DE2323603A1 - CUTTING TOOL FOR EARTH DRILLING MACHINES - Google Patents
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Description
DRESSER INDUSTRIES INC., Republic National Bank Building Dallas, Texas 75 221, USADRESSER INDUSTRIES INC., Republic National Bank Building Dallas, Texas 75 221, USA
"Schneidwerkzeug für Erdbohrmaschinen""Cutting tool for earth boring machines"
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für Erdbohrmaschinen.The invention relates to a cutting tool for earth drilling machines.
Herkömmliche Bohrapparate und besonders solche, die zum Bohren von Löchern großen Durchmessers und Tunneln dienen, weisen eine Vielzahl von Rollenschneidwerkzeugen auf« Diese besitzen entweder eine konische, eine zylindrische oder eine scheibenförmige Ausbildung. Sine Anzahl der Rollenschneidwerkzeuge sind zusammen mit ihren Lagern und den Auflagern oder Armen, in denen die Schneidwerkzeuge und Lager gehalten werden, an einem drehbaren Kopf oder Bohrer befestigt, und dienen dazu, Löcher in den zu durchbohrenden Formationen zu erzeugen.Conventional drilling apparatus and especially those used for drilling large diameter holes and tunnels have a variety of rotary cutting tools on «These have either a conical, cylindrical or disk-shaped design. Its number of roll cutting tools are together with their bearings and the bearings or arms in which the cutting tools and bearings are held on one rotatable head or drill, and are used to create holes in the formations to be drilled.
Die Rollenschneidwerkzeug· können in herkömmlicher Weis· an dem drehbaren Kopf der Tunnelmaschine oder an dem Körper des Ziehbohrers, angebracht sein, um sie leicht und schnell auswechseln zu können.The rotary cutting tools can be used in a conventional manner the rotating head of the tunnel machine or on the body of the drill bit, so that they can be replaced quickly and easily.
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Die zahnartigen- oder Einsatz-Rollenschneidwerkzeuge weisen eine Form auf, die von der zylindrischen Ausbildung bis zu einer etwa konischen Ausbildung reicht und sie besitzen gewalzte Stahlzähne oder Karbideinsätze an den Schneidflächen. Diese Art S hneidwerkzeuge sind für Formationen geeignet, die von sehr weichen bis extrem harten reichen.The tooth-type or insert roller cutting tools have a shape ranging from cylindrical to an approximately conical design is sufficient and they have rolled steel teeth or carbide inserts on the cutting surfaces. These types of cutting tools are suitable for formations that range from very soft to extremely hard.
Das zahnartige Rollenschneidwerkzeug ist gewöhnlich ein VoIlflächenschneidwerkzeug, d.h. es ist gepaart mit einem anderen Schneidwerkzeug, um sicher zustellen, daß die Sohle gut von dem Schneidzahn bedeckt ist, der einzelne Bereiche der Formation herausreißt, herauswirft oder herausbricht.The tooth-type roller cutting tool is usually a full face cutting tool, i.e. it is paired with another cutting tool to make sure the sole is good is covered by the cutting tooth tearing, throwing or breaking out individual areas of the formation.
Wenn eine Formation sehr hart und abschleifend wird, dann werden gewöhnlich gesintere Wolframkarbidknöpfe oder zahnförmige Einsätze notwendig.If a formation gets very hard and abrasive, then it will usually cemented tungsten carbide buttons or tooth-shaped inserts are required.
Von der zu schneidenden Formation aus gesehen, wirkt die Schneidstruktur wie eine Vielzahl von PunktlastberUhrungen, deren $ede einen relativ kleinen Kreis der Sohle herausreißt. Zwischen den Reihen bricht die Sohle nicht vollständig heraus und es ist daher notwendig, ein paarweises Schneidwerkzeug zu verwenden, das den Abstand (oder die nicht abgetrennte Sohle) zwischen den Reihen der vorausgehenden Schneidwerkzeuge herausschneidet. Dies erfordert ein Paar Schneidwerkzeuge, die bei einer Umdrehung die Sohle vollständig zerstören. Ein scheibenartiges Schneidwerkzeug ist in sehr weichen bis mittleren Formationen wirksam. Die Scheibe besteht gewöhnlich aus einem wärmebehandelten Legierungastahl und weist einen Winkel zwischen 60 und 90° auf.Seen from the formation to be cut, the cutting structure acts like a multitude of point load contacts, each of which tears out a relatively small circle of the sole. The sole does not break out completely between the rows and it is therefore necessary to use a pair of cutting tools which cut out the space (or the unseparated sole) between the rows of the preceding cutting tools. This requires a pair of cutting tools that completely destroy the sole with one revolution. A disk-like cutting tool is effective in very soft to medium formations. The disk is usually made of a heat-treated alloy steel and has an angle between 60 and 90 °.
