Буровой резец вращательного действия Российский патент 2023 года по МПК E21B10/42 E21B10/54 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к буровым инструментам вращательного действия, предназначенным для бурения шпуров в угольных шахтах под установку анкеров крепления кровли, бурения под шурфы, а также бурения скважин.

Известен буровой резец для вращательного бурения шпуров РМ (Михайлов, В.Г. Горные инструменты [Текст] / В.Г. Михайлов, М.Г. Крапивин. - М.: Недра, 1970. - 216 с., с. 39, рис. 20, в), представляющий собой двухперый резец с симметричными относительно оси резца твердосплавными режущими вставками.

Недостатками бурового резца РМ являются ограниченная область применения - бурение шпуров в углях и мягких породах, а также повышенный износ перьев резца.

Наиболее близким к предлагаемому является буровой резец БИ-741А (Михайлов В.Г. Горные инструменты [Текст] / В.Г. Михайлов, М.Г. Крапивин. - М.: Недра, 1970. - 216 с., стр. 40, рис. 21, б). Этот резец состоит из корпуса и двух твердосплавных режущих вольфрамокобальтовых (ВК) вставок с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов каждый.

Недостатками бурового резца БИ-741А являются повышенный износ режущих кромок резца, а также малая эффективность бурения породы высокой твердости.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение области применения бурового резца, снижение износа режущих кромок перьев, повышение эффективности бурения породы высокой твердости.

Указанный технический результат достигается тем, что буровой резец вращательного действия, включающий корпус, две твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов, замковую ступень с возможностью крепления резца к приводному механизму, согласно заявленному изобретению, твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки расположены на подвижных вдоль оси вращения корпуса перьях, корпус имеет вал, переходящий в замковую ступень, на валу расположена шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами, сателлиты расположены на штифтах с возможностью вращательного движения штифтов вокруг оси вращения вала корпуса за счет вращения шестерни и сателлитов, штифты вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана, через подшипник сообщающегося с валом корпуса, противоположной стороной штифты сопряжены с плоской поверхностью кольца, при этом обратная сторона кольца имеет волнообразную поверхность, которая контактирует со сферической поверхностью толкателей перьев, сателлиты сопряжены с колесом с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм, колесо расположено в глухом отверстии обоймы и зафиксировано в нем, обойма имеет отверстия под направляющие штифты, при этом соответствующие отверстия под направляющие штифты выполнены в корпусе, а для удержания обоймы на валу корпуса установлено стопорное кольцо, в корпусе имеются направляющие винты с возможностью удержания толкателей и перьев, при этом в перьях выполнены отверстия с возможностью размещения указанных винтов.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны процессы образования лунки износа без применения дополнительной подачи перьев резца; на фиг. 2 показаны процессы образования лунки износа с применением дополнительной подачи перьев резца; на фиг. 3 показан общий вид бурового резца; на фиг. 4 показано сечение А-А бурового резца; на фиг. 5 показан планетарный механизм; на фиг. 6 и 7 показаны типы замковой ступени; на фиг. 8 показана схема перемещения толкателей (положение а и б); на фиг. 9 показана схема осевого перемещения штифтов.

Предлагаемый буровой резец вращательного действия состоит из корпуса резца 1, замковой ступени 2 для крепления резца к приводному механизму. На валу корпуса 1 располагается шестерня 3, находящаяся в зацеплении с сателлитами 4. Положение шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 регулируется дистанционной втулкой 5. Сателлиты 4 расположены на штифтах 6. Штифты 6 вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана 7, в котором расположен подшипник 8. Положение подшипника 8 на валу корпуса 1 определяется стопорным кольцом 9. Противоположной стороной штифты 6 сопрягаются с плоской поверхностью кольца 10, при этом обратная сторона кольца 10 имеет волнообразную поверхность, высота волны имеет значение ΔХ₁. Кольцо 10 находится в постоянном контакте со сферической поверхностью толкателей 11 перьев 12. Сателлиты 4 сопрягаются с колесом 13 с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм. При этом ширина зубчатого венца колеса 13 определяется исходя из известных расчетов на прочность зубчатого колеса, при передаче максимально возможного крутящего момента, и должна удовлетворять условию:

,

где, – ширина зубчатого венца колеса 13;

– ширина зубчатого венца сателлита 4;

- значение осевого перемещения.

Колесо 13 располагается в глухом отверстии обоймы 14 и фиксируется в нем винтами 15. В обойме 14 имеются отверстия под направляющие штифты 16. Соответствующие отверстия под направляющие штифты 16 выполнены в корпусе 1. Для удержания обоймы 14 на валу корпуса 1 установлено стопорное кольцо 17.

Для удержания толкателей 11 и перьев 12 в корпусе 1 предусмотрены направляющие винты 18.

Замковая цепь 2 может иметь охватываемый 19 и охватывающий тип 20.

Буровой резец вращательного действия работает следующим образом. Вал корпуса 1, устанавливается на штанге, имеющей соответствующую резьбу, образуя при этом замковую ступень 2, после чего происходит вращение штанги с обеспечением осевой подачи от приводного механизма, который располагается в месте бурения.

