Резец для вращательного бурения шпуров Советский патент 1993 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к резцам для вращательного бурения шпуров.

Целью изобретения является повышение производительности за счет создания дополнительного осевого усилия и повышения удельной нагрузки на режущую грань при бурении перемежающихся по твёрдости горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в известном резце вместо двух лопастей, режущих по забою 1, на корпусе 2 выполне- : на одна лопасть 3 с режущей гранью 4, которая расположена только по одну сторону оси 5 вращения резца с однонаправленным удалением точек по линии резания от оси 5 вращения резца, э для стабилизации рабочего положения лопасти.3 и создания осевого усилия на боковой поверхности резца вместо винтовой канавки с режущими гранями выполнена выемка 6, в которой размещен валок 7, установленный под острым углом а к направлению вращения и под острым углом у к оси 5 вращения резца, при этом вершина острого угла у направлена в сторону лопасти 3, а боковая поверхность 8 валка 7 выполнена в видо конуса, на которую нанесена винтовая канавка 9 с направлением оси 10 канавки, противоположном направлению 11 рабочего вращении резца. В плане валок смещен под углом относительно лопасти в направлении 11 вращения резца.

Между витками канавки 9 по вимтовой линии валок армирован зубками 12, причем по высоте валка зубки 12 каждого нитка лежат на одной образующей 13.

На боковой поверхности корпуса выполнена винтовая канавка 14, вход 15 которой расположен впереди основания 16

00

со со ел XI о

СлЭ

лопасти 3 по направлению 11 вращения резца, а выход 17 на торце корпуса 2 с противоположной стороны от лопасти 3.

Ось 18 спирали канавки 14 направлена в сторону вращения резца, например, для правого вращения резца - правое направление оси 18 спирали канавки, при этом ось 18 спирали канавки 14 пересекает выемку 6.

Предельное значения углов а, / и у.

1, Расчет для оценки угла а.

1:1. Максимально возможный шаг перемещения лопасти 3 резца в осевом направлении (подача на один оборот рабочего вращения резца) за счет угла а с учетом диаметра D шпура приближенно выразится формулой

Н шага резца лг-D-ig а

Для различных аи D значения Н указаны в табл.1.

1.2. Реальное осевое перемещение h лопасти 3 на один оборот рабочего вращения резца будет зависеть от крепости пород и удельного давления на режущую грань.

1.3. Противоположно направлению бурения осевая составляющая смещения S внедренного в забой зубка 12 приближенно составит

S смещения -----, N рядов

где N - количество рядов зубцов, располо- женныхпо образующей 13 боковой поверхности 8 валка 7.

1.4. Для неконической боковой поверхности8 (по образующим 19,20) валка 7 при

R

отношении- 1 const по высоте валка 7 каждый зубок 12 валка 7 за период контакта с забоем 21 может перемещаться как вдоль оси 5 буреция, так и по касательной 22 к направлению 11 вращения резца на границе забоя 21.

1.5. Для крайнего значения угла а 45° и D 150 мм при конусной боковой поверхности 8 валка

471 2-3

S смещения зубка ... --- . 40 рядов

.-11,7мм,, где 471,2.-значение Н по табл.1;

3-реальное осевое перемещение лопасти на один оборотрабочего вращения резца;

40 - принятое количество рядов зубков.

При достаточно малых значениях угла у смещение S зубка на 11,7 мм будет выполняться в контакте с породой 23 и значение а-45° принимается как максимально предельное.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

1.6. Минимальное значение а 1° выбрано с учетом возрастания составляющей полного смещения S зубка вдоль касательной 22 к окружности на границе забоя 21.

1.7. Окончательно выбраны пределы .

2. Для угла Д

2.1. Or расположения валка под углом Р относительно лопасти 3 резца зависит диаметр D шпура при бурении,

Для углов ft менее 180°, считая от наибольшего торца валка 7, лопасть 3 резца при бурении смещается в сторону от оси 5 вращения, а для ft более 300°, считая от наименьшего торца валка 7, лопасть 3 смещается к оси 5 вращения и резец прихватывается.

Окончательно принято: 180° (от большего торца валка) / 300° (от меньшего торца валка):

При всех промежуточных значениях угла fi будет выполняться условие создания дополнительного осевого усилия при работе резца.

3. Для угла у.

