долото для роторного бурения режущего типа

Формула изобретения

1. Резец, содержащий удлиненный хвостовик (10, 10'); режущий элемент (11), закрепленный на одном конце хвостовика и выступающий из него и выполненный из материала, который тверже, чем материал хвостовика; и составную втулку (31, 31'), образованную множеством поясков (32, 32') втулки, которые прикреплены вокруг хвостовика (10, 10') вблизи режущего элемента (11) и непосредственно примыкают друг к другу, при этом пояски (32, 32') втулки выполнены из материала, который тверже, чем материал хвостовика (10,10'), и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем материал хвостовика.

2. Резец по п.1, в котором упомянутые пояски (32, 32') втулки выполнены из того же материала, что и режущий элемент (11).

3. Резец по п.1 или 2, в котором упомянутые пояски (32, 32') втулки выполнены из карбида вольфрама.

4. Резец по п.1 или 2, который содержит три пояска (32, 32') втулки.

5. Резец по п.1 или 2, в котором каждый поясок (32) втулки имеет один и тот же внутренний и внешний диаметр.

6. Резец по п.1 или 2, в котором хвостовик (10, 10') образует фланец (17, 17'), который проходит, по существу, перпендикулярно к продольной оси хвостовика между в основном конической секцией (15) и цилиндрической секцией (16, 16'), причем коническая секция (15) сужается к цилиндрической секции (16, 16'), и цилиндрическая секция образует паз (18) для размещения опорной части режущего элемента (11), при этом пояски (32, 32') втулки прикреплены к хвостовику вокруг цилиндрической части, и один из поясков (32, 32') втулки опирается на фланец (17, 17').

7. Резец по п.6, в котором пояски (32, 32') втулки являются в целом цилиндрическими.

8. Резец по п.6, в котором упомянутый хвостовик (10') образует второй фланец (17'), отстоящий по оси от первого фланца (17) в направлении от режущего элемента (11) и проходящий, по существу, перпендикулярно к продольной оси хвостовика, а один или более поясков (32') втулки прикреплены вокруг хвостовика и проходят между первым (17) и вторым (17') фланцами.

9. Резец по п.8, в котором хвостовик (10') имеет вторую цилиндрическую секцию (16'), расположенную между первым (17) и вторым (17') фланцами и имеющую диаметр, превышающий диаметр первой цилиндрической секции (16), которая проходит от первого фланца в направлении от второго фланца.

10. Резец по п.1 или 2, в котором пояски (32, 32') втулки прикреплены вокруг хвостовика (10; 10') с помощью пайки твердым припоем.

11. Резец, содержащий удлиненный хвостовик (10, 10') из стали; режущий элемент (11), прикрепленный к цилиндрической концевой секции хвостовика и выступающий из него по оси относительно продольной оси хвостовика и выполненный из материала, который тверже материала хвостовика; и составную втулку (31, 31'), образованную множеством кольцевых поясков (32, 32') втулки, которые прикреплены вокруг цилиндрической концевой секции хвостовика, примыкая в осевом направлении, и которые, по существу, проходят по всей высоте этой секции, и которые выполнены из материала более твердого, чем материал хвостовика (10, 10'), и имеющего меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резания, чем сталь хвостовика.

12. Резец по п.11, который содержит три пояска (32, 32') втулки.

13. Способ использования резца при разработке месторождений, причем резец содержит удлиненный хвостовик (10, 10), режущий элемент (11), прикрепленный к одному концу хвостовика и выступающий из него и выполненный из материала более твердого, чем материал хвостовика; и составную втулку (31, 31'), образованную множеством кольцевых поясков (32, 32') втулки, которые прикреплены вокруг хвостовика вблизи режущего элемента (11) и непосредственно примыкают друг к другу, при этом пояски (32, 32') втулки выполнены из материала, который тверже материала хвостовика (10, 10') и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры в процессе резания, чем материал хвостовика (10, 10'), при этом способ включает в себя этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ или рудничную пыль.

14. Способ по п.13, при котором окружающая среда содержит газ метана.

15. Способ использования резца для разработки месторождения, причем резец содержит удлиненный стальной хвостовик; режущий элемент (11), прикрепленный к цилиндрической концевой секции хвостовика и выступающий из него по оси относительно продольной оси хвостовика и выполненный из материала, который тверже материала хвостовика; и составную втулку (31, 31'), образованную из множества кольцевых поясков (32, 32') втулки, которые прикреплены вокруг цилиндрической концевой секции, примыкая в осевом направлении, которые проходят, по существу, по всей высоте этой секции и которые выполнены из материала более твердого, чем материал хвостовика (10, 10'), и имеющего меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, при этом способ включает в себя этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

16. Способ по п.15, при котором окружающая среда включает в себя газ метана.

