Породоразрушающий инструмент Советский патент 1992 года по МПК E21B10/16 E21C25/38 E21C35/18 

(Л

С

Использование: проведение добычных и очистных работ и бурение выработок большого диаметра. Сущность изобретения: инструмент содержит корпус, опору и вооружение. Вооружение выполнено в виде закрепленных на корпусе по окружности через один с постоянным шагом и вылетом твердосплавных штырей. Рабочая головка твердосплавного штыря для предварительного ослабления породы имеет форму клина с притупленным лезвием. Рабочая головка твердосплавного штыря для скалывания предварительно ослабленной породы имеет форму сфероконуса, Шаг установки штырей на корпусе определяется из выражения Т 24 + K.D, где К 0,025-0,04 - эмпирический коэффициент; D - диаметр породоразруша- ющего инструмента по вылету штырей, мм 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к породоразру- шающему инструменту для горных машин, и может быть использовано при проведении добычных и очистных работ, а также при бурении выработок большого диаметра.

Известен породоразрушающий инструмент горной машины, включающий корпус с венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, режущая кромка которых ориентирована вдоль венца, и с конической рабочей головкой и ось, на которой посредством подшипников смонтирован корпус, При этом зубки с клиновидной рабочей головкой и зубки с конической рабочей головкой закреплены на венцах через один.

Применение комбинированного вооружения в виде чередующихся зубков (штырей) с разной формой рабочей головки безусловно снижает силовые и энергетические показатели процесса разрушения по сравнению с известным породоразрушаю- щим инструментом с вооружением в виде штырей с одинаковой формой рабочей головки за счет того, что штыри одной формы создают зону предразрушения, ослабляющую породу и облегчающую внедрение штырей другой формы, завершающих процесс разрушения. Однако нерациональная геометрическая форма рабочих головок не позволяет в полном объеме реализовать преимущества комбинированного вооружения такого типа, что оставляет резервы для дальнейшего снижения энергоемкости процесса разрушения и, следовательно, провести дальнейшее совершенствование породоразрушающего инструмента

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является породоразрущающий инструмент, включающий корпус, опору, на которой установлен

xi

ON СЛ

CJ

- чэ

с возможностью вращения корпус, и расположенное на боковой поверхности корпуса по меньшей мере в один ряд вооружение в виде закрепленных на корпусе по окружности через один с постоянным шагом и вылетом твердосплавных штырей с рабочей головкой для предварительного ослабления породы и твердосплавных штырей с рабочей головкой для скалывания предварительно ослабленной породы.

Удельная энергоемкость разрушения горных пород породоразрушающим инструментом известной конструкции также срав- нительно высока из-за применения нерациональной формы штырей и их сочетания, поскольку твердосплавный штырь с рабочей головкой клиновидной формы, осуществляющей предразрушение, не обеспечивает создания обширных зон приповерхностного предразрушения, а внедрение твердосплавного штыря с рабочей головкой сферической формы требует высоких усилий для внедрения рабочей головки, завершающей процесс разрушения породы. Таким образом, указанные недостатки ведут к общему повышению энергоемкости процесса разрушения породы.

Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса разрушения за счет оптимизации сочетания форм рабочих головок твердосплавных штырей и рациональной расстановки их на корпусе инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в породоразрушающем инструменте, включающем корпус, опору, на которой установлен с возможностью вращения корпус и расположенное на боковой поверхности корпуса по меньшей мере в один ряд вооружение в виде закрепленных на корпусе через один с постоянным шагом и вылетом твердосплавных штырей с рабочей головкой для предварительного ослабления породы и твердосплавных штырей с рабочей головкой для скалывания предварительно ослабленной породы, рабочая головка каждого штыря для предварительного ослабления породы имеет форму клина с притупленным лезвием, а рабочая головка каждого штыря для скалывания предварительно ослабленной породы имеет форму сфероконуса, при этом шаг Т установки штырей на корпусе определяется из выражения Т 24 + KD, где К 0,025-0,04 - эмпирический коэффициент; D - диаметр породоразрушающего инструмента по вылету штырей, мм. Кроме того, продольные оси симметрии лезвий рабочих головок штырей для предварительного ослабления породы расположены параллельно продольной оси инструмента.

Продольная ось симметрии лезвия рабочей головки каждого штыря для предварительного ослабления породы расположена под одинаковым углом, величина которого

меньше 90°, к продольной оси опоры.

На фиг.1 изображен породоразрушаю- щий инструмент; на фиг.2 и 3 - соответственно проекции твердосплавного штыря с рабочей головкой для предварительного ос0 лабления породы; на фиг.4 - твердосплавный штырь с рабочей головкой для скалывания предварительно ослабленной породы.

