снаряд для вращательного бурения шпуров

Формула изобретения

1. СНАРЯД ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ, состоящий из штанги с однозаходной спиралью, приваренной к трубе, и двухперового резца с цилиндрическим хвостовиком, отличающийся тем, что конец спирали выполнен из полосы толщиной больше толщины остальной части спирали и имеет торцевую грань, образованную путем разреза спирали плоскостью, проходящей через образующую внешней поверхности трубы в месте выхода рабочей поверхности спирали за конец трубы и пересекающую линию окружности, описывающую внешний диаметр штанги под тупым углом, обращенным в сторону спирали, а на теле резца выполнен уступ с упорной стенкой, параллельной торцевой грани спирали для взаимодействия с последней.

2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что тело резца между породоразрушающими пластинами твердого сплава и хвостовиком выполнено асимметричным, причем внешняя поверхность тела резца со стороны пера, на котором размещен уступ для взаимодействия с торцевой гранью спирали, выполнена по форме внешней поверхности цилиндра диаметром, равным диаметру штанги, а внешняя поверхность тела резца со стороны другого пера выполнена по форме внешней поверхности усеченного конуса с большим основанием около пластины твердого сплава и меньшим основанием около хвостовика резца, при этом диаметр меньшего основания конуса равен диаметру трубы штанги, а диаметр большего основания - диаметру штанги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к вращательному бурению шпуров, и может быть использовано в других отраслях промышленности.

Известен и широко используется при вращательном бурении шпуров снаряд, состоящий из штанги с двухзаходной спиралью и двухперового резца, в котором крутящий момент (М_кр) от штанги к резцу передается стенками паза, выполненного на конце штанги, гранями выступа на теле резца. Кроме паза и выступа в этом соединении используется цилиндрический хвостовик на резце и конгруэнтное ему отверстие в штанге, которые центрируют резец по отношению к штанге и в передаче М_кр участия почти не принимают [1]

Основными недостатками такого технического решения являются малая прочность стенок паза на срез и изгиб; высокая материалоемкость снаряда; малое свободное сечение для прохода частиц буровой мелочи, что снижает скорость бурения и требует большего М_кр для вращения снаряда в процессе бурения.

Наиболее близким к предлагаемому является снаряд, у которого штанга состоит из трубы с однозаходной спиралью [2]

Достоинствами данного технического решения являются высокая пропускная способность шнека и меньшая его материалоемкость.

Недостатками данного технического решения являются недостаточная прочность соединения резца со штангой при бурении шпуров самоходными установками с большим М_кр и плохое сопряжение резца со штангой, ухудшающее проход частиц буровой мелочи.

Цель изобретения увеличение надежности и пропускной способности бурового снаряда.

Цель достигается тем, что конец спирали выполнен из полосы толщиной больше толщины остальной части спирали и имеет торцовую грань, образованную путем разреза спирали плоскостью, проходящей через образующую внешней поверхности трубы в месте выхода рабочей поверхности спирали за конец трубы, и пересекающую линию окружности, описывающую внешний диаметр штанги под тупым углом, обращенным в сторону спирали, а на теле резца выполнен уступ с упорной стенкой, параллельной торцовой грани спирали для взаимодействия с последней; тело резца между породоразрушающими пластинами твердого сплава и хвостовиком выполнено асимметрично, причем внешняя поверхность тела резца со стороны пера, на котором размещен уступ для взаимодействия с торцовой гранью спирали, выполнена по форме внешней поверхности цилиндра диаметром, равным диаметру штанги, а внешняя поверхность тела резца со стороны другого пера выполнена по форме внешней поверхности усеченного конуса с большим основанием около пластины твердого сплава и меньшим основанием около хвостовика резца, при этом диаметр меньшего основания конуса равен диаметру трубы штанги, а диаметр большего основания диаметру штанги.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются следующие.

1 п р и з н а к. Крутящий момент от штанги передается торцовой гранью конца спирали, выполненной из полосы увеличенной толщины и выходящей за конец трубы штанги, путем ее упора в стенку уступа, выполненной на теле резца параллельно торцовой грани спирали и параллельно продольной оси снаряда. Этот признак применяется впервые и позволяет передавать крутящий момент усиленным концом спирали с увеличенной площадью торцовой грани, выполненной параллельно продольной оси снаряда, что приводит к увеличению надежности данного узла бурового снаряда и позволяет исключить возникновение сил, отодвигающих резец от штанги.