17. Резец, содержащий удлиненный хвостовик (10, 10'); режущий элемент (11), закрепленный на одном конце хвостовика и выступающий из него и выполненный из материала, который тверже материала хвостовика; и при этом удлиненный хвостовик содержит цилиндрическую секцию (16), имеющую первый конец, примыкающий к режущему элементу (11), и второй конец, отстоящий по оси в направлении от режущего элемента (11) и заканчивающийся первым фланцем (17); кольцевую втулку (31, 31'), которая прикреплена вокруг цилиндрической секции (16) хвостовика, при этом кольцевая втулка опирается одним осевым концом на фланец, а осевой другой конец проходит к первому концу цилиндрической секции (16), но заканчивается до него так, что цилиндрическая часть (33) цилиндрической секции остается открытой, причем втулка выполнена из материала, который является более твердым, чем материал хвостовика (10, 10'), и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем материал хвостовика.

18. Резец по п.17, в котором упомянутая втулка (31, 31') изготовлена из того же материала, что и режущий элемент (11).

19. Резец по п.17 или 18, в котором упомянутая втулка (31, 31') изготовлена из карбида вольфрама.

20. Резец по п.17 или 18, в котором втулка (31, 31') содержит множество кольцевых поясков (32, 32') втулки, которые прикреплены вокруг цилиндрической секции (16, 16'), непосредственно примыкая друг к другу.

21. Резец по п.20, в котором втулка содержит три пояска (32, 32') втулки.

22. Резец по п.20, в котором каждый поясок (32) втулки имеет один и тот же внутренний и внешний диаметр.

23. Резец по п.17 или 18, в котором фланец (17) проходит между в целом конической секцией (15) и цилиндрической секцией (16), причем коническая секция (15) сужается к цилиндрической секции (16), и цилиндрическая секция образует паз (18) для размещения опорной части режущего элемента (11).

24. Резец по п.17 или 18, в котором упомянутый хвостовик (10') образует второй фланец (17'), отстоящий по оси от первого фланца (17) в направлении от режущего элемента (11) и проходящий, по существу, перпендикулярно к продольной оси хвостовика, а вторая втулка (32') прикреплена вокруг хвостовика и проходит между первым (17) и вторым (17') фланцами.

25. Резец по п.24, в котором хвостовик (10') является цилиндрическим между первым (17) и вторым (17') фланцами и имеет диаметр, превышающий диаметр цилиндрической секции (16), которая проходит от первого фланца (17) в направлении от второго фланца (17').

26. Способ использования резца для разработки месторождения, причем резец содержит удлиненный хвостовик (10; 10'); режущий элемент (11), установленный на одном конце хвостовика, выступающий из него и выполненный из материала тверже материала хвостовика, при этом удлиненный хвостовик содержит цилиндрическую секцию (16), имеющую первый конец вблизи режущего элемента (11) и второй конец, отстоящий по оси от режущего элемента и заканчивающийся первым фланцем (17); кольцевую втулку, которая прикреплена вокруг цилиндрической секции (16) хвостовика, кольцевую втулку, опирающуюся одним осевым концом на первый фланец (17), в то время как другой осевой конец проходит к первому концу цилиндрической секции (16), но заканчивается до него, так что цилиндрическая секция остается открытой, при этом втулка выполнена из материала, который тверже материала хвостовика (10; 10') и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем материал хвостовика, при этом способ содержит этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

27. Способ по п.26, в котором окружающая среда содержит газ метана.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к режущему инструменту, используемому для разработки месторождений и выемки грунта. Настоящее изобретение было разработано, главным образом, для использования при добыче угля и обычно для разработки подземных угольных месторождений. Поэтому будет удобнее описывать это изобретение в связи с таким применением, хотя будет сразу понятно, что изобретение могло бы использоваться для любой разработки месторождения и выемки грунта, для которой его функционирование является подходящим.

