Устройство для образования щелей в скважинах Советский патент 1987 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к породоразрушающе- му инструменту, и может быть иснользо- вано для образования в скважинах поне- речных щелей - концентраторов напряжений для последующего разупрочнения горных пород, например, нагнетанием жидкости.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности образования щелей путем увеличения усилия резания и уменьшения амплитуды отклонения углов резания от оптимального значения.

На фиг. 1 изображена принципиальная Схема устройства; на фиг. 2 - устройство в исходном положении, поперечный разца (далее рассматриваем лишь один из них - 10) последовательно смещается из исходного положения AI в рабочее положение А2 и АЗ, резец подается на массив и

5 вырезает щель 17. По достижении максимального выхода резца за габарит корпуса (положение АзВз) рабочий цикл щелеоб- разования заканчивается, а приводная втулка 6, продолжая поворот в прежнем направлении, увлекает ось 8 резца в положе- НИИ А4 и AS. Резец совершает цикл холостого хода. В положении AsBs резец убран внутрь габарита корпуса и касается вала 1. Перемещение резцов прекращается, устройство приобретает транспортное полорез; на фиг. 3 - кинематическая схема жение и извлекается из скважины. После

движения резца за цикл работы; на фиг. 4 - диаграммы усилий на резцах у прототипа и предлагаемого устройства.

Устройство состоит из корпуса, выполненного в виде вала 1 с жестко закрепэтого описанные операции можно повторить.

Взводная пружина 11 имеет направление свивки, совпадающее с направлением рабочего вращения вала. В противном случае

ленным торцовым несущим диском 2 и съем- 20 сопротивление резанию создавало бы круным упором 3. Диск 2 снабжен обечай- тящий момент относительно точки поворота

кой 4, закрепленной по его образующей,

с двумя диаметрально противоположными

направляющими окнами 5. На валу 1 сорезца на стенке направляющей прорези и усилие на втулке 6, совпадающее по направлению с усилием пружины. В результате осно установлена с возможностью вращения не происходило бы поглощения чрезмерного относительно него приводная втулка 6, на усилия подачи резцов пружиной, что может периферии которой диаметрально противоположно установлены поворотные оси 7 и 8 с прямолинейными резцами 9 и 10. На приводной втулке 6 закреплен один конец взводпривести к разрушению резцов, поскольку ограниченные размеры устройства не позволяют применять резцы, способные противостоять полному крутящему моменту источ- ной пружины 11, другой конец которой за- ,Q ника рабочего вращения (например, буро- креплен на храповом колесе 12. Выше хра-вого станка).

Более полное использование усилия пружины Р для подачи резцов на забой щели в данном устройстве подтверждается анализом соответствующих силовых диаграмм и

пового колеса расположен съемный упор 3, фиксируемый на валу корпуса шплинтом 13, несущий поворотную собачку 14 и удерживающий пружину 11. Втулка 6 фиксируется

на несущей части диска 2 с помощью сто- 5 стендовыми испытаниями,

пора 15 исходн ого по ложения резцов, снаб-в устройстве, принятом за прототип, по-женного гибкой тягой 16.дача резца на забой щели осуществляется

Поворотные оси установлены с возмож-его поворотом вокруг неподвижной относиностью вывода резцов за пределы несу-тельно вала корпуса точки, расположенной

щего диска в плоскости, перпендикулярной„а поперечном диске корпуса. Нормальное к

оси вала. Пружина 11, элементы 3, 12, 13,40 продольной оси резца усилие G , создавае14 (узел взвода пружины) и втулка 6 (узел ое на режущей головке посредством плесвязи взводной пружины с поворотными ося-ча O D усилием пружины Р, приложенным

ми) образуют механизм вывода резцов.к плечу СО , можно разложить на усилие

резания R и подачи Q . Рассмотрим посКонцы резцов расположены в направ-.г леднее. Поскольку

ляющих окнах 5.

Для образования щели укладывают резцы 9 и 10 в исходное положение, стопорят втулку 6 на диске 2 стопором 15 и вращением храпового колеса 12 взводят пружину 11. Пружина удерживается во взве- 50 денном состоянии стопором 15 и собачкой 14. Устройство устанавливают на буровых штангах и подают в скважину на необходимую глубину. Посредством гибкой тяги 16 убирают стопор 15. Пружина 11 начинает

Q G -sinoC и G Р

СО O D

то

СО г и O D I у

Q1 р.. , где г - радиус делительной окружности шестерни резца;

1- длина резца;

аС - угол между продольной осью резца и радиальной линией, проведенной через точку контакта режушей головки с массивом.