Породоразрушающий инструмент со5 держит корпус 1 с осевым отверстием 2 для размещения опоры. Корпус установлен на опоре с возможностью вращения, например, на подшипниках. На боковой поверхности корпуса расположено по меньшей

0 мере в один ряд вооружение в виде закрепленных на корпусе через один с постоянным шагом Т и вылетом твердосплавных штырей с рабочей головкой 3 для предварительного ослабления породы и твердосплавных шты5 рей с рабочей головкой 4 для скалывания предварительно ослабленной породы. Рабочая головка 3 для предварительного ослабления породы имеет форму клина с притупленным лезвием 4. При этом отноше0 ние радиуса R притупления лезвия 4 к длине А клиновидной части рабочей головки предпочтительно находится в пределах от 0,38 до 0,63.

Рабочая головка 5 для скалывания

5 предварительно ослабленной породы имеет форму сфероконуса. Закрепление твердосплавных штырей на корпусе может быть осуществлено пайкой или запрессовкой. Продольные оси симметрии твердосплав0 ных штырей могут быть ориентированны как радиально, так и наклонены под углом. При расположении вооружения на корпусе в несколько рядов целесообразно шахматное расположение твердосплавных штырей.

5 Шаг Т установки штырей на корпусе 1 определяется из выражения Т 24 + К D, где К 0,025-0,04 - эмпирический коэффициент; D - диаметр породоразрушающего инструмента, мм. Продольные оси симметрии .

0 лезвий 4 рабочих головок 3 для предварительного ослабления породы могут быть расположены параллельно продольной оси опоры. Продольная ось симметрии лезвия 4 рабочей головки 3 для предварительного ос5 лабления породы/каждого штыря может быть расположена также под одинаковым углом, величина которого меньше 90°, к продольной оси опоры.

Породоразрушающий инструмент работает следующим образом.

При разрушении породы корпус 1 перекатывается по одной и той же окружности на забое проходимой выработки и последовательно углубляется на некоторую величину, которая зависит от значения величины нагрузки на инструмент и сопротивления штырей в зависимости от глубины их внедрения, шага (Т) и величины перекрытия забоя.

При перекатывании инструмента по забою сначала твердосплавный штырь с рабочей головкой 3, имеющей форму клина с притупленным лезвием 4, внедряется в породу. При этом под скругленной частью его лезвия 4 будут возникать сначала упругие деформации, а потом смятие и раздавливание, которые приведут к предварительному ослаблению породы, то есть к образованию зоны предразрушения.

При дальнейшем перекатывании инструмента по забою твердосплавный штырь с рабочей головкой 5, имеющей форму сфероконуса, последовательно вступит во взаимодействие с породой. При этом распределение нормальных напряжений на поверхности контакта рабочей головки 5 с породой будет иметь вид отраженной кривой, т.е. наибольшими они будут около центра поверхности контакта, а к периферии они будут снижаться до нуля. Такая неравномерность распределения вызовет в породе появление касательных напряжений, которые приведут к скалыванию породы. При увеличении внешней силы поверхность контакта будет увеличиваться и возникнет новая система трещин, образование которых будет происходить в уже предварительно ослабленной породе от воздействия рабочей головки 3. Указанный процесс приведет к скалыванию предварительно ослабленной породы.

Предлагаемый породоразрушающий инструмент обеспечивает повышение эффективности процесса разрушения массива за счет увеличения зон предварительного

разрушения (предразрушения) и снижения удельных энергозатрат на их реализацию.

Применение предложенного породоразрушающего инструмента позволяет по

сравнению с прототипом снизить напорное

усилие и усилие перекатывания в среднем

на 30-40%.

Формула изобретения

установлен с возможностью вращения корпус, и расположенное на боковой поверхности корпуса по меньшей мере в один ряд вооружение в виде закрепленных на

корпусе по окружности через один с постоянным шагом и вылетом твердосплавных штырей с рабочей головкой для предварительного ослабления породы и твердосплавных штырей с рабочей головкой для

скалывания предварительно ослабленной породы, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса разрушения, каждая рабочая головка для предварительного ослабления породы имеет форму клина с притупленным лезвием, а каждая рабочая головка для скалывания предварительно ослабленной породы имеет форму сфероконуса, при этом шаг Т установки штырей на корпусе определяется из выражения Т 24 + К D, где К 0,025-0,04- эмпирический коэффициент: D - диаметр породоразрушающего инструмента по вылету штырей, мм.

лезвия рабочей головки для предварительного ослабления породы каждого штыря расположена к продольной оси опоры под одинаковым углом, величина которого мень- ше90°.

Фиг I