Разное отличающееся по виду оборудование и механизмы могут использоваться для работ по разработке месторождения и выемке грунта, и обычно вид работы по разработке месторождения или выемке грунта определяет соответствующий вид оборудования или механизмов. Настоящее изобретение, главным образом, относится к разработке подземных угольных месторождений, и одна из главных трудностей, связанных с безопасностью такого вида разработки месторождения, относится к пожарам или взрывам в шахте. Они могут произойти из-за образования метана при добыче и угольной пыли (обычно известной как рудничная пыль), которые могут накапливаться в шахте и являются легко воспламеняемыми. Недостатком является и то, что используемое при добыче угля оборудование может производить воспламеняющие искры и таким образом вызывать пожары или взрыв. Поэтому важно, чтобы все соответствующие меры были предприняты для уменьшения или исключения искрообразования.

Оборудование, используемое для добывания или выемки твердого грунта, может включать в себя ротационные режущие инструменты, в которых вращающийся барабан, несущий множество выступающих режущих долот или ударных инструментов, вводится в соприкосновение с поверхностью грунта. Ударные инструменты или резцы врезаются в поверхность грунта, вращаясь с барабаном, чтобы нанести по грунту удар и отбить или отделить осколок грунта от поверхности. Такое резкое соприкосновение между резцами и поверхностью грунта может вызвать искру между ними.

Резцы, применяемые для вышеупомянутой цели, в основном имеют твердосплавный режущий инструмент из карбида вольфрама, который прикреплен обычно пайкой твердым припоем к стальному хвостовику. Резцы такого типа раскрыты в ряде ссылок из известного уровня техники, таких как патент США № 6113195, ЕР 0274645 и DE 4226976. Элементы резцов могут быть вставного типа или типа насадки.

Вставной тип раскрыт в DE4226976, в котором большая часть по осевой длине режущего элемента закреплена в канале хвостовика, а другая часть выступает из него. Режущий элемент типа насадки раскрыт в ЕР 0274645, в котором элемент имеет более широкое основание, чем элемент вставного типа, и это основание расположено и впаяно твердым припоем в относительно мелкий паз в переднем конце хвостовика. Настоящее изобретение является подходящим к обеим из этих форм резца.

В резцах упомянутых выше видов, искры могут создаваться между головкой из карбида вольфрама и поверхностью грунта, а также между стальным хвостовиком и поверхностью грунта, хотя возникновение искры между хвостовиком и поверхностью грунта является более вероятным.

Целью настоящего изобретения является создание резца, который имеет уменьшенную вероятность создания искры во время работ по разработке месторождения или выемке грунта, особенно при разработке подземного угольного месторождения.

В соответствии с настоящим изобретением создан резец, содержащий:

удлиненный хвостовик;

режущий элемент, закрепленный на одном конце хвостовика, выступающий из него и выполненный из материала, более твердого, чем материал хвостовика; и

составную втулку, образованную множеством кольцевых поясков втулки, которые прикреплены вокруг хвостовика вблизи головки и непосредственно примыкают друг к другу, при этом пояски втулки выполнены из материала более твердого, чем материал хвостовика, и имеют меньшую, чем у материала хвостовика, склонность к образованию воспламеняющей искры при резании.

Настоящее изобретение, кроме того, представляет собой резец, содержащий

удлиненный стальной хвостовик;

режущий элемент, закрепленный на цилиндрической концевой секции хвостовика, выступающий из этого конца по оси относительно продольной оси хвостовика и выполненный из материала более твердого, чем материал хвостовика; и

составную втулку, образованную множеством кольцевых поясков втулки, которые прикреплены вокруг цилиндрической концевой секции, прилегая в продольном направлении, и которые по существу проходят на всю высоту этой секции, выполнены из материала, который является более твердым, чем материал хвостовика, и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем сталь хвостовика.

Настоящее изобретение, кроме того, представляет способ использования резца при разработке месторождения, причем резец включает в себя удлиненный хвостовик; режущий элемент, закрепленный на одном конце хвостовика, выступающий из него и выполненный из материала более твердого, чем материал хвостовика; и

составную втулку, образованную множеством кольцевых поясков втулки, которые прикреплены вокруг хвостовика вблизи режущего элемента и непосредственно примыкают друг к другу, при этом пояски втулки, выполненные из материала более твердого, чем материал хвостовика, имеют более низкую, чем у материала хвостовика, склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, при этом способ включает этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

Настоящее изобретение дополнительно представляет способ использования резца для разработки месторождения, причем резец включает в себя:

удлиненный стальной хвостовик;