Учитывая, что г к 0,15f (иначе мал

поворачивать приводную втулку 6, резцы 955 диаметр щели), а угол с/ при этом изменяи 10 выходят за габарит корпуса и упи-ется от 30 до 0° (конец рабочего цикла),

раются в стенки скважины. После этого при-причем в среднем oL 20°, имеем для

водят во вращение штанги с установлен-среднедействующего усилия подани

ным на них устройством. Ось каждого рез-Q 0,05 Р,

ца (далее рассматриваем лишь один из них - 10) последовательно смещается из исходного положения AI в рабочее положение А2 и АЗ, резец подается на массив и

вырезает щель 17. По достижении максимального выхода резца за габарит корпуса (положение АзВз) рабочий цикл щелеоб- разования заканчивается, а приводная втулка 6, продолжая поворот в прежнем направлении, увлекает ось 8 резца в положе-НИИ А4 и AS. Резец совершает цикл холостого хода. В положении AsBs резец убран внутрь габарита корпуса и касается вала 1. Перемещение резцов прекращается, устройство приобретает транспортное положение и извлекается из скважины. После

лизом соответствующих силовых диаграмм и

стендовыми испытаниями,

леднее. Поскольку

Q G -sinoC и G Р

СО O D

то

СО г и O D I у

Q1 р.. , где г - радиус делительной окружности шестерни резца;

1- длина резца;

аС - угол между продольной осью резца и радиальной линией, проведенной через точку контакта режушей головки с массивом.

Учитывая, что г к 0,15f (иначе мал

диаметр щели), а угол с/ при этом изменят.е. в устройстве, принятом за прототип, на подачу резца реализуется лишь около 5% усилия взводной пружины.

В предлагаемом устройстве подача резца на забой щели осуществляется продольным его перемещением. В результате такого перемещения усилием пружины Р создается продольное (вдоль резца) усилие G, разлагаемое на усилие резания R и усилие подачи Q. Рассмотрим последнее. Поскольку Q G-cosof и G Р cos Р,

тоQ Р СО5 Л X COSP ,

где Р - угол между продольной осью и направлением усилия пружины Р, касательного к круговой траектории точки размещения поворотной оси резца на втулке.

Исследование кинематической схемы данного устройства показало, что при равенстве его линейных параметров соответствующим параметрам прототипа угол изменяется в пределах от 30 до 0° («Хср 20°), а угол Р - от -|-60 до -90° с переходом через точку ро 0° (Pop 60°). Поэтому среднедействующее усилие подачи

Qcp « 0,5 Р,

т.е. в предлагаемом устройстве усилие подачи резца на забой щели в среднем примерно на один порядок выше, чем у прототипа. Учитывая, что высота породной стружки тем больше, чем больше усилие подачи, можно утверждать, что при одинаково полном диаметре щели создание щели предлагаемым устройством осуществляется за меньщее число оборотов вала, т.е. более производительно.

Формула изобретения

Устройство для образования щелей в скважинах, включающее корпус в виде вала с торцовым несущим диском, поворотные оси с

0 резцами, установленные диаметрально противоположно относительно вала с возможностью вывода резцов за пределы несущего диска в плоскости, перпендикулярной оси вала, механизм вывода резцов в виде

взводной пружины, узла взвода пружины, установленного на валу, и узла связи взводной пружины с поворотными осями, стопор исходного положения резцов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности образования щелей пу0 тем увеличения усилия резания и уменьшения амплитуды отклонения углов резания от оптимального значения, несущий диск выполнен с диаметрально противоположными направляющими окнами, концы резцов расположены в направляющих окнах, а узел связи взводной пружины с поворотными осями выполнен в виде втулки, соосно установленной на валу с возможностью вращения относительно него, при этом поворотные оси установлены на втулке.

5

изобретение относится к горной промышленности, а именно к породоразрушаю- щему инструменту, и м.б. использовано для образования в скважинах поперечных ше- лей - концентраторов напряжений для пос- ледуюшего разупрочнения горных пород, например нагнетания жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности образования ш,елей путем увеличения усилия резания и уменьшения амплитуды отклонения углов резания от оптимального значения. Устройство включает выполненный в виде вала 1 корпус с жестко закрепленным торцовым несущим диском 2 и съемным упором 3. Диск 2 снабжен обечайкой 4, закрепленной по его образую- ш,ей, с двумя диаметрально противоположными направляющими окнами 5. На валу 1 соосно установлена с возможностью вращения относительно него приводная втулка (В) 6, на периферии которой диаметрально противоположно установлены поворотные оси 7 и 8 с прямолинейными резцами (Р) 9 и 10. Концы Р 9 и 10 расположены в направляющих окнах 5. Один конец взводной пружины (П) 11 закреплен на В 6, другой - на храповом колесе 12. Оси 7 и 8 установлены с возможностью вывода Р 9 и 10 за пределы диска в плоскости, перпендикулярной оси вала. Упор 3, храповое колесо 12, шплинт 13, собачка 14 П II и В 6 образуют механизм вывода Р 9 и 10. Приведя П 11 во взведенное состояние, устройство устанавливают на буровых штангах, подают в скважину и убирают стопор 15, при этом П 11 поворачивает В 6, которая выводит Р 9 и 10 за габариты корпуса до упора их в стенки скважины. При вращении штанги Р 9 и 10 вырезают щель, смещаясь до максимального выхода за габарит корпуса. 4 ил. сл со to со | .- /J iff г фиг1

7ff .2