2 п р и з н а к. Торцовая грань спирали образована путем разреза ее плоскостью, проходящей через образующую внешней поверхности трубы в месте выхода рабочей поверхности спирали за конец трубы и пересекающая линию окружности, описывающую внешний диаметр штанги под тупым углом, обращенным в сторону спирали. Этот признак применяется впервые и позволяет увеличить надежность снаряда, так как реактивная сила от опорной стенки уступа на теле резца при передаче крутящего момента воздействует на торцовую грань утолщенной части спирали, стараясь прижать ее к внешней поверхности трубы. При этом материал спирали выдерживает значительно большие нагрузки, так как работает на сжатие, а площадь среза конца спирали имеет большую величину за счет увеличенной толщины и наклонного расположения спирали.

3 п р и з н а к. Тело резца между породоразрушающими пластинами твердого сплава и хвостовиком выполнено асимметрично, причем внешняя поверхность тела резца со стороны пера, на котором размещен уступ для взаимодействия с торцовой гранью спирали, выполнена по форме внешней поверхности цилиндра диаметром, равным диаметру штанги, а внешняя поверхность тела резца со стороны другого пера выполнена по форме внешней поверхности усеченного конуса с большим основанием около пластины твердого сплава и меньшим основанием около хвостовика резца, при этом диаметр меньшего основания конуса равен диаметру трубы штанги, а диаметр большего основания диаметру штанги.

Этот признак применяется впервые и позволяет увеличить свободное сечение для прохода частиц буровой мелочи от породоразрушающих пластин к спирали штанги, а также уменьшить материалоемкость резца, выполняемого из легированной стали.

На фиг. 1 изображен снаряд; на фиг. 2 штанга снаряда со стороны резца; на фиг. 3 вид на резец снаряда со стороны хвостовика.

Снаряд для вращательного бурения шпуров состоит из штанги с однозаходной спиралью и резца с цилиндрическим хвостовиком. Штанга снаряда выполнена из цельнотянутой трубы 1, на одном конце которой выполнен хвостовик для соединения с патроном сверла (не показан). На трубу навита и приварена спираль, состоящая из полос 2 и 3 соответственно нормальной и увеличенной толщины. Причем усиленная часть полосы 3 имеет относительно небольшую длину (0,5-0,7 витка) и приваривается к трубе с обеих сторон со стороны рабочей 4 и нерабочей 5 поверхностей.

Конец усиленной полосы 3 разрезан плоскостью для образования торцовой грани 6, которая взаимодействует с упорной стенкой 7, выполненной на том пере резца 8, у которого внешняя поверхность тела близка к поверхности цилиндра. Это перо резца выполнено более массивным, чтобы паз не ослабил его тело. Цилиндрическая поверхность тела этого пера способствует проходу частиц буровой мелочи от режущих лезвий пера на рабочую поверхность спирали.

Второе перо резца имеет внешнюю поверхность тела в виде усеченного конуса 9 с меньшим основанием со стороны штанги с целью увеличения площади свободного сечения для прохода частиц буровой мелочи от режущих лезвий пера в зону штанги.

Плоскость, разрезающая конец усиленной спирали для образования торцовой грани 6, проходит параллельно продольной оси снаряда через образующую внешней поверхности трубы штанги в месте выхода рабочей поверхности 4 спирали за конец трубы и пересекает линию окружности, описывающую внешний диаметр штанги (фиг. 2), под тупым углом , обращенным в сторону спирали. Такое выполнение торцовой грани способствует прижатию конца спирали к внешней поверхности трубы и увеличивает надежность снаряда.

Снаряд работает следующим образом.

В процессе бурения шпуров М_кр от штанги к резцу передается за счет упора торцовой грани 6 на усиленном конце спирали в стенку 7 паза, выполненного на одном пере резца. При этом торцовая грань 6 спирали и упорная стенка 7 на резце работает на сжатие, а следовательно, могут выдержать значительно большие нагрузки. Кроме этого конец спирали работает на срез по плоскости, перпендикулярной продольной оси снаряда. Поэтому он выполняется увеличенной толщины, приваривается к трубе с двух сторон и располагается под углом к продольной оси снаряда. Все это способствует увеличению площади срезаемой поверхности, а следовательно, увеличению надежности снаряда.

Экспериментальные образцы снаряда с таким выполнением опробовались на испытательной машине кафедры сопротивления материалов Новочеркасского политехнического института и выдерживали М_кр 36-38 кгм. Это в 1,8 раза превышает опрокидной М_кр, развиваемый самоходной буровой установкой БУА-3С с двигателем вращателя 11 кВт. В настоящее время экспериментальные образцы предлагаемого снаряда для бурения шпуров испытываются в производственных условиях.