режущий элемент, закрепленный на цилиндрической концевой секции хвостовика, выступающий из этого торца по оси относительно продольной оси хвостовика и выполненный из материала, более твердого, чем материал хвостовика; и

составную втулку, образованную множеством кольцевых поясков втулки, которые прикреплены вокруг цилиндрической концевой секции, прилегая в продольном направлении, и которые по существу проходят по всей высоте этой секции и выполнены из материала, который является более твердым, чем материал хвостовика, и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем сталь хвостовика, при этом способ содержит этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

Еще, дополнительно, настоящее изобретение представляет резец, содержащий:

удлиненный хвостовик;

режущий элемент, закрепленный на одном конце хвостовика, выступающий из него и выполненный из материала более твердого, чем материал хвостовика; и при этом удлиненный хвостовик включает в себя цилиндрическую секцию, имеющую первый конец, смежный с режущим элементом, и второй конец, отстоящий в продольном направлении от режущего элемента и заканчивающийся фланцем;

кольцевую втулку, которая прикреплена вокруг цилиндрической секции хвостовика, при этом кольцевая втулка опирается одним осевым концом на фланец, а противоположный осевой конец проходит к первому концу цилиндрической секции, но заканчивается до нее, так что цилиндрическая часть цилиндрической секции остается открытой снаружи, при этом втулка выполнена из материала, который является более твердым, чем материал хвостовика, и который имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющей искры при резании, чем материал хвостовика.

Кроме того, также настоящее изобретение представляет способ использования резца при разработке месторождения, при этом резец содержит:

удлиненный хвостовик;

режущий элемент, закрепленный на одном конце хвостовика, выступающий из него и выполненный из материала, более твердого, чем материал хвостовика; и при этом удлиненный хвостовик, содержащий цилиндрическую секцию, имеющую первый конец, смежный с режущим элементом, и второй конец, отстоящий в продольном направлении от режущего элемента и заканчивающийся фланцем;

кольцевую втулку, которая прикреплена вокруг цилиндрической секции хвостовика, при этом кольцевая втулка опирается одним осевым концом на фланец, а другой осевой конец проходит к первому концу цилиндрической секции, но заканчивается до него, так что цилиндрическая часть цилиндрической секции остается открытой снаружи, причем втулка выполнена из материала, более твердого, чем материал хвостовика, и при этом имеет меньшую склонность к образованию воспламеняющих искр при резании, чем хвостовик, при этом способ содержит этап разработки месторождения в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

За счет прикрепления втулки вокруг хвостовика, часть хвостовика в непосредственной близости от режущего элемента, у которого обычно наибольшая вероятность соприкосновения с поверхностью грунта, подлежащего резанию, или с кусками грунта, отделяемыми от его поверхности, и, следовательно, создания воспламеняющей искры, то эта часть долота защищена от такого контакта стойким к созданию искр материалом. Возможность образования искры, следовательно, уменьшается.

В резце, согласно изобретению, удлиненный хвостовик может принимать любую заданную форму, такую как известные формы, для установки вращающегося режущего барабана. Крепление хвостовика к барабану обычно выполняется разъемным, так что изношенные резцы могут быть заменены при необходимости, а в некотором горном оборудовании хвостовик установлен с возможностью вращения, так что резец может свободно вращаться вокруг своей продольной оси при соприкосновении с поверхностью грунта. Хвостовик, как правило, желательно изготавливать из стали.

В резце согласно изобретению хвостовику может быть придана форма для установки или режущего элемента съемного типа или режущего элемента типа насадки.

В резце, согласно изобретению, режущий элемент может быть изготовлен из любого подходящего материала, который тверже, чем материал хвостовика, и предпочтительным материалом режущего элемента является твердый сплав с карбидом вольфрама в качестве основного компонента. Режущий элемент может быть также армирован алмазами для повышения твердости или может содержать кубический нитрид бора для этой же цели. Режущий элемент может иметь любую подходящую форму, которая обычно зависит от того, является ли элемент вставного или насадочного типа. Режущий элемент обычно припаян твердым припоем к хвостовику, хотя могут быть использованы другие способы для крепления элемента, такие как химические связывающие вещества.

