания резца при нулевой подаче. Этот угол может быть определен как:

Из зависимости (1) видно, что значение угла α_i является переменной величиной и уменьшается от внутренней части лезвия к его периферии, т.е. от точки А к точке В. Недопущение касания задней гранью ABCD пластины горной породы по всей длине лезвия АВ в заявляемой вставке обеспечивается за счет угла Δα при неизменном угле заострения лезвия β. Угол Δα может быть принят в диапазоне от 5° до 10°. Тогда величина заднего угла γ_i для каждой точки лезвия пластины может быть обозначена как , где Δα принимает значение в диапазоне от 5° до 10°.

Работа предлагаемой режущей пластины бурового резца осуществляется следующим образом: буровому резцу задается вращение в соответствии со стрелкой а на фигуре 1 с одновременной осевой подачей на забой по стрелке b. При этом режущая пластина своим лезвием начинает срезать слой горной породы таким образом, что угол Δα между задней гранью режущей пластины бурового резца и винтовой траекторией движения точек лезвия остается постоянным.

Положительный результат заявляемого изобретения заключается в исключении возможности касания забоя задней гранью пластины и обеспечения за счет этого процесса свободного резания породы по всей длине лезвия пластины.

Изобретение относится к угольной промышленности, а точнее к режущему инструменту бурильных машин, оснащенному механически закрепленными твердосплавными пластинами. Режущая пластина бурового резца состоит из тела пластины, задней грани и лезвия с постоянным углом заострения. Задняя грань пластины выполнена по поверхности, обеспечивающей изменение заднего угла γ_i для каждой точки лезвия пластины в соответствии с определенным математическим выражением, при этом величина заднего угла γ_i зависит от величины h удельной подачи резца на один оборот, радиуса r_i удаления соответствующей точки лезвия от оси вращения резца и угла Δα между задней гранью пластины и траекторией движения соответствующей точки лезвия, величина которого принимается в диапазоне от 5 до 10°. Технический результат – обеспечение процесса свободного резания породы по всей длине лезвия пластины за счет исключения соприкосновения задней грани пластины с разрушаемой горной породой. 2 ил.

Режущая пластина бурового резца, состоящая из тела пластины, задней грани и лезвия с постоянным углом заострения, отличающаяся тем, что задняя грань пластины выполнена по поверхности, обеспечивающей изменение заднего угла γ_i для каждой точки лезвия пластины в соответствии со следующей зависимостью:

где

h - величина удельной подачи резца на один оборот, мм;

r_i - радиус удаления соответствующей точки лезвия от оси вращения резца, мм;

Δα - угол между задней гранью пластины и траекторией движения соответствующей точки лезвия, величина которого принимается в диапазоне от 5 до 10°;

π=3,14 - математическая константа.