3.1. От угла у зависит эффективность связи валок-забой. При у 40°, зубки 12 валка 7, разрушая забой 21, слабо удерживаются на его поверхности, при этом не развивается дополнительная осевая нагрузка на резец.

При углаху 1° зубки 12 валка 7, быстро разрушая забой 21, ухудшают связь валок- забой и дополнительное осевое усилие не развивается.

Окончательно 1° .

4. От выбора соотношения максимального радиуса m вращения лопасти 3 к максимальному радиусу М вращения валка 7 возможны различные соотношения d/D шпура.

При отношении - 0,3 резец в рабочем

положении смещается к оси 5 вращения по направлению валок-ось, а при отношении

тт 0,95 резец смещается в обратном направлении - в сторону от оси 5 шпура. Окончательно 0,3 jnj 0.95.

На фиг.1 изображен резец в процессе бурения с изображением проекции угла а на плоскость, проходящую через ось 5 вращения резца; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 с изображением угла fi ; на фиг.З - разрез по Б-Б на фиг.2 с изображением проекцииугла у на плоскость, проходящую через ось 5 вращения резца; на фиг.4- изображение резца с обратной стороны относительно фиг.1; на фиг.5 - узел I на фиг.З, изображающий положение зубка и длину с- мещения S.

Резец для вращательного бурения шпуров состоит из корпуса 2, у которого с одного торца выполнена режущая лопасть 3, а с другого торца выполнен конус 24 для соединения резца с буровой штангой. В корпусе выполнена выемка 6, в которой размещен валок. 7, ориентированный относительно оси 5 вращения резца углами а и у, а в nniane относительно лопасти 3 углом Д

Валок опирается на вал 25, установленный в корпусе 2 в посадочных местах 26,27, и закреплен винтом 28,

На боковой поверхности валка 7 нанесена винтовая канавка 9, а между витками канавки 9 боковая поверхность 8 валка 7 армирована зубками 12, причем по высоте валка 7 зубки 12 каждого витка лежат на одной образующей 13. На боковой поверхности корпуса 2 выполнена винтовая кз- иавка 14, вход 15 которой расположен впереди основания 16 лопасти 3 по направлению 11 вращения резца, а выход 17 на торце корпуса 2 с противоположной стороны от лопасти 3, причем канавка 14 пересекает выемку 6.

Резец работает следующим образом.

В предварительно забуренный шпур 29 опускают закрепленный на буровой штанге рвзец и приводят его во вращение, при этом полностью смещенная относительно оси 5 вращения резца лопасть 3 своей режущей гранью 4 начинает разрушать забой 1, Из-за отсутствия с противоположной стороны от лопасти 3 вокруг оси 5 режущих элементов корпус 2 резца смещается, а валок 7, армированный зубками 12, прижимается к стенке шпура 29 и катится. Воспринимая на себя силу реакции, валок 7 способствует стабилизации положения лопасти 3, при этом сам участвует в двух направлениях вращения:

- вращение смещенной оси 30 валка 7 в направлении 11 вращения резца;

- вращение валка 7 вокруг собственной оси 30 впротивоположном направлении 31 относительно вращения резца.

За счет зубков 12, внедренных в забой 21 шпура 29 и угла поворота а, возникает осевое усилие, направленное в сторону забоя 1. э забой 21 шпура в зоне контакта с боковой поверхностью валка от воздействия зубков разрушается. Диаметр шпура при этом увеличивается с d на высоте лопасти до D на высоте наибольшего торца конусной поверхности валка. Для равномерного разрушения забоя 21 зубками в

слабых по прочности породах боковая поверхность 8 валка 7 выполнена в виде конуРса, а отношение - для любой точки забоя

5 выбирается постоянным и зависит от угла и диаметра валка.

При бурении прочных пород подбираются валки, имеющие выпуклую или вогнутую образующие 19,20 относительно оси 30

вращения валка 7, где отношение - переменно по всей высоте валка, что ведет при работе к появлению разности скоростей между зубками и забоем, при этом усилива5 ется разрушающее действие зубков. Расположение зубков по линии образующей 13,19,20 на боковой поверхности 8 валка 7 способствует возникновению колебаний в поперечном направлении и более эффек0 тивному скалыванию породы режущей гранью 4 лопасти 3 в процессе резания. .