Втулка, которая прикреплена вокруг хвостовика смежно с режущим элементом, предпочтительно изготавливается из того же материала, что и режущий элемент, и предпочтительно, чтобы материал был твердым сплавом с карбидом вольфрама в качестве основного компонента. Как вариант, этим материалом могли бы быть или включать SiC, Al₂O ₃, TiN, SiC-D (композитный материал из сплава карбида силикона с алмазами), кубический нитрид бора, инструментальная сталь или другие подобные материалы. Эти материалы могут создаваться как композитный материал с другими подходящими материалами или они могут быть выполнены как наружный слой или слои поверх подходящей основы.

При обычном размере резца, продольная высота втулки могла бы быть приблизительно около 10-15 мм, с толщиной втулки по радиусу между внутренним и внешним диаметром около 3-5 мм. Изготовление втулки таких размеров из карбида вольфрама может представлять определенные трудности и поэтому согласно изобретению втулка может изготавливаться как составная втулка из поясков или колец уменьшенной высоты, примерно около 4 мм осевой высоты. Эти пояски могут затем быть прикреплены к хвостовику, чтобы образовать составную втулку требуемой высоты. В предпочтительном расположении используются три втулочных пояска, хотя два втулочных пояска, или четыре, или больше, могут использоваться при необходимости. В предпочтительном расположении, каждый поясок втулки имеет одинаковые внутренние и внешние диаметры, и предпочтительно, чтобы внутренние и наружные поверхности были параллельными, хотя наружная поверхность может включать в себя скошенную кромку или кромки для снижения вероятности поломки острой кромки.

Предсказуемая трудность с втулкой, изготовленной как одно целое, относится главным образом к разнице в коэффициенте линейного расширения между втулкой и хвостовиком, когда втулка прикреплена к хвостовику. Если материалом хвостовика является сталь, а материалом втулки является карбид вольфрама, то хвостовик расширится, когда сталь нагрета, а затем сожмется, когда сталь охладится почти в два раза быстрее, чем остынет втулка. Разница в скорости усадки может вызвать напряжения во втулке, которая обычно станет более хрупкой, чем хвостовик, и если напряжения велики, втулка может треснуть. Если на хвостовике находится несколько поясков в виде колец, то площадь контакта между хвостовиком и составной втулкой может быть уменьшена за счет промежутков между кольцами. Это имеет место, поскольку материал, использованный для крепления колец к хвостовику, находится между кольцами и хвостовиком и между самими кольцами. Этот материал, который, как описано далее, предпочтительно является твердым припоем, может смягчать часть возникших механических напряжений и поэтому уменьшать вероятность выхода из строя втулки. Это имеет дополнительное преимущество, так как составная втулка может быть крепче или прочнее, чем цельная втулка, так что вероятность износа или выхода из строя при рабочих нагрузках также уменьшается.

В предпочтительном варианте резца, в соответствии с изобретением, в хвостовике предусматривается фланец между в целом конической секцией и цилиндрической секцией. Коническая секция переходит в цилиндрическую секцию, тогда как в цилиндрической секции предусматривается паз для размещения основной части режущего элемента. Такое размещение позволяет создавать резец или вставного или насадочного типа. При таком размещении, втулка прикрепляется к хвостовику вокруг цилиндрической секции и упирается во фланец. Преимущественно такое размещение обеспечивает точную установку втулки на хвостовике и образует поверхность, на которую втулка может воспринимать ударные нагрузки при резании.

Для уменьшения вероятности растрескивания кольцевой втулки при резании, часть втулки, которая находится сменно с основанием режущего элемента, может быть установлена так, что цилиндрическая часть цилиндрической секции остается открытой снаружи. Предпочтительно, чтобы длина в продольном направлении, на которую она остается открытой, составляла приблизительно 1-5 мм, наиболее предпочтительно около 3 мм. Открытая часть, следовательно, является относительно малой и предпочтительно также, чтобы она была в диаметре не больше, чем крайний диаметр режущего элемента вблизи основания режущего элемента. Так как только малая часть цилиндрической секции является открытой снаружи, вероятность соприкосновения этой секции с поверхностью резания при резании является очень низкой. Точнее, открытая, незащищенная часть секции является почти "тенью" режущего элемента, который является частью резца, и подвергается минимальному или незначительному износу благодаря ее тесной близости к режущему элементу. Износ резца может с большей вероятностью произойти в месте, расположенном значительно дальше от режущего элемента. Детали резца, которые более склонны к износу, являются теми деталями, которые имеют значительный контакт с поверхностью резания, и это именно те детали, у которых есть большая вероятность вызвать искру, когда контакт будет иметь место.