Происходит процесс бурения горной породы, в следствии вращения вала корпуса 1, осуществляется вращательное движение шестерни 3 и сателлитов 4, находящихся в зацеплении, при этом относительного вращательного движения вокруг шестерни 3 и колеса 13, сателлиты 4 не совершают. Положение шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 регулируется дистанционной втулкой 5. Сателлиты 4 расположены на штифтах 6. При этом за счет вращения шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 обеспечивается вращательное движение штифтов 6 вокруг оси вращения вала корпуса 1. Штифты 6 вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана 7, в котором расположен подшипник 8. Положение подшипника 8 на валу корпуса 1 определяется стопорным кольцом 9.

Противоположной стороной штифты 6 сопрягаются с плоской поверхностью кольца 10, при этом обратная сторона кольца 10 имеет волнообразную поверхность, высота волны имеет значение ΔХ. Кольцо 10 находится в постоянном контакте со сферической поверхностью толкателей 11 перьев 12.

Сателлиты 4 сопрягаются с колесом 13 с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм.

Колесо 13 располагается в глухом отверстии обоймы 14 и устанавливается в нем винтами 15. В обойме 14 имеются отверстия под направляющие штифты 16. Соответствующие отверстия под направляющие штифты 16 выполнены в корпусе 1.

В процессе бурения при касании обоймы 14 (заклинивание происходит за счет выступов цилиндрической поверхности диаметром D, D>d; при этом значение диаметра D зависит от внешних условий) горной породы, направляющие штифты 16 выходят из отверстий в корпусе 1, а сателлиты 4 перемещаются в осевом направлении вдоль оси вращения Х вала корпуса 1 на величину ΔХ, представлено на фиг.9.

При этом обойма 14 упирается в стопорное кольцо 17, одновременно с этим приводится в действие планетарный механизм, за счет чего осуществляется вращение штифтов 6 и, соответственно, кольца 10 вокруг оси вращения корпуса 1. Происходит осевое перемещение сферической поверхности толкателей 11 перьев 12 по волнообразной поверхности кольца 10. Толкатели 11 перемещаясь сферической поверхностью по волнообразной поверхности кольца 10 совершают осевое перемещение вдоль оси вращения Х корпуса 1 на величину ΔХ₁.

С целью предотвращения выпадения перьев 12 и толкателей 11 из корпуса 1, установлены направляющие винты 18. Для размещения винтов 18 в перьях 12 выполнены отверстия соответствующих размеров.

Таким образом, заявленное изобретение расширит область применения бурового резца, снизит износ режущих кромок перьев, повысит эффективность бурения породы высокой твердости.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к буровым инструментам вращательного действия, предназначенным для бурения шпуров в угольных шахтах под установку анкеров крепления кровли, бурения под шурфы, а также бурения скважин. Буровой резец вращательного действия включает корпус, две твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов, замковую ступень с возможностью крепления резца к приводному механизму. Твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки расположены на подвижных вдоль оси вращения корпуса перьях. Корпус имеет вал, переходящий в замковую ступень, на валу расположена шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами. Сателлиты расположены на штифтах с возможностью вращательного движения штифтов вокруг оси вращения вала корпуса за счет вращения шестерни и сателлитов, штифты вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана, через подшипник сообщающегося с валом корпуса, противоположной стороной штифты сопряжены с плоской поверхностью кольца. Обратная сторона кольца имеет волнообразную поверхность, которая контактирует со сферической поверхностью толкателей перьев, сателлиты сопряжены с колесом с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм. Колесо расположено в глухом отверстии обоймы и зафиксировано в нем, обойма имеет отверстия под направляющие штифты. Соответствующие отверстия под направляющие штифты выполнены в корпусе, а для удержания обоймы на валу корпуса установлено стопорное кольцо. В корпусе имеются направляющие винты с возможностью удержания толкателей и перьев. В перьях выполнены отверстия с возможностью размещения указанных винтов. Технический результат заключается в снижении износа режущих кромок перьев, в повышении эффективности бурения породы высокой твердости и в расширении области применения бурового резца. 9 ил.

Буровой резец вращательного действия, включающий корпус, две твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов, замковую ступень с возможностью крепления резца к приводному механизму, отличающийся тем, что твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки расположены на подвижных вдоль оси вращения корпуса перьях, корпус имеет вал, переходящий в замковую ступень, на валу расположена шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами, сателлиты расположены на штифтах с возможностью вращательного движения штифтов вокруг оси вращения вала корпуса за счет вращения шестерни и сателлитов, штифты вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана, через подшипник сообщающегося с валом корпуса, противоположной стороной штифты сопряжены с плоской поверхностью кольца, при этом обратная сторона кольца имеет волнообразную поверхность, которая контактирует со сферической поверхностью толкателей перьев, сателлиты сопряжены с колесом с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм, колесо расположено в глухом отверстии обоймы и зафиксировано в нем, обойма имеет отверстия под направляющие штифты, при этом соответствующие отверстия под направляющие штифты выполнены в корпусе, а для удержания обоймы на валу корпуса установлено стопорное кольцо, в корпусе имеются направляющие винты с возможностью удержания толкателей и перьев, при этом в перьях выполнены отверстия с возможностью размещения указанных винтов.