В рабочем положении резца продукты разряжения от лопасти 3 через винтовую канавку 14 попадают в выемку 6 между вал5 ком 7 и корпусом 2, которые, вращаясь в противоположные стороны 11 и 31, посредством винтовой канавки 9 валка 7 транспортируют продукты разряжения до выхода 17 винтовой канавки на корпусе со стороны

0 торца корпуса 2 и удаляются через эту канавку за торец. Далее про ,укты разряжения могут удаляться, например, шнековой поверхностью на буровой штанге.

5Формула.изоб-ретения

1. Резец для вращательного бурения шпуров, содержащий корпус, по крайней мере однулопасть и узел создания дополнительной осевой нагрузки на резец, о т л и 0 чающийся тем, что, с целью повышения производительности бурения за счет создания дополнительного осевого усилия и повышения на режущую грань лопасти удельной нагрузки при бурении перемеща5 ющихся по твердости горных пород, узел создания дополнительно осевой нагрузки выполнен в виде размещенного в корпусе валка, установленного под острым углом а. к направлению вращения, при этом угол на0 клона о. изменяется в пределах от 1 ° до 45°, при этом валок армирован зубками, расположенными по винтовой линии, причем по высоте валка зубки каждого витка лежат на одной образующей.

5 2. Резец по п.1,отличающий с я тем, что в плане валок смещен по окружности относительно передней грани лопасти в направлении вращения, при этом угол смещения/ изменяется от 180° на верхнем торце валка до 300° на нижнем торце валка, а на наружной поверхности валка по всей высоте выполнена винтовая канавка, причем направление спирали, образованной осью канавки, противоположно направлению рабочего вращения резца..

3. Резец по пп.1 и 2, от л и ч а ю щ и и - с я тем, что на корпусе выполнена выемка, а валок размещен в выемке корпуса, при этом на боковой поверхности корпуса впереди основания лопасти выполнен вход винтовой канавки, а выход расположен на противоположном торце корпуса от лопасти, причем направление спирали оси канавки совпадает с направлением рабочего вращения резца.

4. Резец по пп.1-3, отличающий- с я тем, что валок наклонен под острым углом у к оси резца, при этом вершина угла у направлена в сторону лопасти и составляет от 1° до 40°.

5. Резец по пп. 1-4, от л и чаю щи й- с я тем, что для бурения слабых по прочности пород валок выполнен по форме конуса, при этом диаметр валка увеличивается от торца, обращенного к режущей лопасти, а отношение радиуса, построенного от оси

резца до любой точки на максимально удаленной от этой оси образующей боковой поверхности валка, к радиусу нэлкэ, построенному к той же точке образующей, по всей высоте валка постоянно.

6. Резец по пп.1-4, о т л и чающий- с я тем, что для бурения прочных пород боковая поверхность валка выполнена по- образующей с выпуклым или вогнутым положением относительно осивалка.

7. Резец по пп. 1-6, отличающий- с я тем, что отношение расстояния от оси вращения резца до максимально удаленной от оси точки на режущей грани лопасти к расстоянию от оси вращения резца до точки

на максимально удаленной от оси резца образующей боковой поверхности волка со стороны наибольшего торца валка, состав- ляетО,3-0,95.

z

Использование: вращательное бурение шпуров, Сущность изобретения: резец содержит корпус, по крайней мере одну ло- пасть и узел создания дополнительной нагрузки. Узел создания дополнительной осевой нагрузки выполнен в виде размещенного в корпусе валка, установленного под острым углом а к направлению вращения резца. Угол наклона а изменяется в пределах от 1 до 45°. Валок армирован зубками, расположенными по винтовой линии. По высоте валка зубки каждого витка лежат на одной образующей. В плане валок смещен по окружности относительно передней грани лопасти в направлении вращения. На наружной поверхности валка по всей высоте выполнена винтовая канавка. Направление спирали канавки противоположно направлению вращения резца. На боковой поверхности корпуса резца выполнена выемка, в которой размещен валок. Валок наклонен под острым углом у к оси резцэ. Вершина острого угла у направлена в сторону лопасти и составляет от 1 до 40°. 6 з.п. ф-лы, 5 ил. f

Фиг, Т

27

J-/4 7

Фиг. 2

5-Б

26

30Фиг.з

Фиг. 4