За счет установки кольцевой втулки в определенном положении дальше от режущего элемента, втулка помещается в менее разрушительные внешние условия во время работы по резанию относительно ударных нагрузок, которые могли бы привести к разрушению втулки. С другой стороны, за счет установки втулки для перекрытия участков резца от существенного контакта с поверхностью резания в процессе резания, склонность к образованию искры может быть уменьшена наряду с тем, что цилиндрическая секция может также быть защищена от износа.

В предпочтительной конструкции, в которой хвостовик изготовлен из стали, а втулка или втулки изготовлена/изготовлены из карбида вольфрама, предпочтительным видом крепления втулки к хвостовику является пайка твердым припоем. В варианте осуществления, в котором втулка включает множество поясков, предпочтительно, чтобы каждый поясок втулки отдельно припаивался к хвостовику и друг к другу.

Преимущественно, шов пайки твердым припоем, который помещен между втулочными поясками и хвостовиком, может воспринимать нагрузки, которые могут иметь место во время нагревания и охлаждения резца. Во время нагревания и охлаждения, втулочные пояски и хвостовик расширяются и сжимаются, но с разной скоростью из-за различий в соответствующих коэффициентах расширения. Пайка твердым припоем может также обеспечить уровень поглощения ударов в процессе резания. Следует отметить, что шов при пайке твердым припоем предназначен для размещения между соседними поясками втулки, также как и между поясками втулки и хвостовиком, так что поглощение напряжения и удара между соседними втулочными поясками также имеет место.

Хотя карбид вольфрама является предпочтительным материалом для втулки, другие материалы, такие как те, что обсуждались раньше, могут быть одинаково подходящими. Так же материал может содержать присадки, которые усиливают или стойкость к образованию воспламеняющей искры, или износостойкость втулки. В отношении этого последнего, например, износостойкость втулки может быть повышена присадкой из алмазных частиц. Другие присадки обсуждавшихся раньше видов могут быть одинаково подходящими. Как вариант, материал может быть композитным в основании, которое имеет соответствующий внешний слой или слои, наложенные на него, и для этого наиболее предпочтительным является нитрид титана.

Будет понятно, что вышеизложенное описание главным образом касается уменьшения или исключения образования воспламеняющей искры при соприкосновении резца с поверхностью грунта. Поскольку этот результат является основной целью изобретения, второстепенным аспектом изобретения является создание износостойкого хвостовика. Хвостовики, изготовленные из стали, со временем быстро изнашиваются, и часто случается, что стальной хвостовик изнашивается более быстро, чем более твердый режущий элемент, так что резец должен заменяться раньше, чем это желательно, то есть прежде, чем резец становится существенно изношенным. Другими словами, износ хвостовика может уменьшить срок активной службы резца. Износ резца часто происходит главным образом вблизи непосредственного соседства хвостовика с режущим элементом. Соответственно, путем соответствующего подбора материала втулки, стальной хвостовик на таком близком расстоянии может быть защищен от соприкосновения с поверхностью грунта или с осколками, иначе это приведет хвостовик к износу, и, следовательно, тогда срок службы резца изменится. Выбор такого же самого материала втулки или практически равнозначного материалу режущего элемента, может обеспечить для этой цели пригодную износостойкость.

Настоящее изобретение также предусматривает способ применения режущего элемента любого из описанных выше видов для разработки месторождений в окружающей среде, содержащей газ и/или рудничную пыль.

Другие цели, особенности и свойства настоящего изобретения станут ясными из следующего подробного описания предпочтительного осуществления и прилагаемых чертежей, посредством не ограничивающих примеров, все из которых образуют часть описания изобретения, в котором аналогичные ссылочные позиции обозначают соответствующие части на различных чертежах.

Фиг.1 - вид сбоку хвостовика резца роторного бурения.

Фиг.2 - вид сбоку режущего элемента из карбида вольфрама для прикрепления к хвостовику по фиг.1.

Фиг.3 - вид сбоку резца согласно изобретению.

Фиг.4 - вид сбоку альтернативного осуществления резца согласно изобретению.

Фиг.1 и 2 соответственно показывают хвостовик 10 резца, и режущий элемент 11 из карбида вольфрама, которому придана конфигурация для крепления к хвостовику 10. Хвостовик 10 включает в себя корпусную секцию 12, которая содержит фланец 13 на одном конце и паз 14, отстоящий от фланца 13, и при этом фланец 13 и паз 14 взаимодействуют с барабаном роторного бурения для крепления резца к барабану. Способ, которым хвостовик 10 крепится к барабану, известен специалисту в данной области техники и поэтому не будет далее здесь описан.

Хвостовик 10, кроме того, образует по существу коническую секцию 15, цилиндрическую секцию 16 и первый фланец 17. Будет понятно, что первый фланец 17 образован уменьшением в диаметре конической секции 15 непосредственно смежно с цилиндрической секцией 16.

Цилиндрическая секция 16 содержит паз 18 для размещения опорной части режущего элемента такого типа, как показано в Фиг.2. Из фиг.2 будет принято, что режущий элемент 11 показан не в масштабе для прикрепления к хвостовику 10, а вместо этого элемент показан в увеличенном масштабе, чтобы ясно показать важную деталь. Режущий элемент 11 включает в себя опорную часть 19, которая проходит до кольца 20 максимального диаметра, и именно эта опорная часть 19 входит в паз 18 хвостовика 10. Кольцо 20 опирается на верхнюю кромку 21 цилиндрической секции 16, когда режущий элемент 11 прикрепляется к цилиндрической секции 16. Это скрепление обычно достигается пайкой твердым припоем режущего элемента 11 в пазу 18. На фиг.1 показан прерывистой линией режущий элемент 11, установленный на цилиндрической секции 16.

Из Фиг.1 видно, что когда режущий элемент 11 прикреплен к хвостовику 10, то и внешняя цилиндрическая поверхность 22, первый фланец 17 и внешняя поверхность конической секции 15 остаются открытыми. Таким образом, эти поверхности могут войти в контакт с поверхностью разрезаемого грунта или с частью, отделенной от поверхности грунта. Это соприкосновение может привести к образованию воспламеняющих искр, с явно возможными опасными последствиями. Вероятность искрообразования является самой большой у секций хвостовика 10 вблизи с режущим элементом 11, тогда как эта вероятность уменьшается в направлении к противоположному концу хвостовика 10.

Фиг.3 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, в котором вероятность искрообразования является уменьшенной. Резец с Фиг.3 использует хвостовик 10 и режущий элемент 11 с фиг.1 и 2 и, следовательно, те же самые ссылочные позиции, какие использовались на тех чертежах, являются использованными в Фиг.3.

На Фиг.3, составная втулка 31, образованная из трех идентичных поясков или колец 32, расположена вокруг внешней цилиндрической поверхности 22 (Фиг.1) цилиндрической секции 16. Каждое из колец 32 выполнено отдельно друг от друга и плотно посажено вокруг цилиндрической секции 16 или с небольшим посадочным зазором, и припаяно твердым сплавом к внешней поверхности 22, а наиболее удаленное от режущего элемента 11 кольцо 32 является также припаянным твердым сплавом к первому фланцу 17. Как показано, кольца 32 обеспечивают по существу полную защиту для внешней поверхности 22 цилиндрической секции 16 только небольшой цилиндрической частью цилиндрической секции 16, видимой по оси за наиболее близко расположенным кольцом 32 рядом с режущим элементом 11. Эта часть определяется ссылочной позицией 33 и является частью цилиндрической секции 16, к которой прикреплен фланец 20 режущего элемента 11. Цилиндрическая часть 33 обеспечивает некоторую защиту для колец 32, особенно для самого верхнего кольца 32, от воздействия фрагментов грунта, отделенных во время процесса резания, так что вероятность разрушения колец 32 значительно уменьшена, особенно самого верхнего кольца. Осевая высота незащищенной цилиндрической части может быть приблизительно от 1 до 5 мм, тогда как наиболее предпочтительно, чтобы эта высота была около 3 мм.

Втулка 31 изготавливается отдельными кольцами, просто для облегчения производства и крепления к хвостовику 10. Кольца 32 с размерами, показанными в Фиг.3, изготавливаются из карбида вольфрама легче, чем одна композитная втулка, которая имеет размер по оси, равный продольному размеру трех рядом расположенных колец. Так же раздельным припаиванием твердым сплавом каждого кольца 32 по очереди к цилиндрической секции 16 достигается более прочное прикрепление составной втулки 31 к хвостовику 10. Так же применение колец 32 для создания составной втулки позволяет увеличивать или уменьшать высоту втулки по оси относительно продольной величины цилиндрической секции 16. То есть нет необходимости производить втулки разных осевых размеров, просто нужно выбрать соответствующее количество колец 32 для требуемой высоты по оси втулки.

Из Фиг.3 видно, что каждое из колец 32 имеет фаску, снятую на его передней кромке по оси в направлении режущего элемента 11.

Далее будет понятно, что длина втулки 31 по оси может быть продолжена в направлении фланца 13, и для этого коническая секция 15 хвостовика 10 может иметь уступы, чтобы обеспечить дополнительный ряд фланцев, или добавочные втулки могут быть просто прикреплены к внешней поверхности конической секции 15. Необходимость в продолжении защиты втулки к фланцу 13 зависит от вероятности образования воспламеняющей искры дальше за первым фланцем 17. Данная точка зрения показывает, что существенное уменьшение возможности образования воспламеняющей искры достигается с помощью втулки 31 или 31', имеющей приблизительные размеры, показанные в Фиг.3 и 4 соответственно, относительно остальных деталей резца 30, 30'.

Будет понятно, что при правильном выборе материала втулки 31, эта втулка 31 также обеспечит защиту от износа для цилиндрической секции 16 хвостовика 10. Хотя защита от износа не является ее (втулки) основной функцией, преимущественно эта второстепенная функция может значительно повысить срок службы резца. Более того, эффект от изобретения по уменьшению искрообразования может быть только тогда, когда втулка остается неповрежденной. То есть если втулка изнашивается, преимущества изобретения будут утрачены. Соответственно, предпочтительно, чтобы втулка противостояла износу в течение предполагаемого срока службы резца. Как видно из фиг.4, в альтернативном варианте осуществления резца 30, согласно изобретению, вероятность искрообразования является уменьшенной. Режущий элемент 30' с Фиг.4 использует корпусную секцию 12 хвостовика и режущий элемент 11 с Фиг.3 и, следовательно, те же ссылочные позиции, какие использовались в тех чертежах, используются на Фиг.4.

На Фиг.4, составная втулка 31', образуемая из трех поясков или колец 32, 32', расположена вокруг цилиндрических поверхностей первой 16 и второй 16' цилиндрических секций. Каждое из колец 32, 32' создано отдельно друг от друга и установлено вокруг цилиндрической секции 16, 16' с плотной посадкой или с небольшим посадочным зазором и припаяно твердым сплавом к внешним поверхностям. Два кольца из колец 32, цилиндрическая секция 16 и первый фланец 17 являются идентичными тем, что ранее были раскрыты на Фиг.3. Наиболее удаленное от режущего элемента 11 кольцо из колец 32 является также припаянным твердым припоем к первому фланцу 17. Дополнительное третье кольцо 32' является также припаянным твердым припоем ко второму фланцу 17'. Размеры цилиндрической секции 16', второго фланца 17' и кольца 32' являются больше, чем размеры соответствующих частей 16, 17 и 32. Как показано, кольца 32, 32' обеспечивают в значительной степени полную защиту для внешних поверхностей цилиндрических секций 16, 16'. Таким образом, хвостовик 10' вышеуказанного типа образует второй фланец 17', который отстоит по оси от первого фланца 17 в другом от режущего элемента 11 направлении, и при таком размещении, вторая втулка 32' прикрепляется вокруг хвостовика и проходит от первого фланца 17 до второго фланца 17'. Таким способом другая часть хвостовика может быть защищена от контакта с поверхностью грунта, чтобы затем уменьшить риск образования воспламеняющей искры.

При изложенном выше порядке расположения кольцевая втулка могла бы также опираться одним осевым концом на первый фланец 17, тогда как другой осевой конец проходит в направлении первого конца цилиндрической секции 16, но заканчивается до него, так что цилиндрическая часть цилиндрической секции остается открытой.

Изложенный выше порядок расположения, в котором предусмотрен второй фланец, может быть повторен, когда требуется, чтобы образовать третий фланец и другие фланцы, если необходимо. Соответственно, при такой компоновке, все увеличивающаяся длина хвостовика по оси может быть защищена.

При изложенных выше схемах расположения, когда предусмотрено больше чем один фланец, предпочтительно, чтобы части хвостовика были цилиндрическими, и чтобы каждая часть увеличивалась в диаметре в направлении отдаления от режущего элемента.

Изобретение, описанное здесь, может допускать изменения, совершенствования и/или другие специально описанные дополнения и должно пониматься, что изобретение включает в себя все изменения, совершенствования и/или дополнения, которые входят в объем следующих притязаний.