Diese Seimeibenschneidwerkzeuge bilden daher konzentrischen Kreise, um die Fläche der zu durchbohrenden Formation, Da die Schneidscheiben eingeteilt sind, bricht die Formation zwischen den Scheiben unter einer gegebenen Last und den RPM (UPH) vollständig aus. Dies ist eine sehr wirksame Art Formation zu schneiden, da relativ große Stücke abgetrennt werden, Is Gegen-These Seimeibenschneidwerkzeuge therefore form concentric Circles around the area of the formation to be drilled, since the cutting disks are divided, the formation breaks between the disks under a given load and the RPM (UPH) completely the end. This is a very effective way of cutting formation, as relatively large pieces are cut off.
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satz zu dem kleinen Abfall bei zahnartigen Schneidwerkzeugen mit einer vollen Schneidfläche„ Scheibenschneidwerkzeuge sind jedoch in harten Formationen nicht wirtschaftlich, da der Legierungsstahl in der harten, abschleifenden Formation schnell stumpf wird. Dieses ist besonders bei Schacht- oder Ziehbohrungen nachteilig, da die Fahrzeit teuer ist.sentence on the small waste in tooth-like cutting tools with a full cutting surface “disk cutting tools however, they are not economical in hard formations because the alloy steel is in the hard, abrasive formation quickly becomes dull. This is particularly disadvantageous in the case of shaft or drawing bores, since the travel time is expensive.
Vom wirtschaftlichen und arbeitsmäßigen Standpunkt ist es auch fragwürdig, die Scheiben vollständig aus Karbid zu machen oder das Aufschweißen von kontinuierlich gesinterten Karbidspitzen oder -kanten.It is also questionable from an economic and labor point of view to make the disks entirely from carbide or the welding of continuously sintered carbide tips or edges.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug zu schaffen, das vorteilhaft bei Tunnelmaschinen, kHontinuierlich arbeitenden Bergbaumaschinen, Ziehbohrern, Gesteinsbohrern und anderen Arten von Erdbohrmaschinen und Erdbohrern angewandt werden kann.The invention is therefore based on the object of a cutting tool to create, which is advantageous for tunnel machines, continuous mining machines, drill bits, Rock drills and other types of auger and auger can be applied.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß wenigstens eine ringförmige Reihe Schneideinsätze vorgesehen ist, daß die Einsätze einen Körper aufweisen, der mit dem Schneidwerkzeug verbunden ist, und daß der Einsatzkopf eine Führungsflanke, eine Schleppflanke, sowie eine innere und äußere Flanke aufweist, wobei die Führungsflanke und die Schleppflanke im wesentlichen parallel sind.This object is achieved according to the invention in that at least one annular row of cutting inserts is provided, that the inserts have a body which is connected to the cutting tool, and that the insert head has a leading flank, a trailing flank, and an inner and an outer Has flank, the leading flank and the trailing flank are essentially parallel.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter* ansprüchen enthalten.The further embodiments of the invention are in the sub * claims included.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1 ein mit Einsätzen versehenes Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung in einem Auflager oder Sattel an dem Drehkopf einer Erdbohrmaschine,Fig. 1 shows a cutting tool provided with inserts according to the invention in a support or saddle on the Rotary head of an earth boring machine,
Fig. 2 eine Stirnansicht eines Teiles des Schneidwerkzeuges der Figur 1,FIG. 2 is an end view of part of the cutting tool of FIG. 1,
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Fig. 3 eine Stirnansicht eines Teiles eines Schneidwerkzeuges herkömmlicher Art undFig. 3 is an end view of part of a cutting tool of conventional type and
Fig. 4 eine perspektivische Anischt eines Schneideinsatzes gemäß Figur 1,4 shows a perspective view of a cutting insert according to FIG. 1,
In der Figur 1 ist das Schneidwerkzeug entsprechend der Erfindung dargestellt. Dieses enthält eine Vielzahl von Karbideinsätzen, die so angeordnet sind, daß sie eine Serie ringförmiger Reihen 1 bis 8 bilden. Das Schneidwerkzeug 9 weist 350 einzelne gesinterte Wolframkarbideinsätze auf, die jeweils mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet sind, und sich in dem Schild 11 befinden. Dieses Schild 11 ist um das Schild oder die Lagerschale 12 angeordnet, das/die in dem Sattel oder Auflager befestigt ist. Dieses Auflager 13 kann mit dem Drehkopf der Erdbohrmaschine oder mit dem Körper des Erdbohrmeißels verbunden sein. Es ist klar, daß das Schneidwerkzeug auch konisch ausgebildet sein kann, so daß es an einem der Arme eines drehbaren Gesteinsmeißels gelagert sein kann. Das Schneidwerkzeug 9 kann schließlich auch so konstruiert sein, daß es eine einzige ringförmige Reihe von Einsätzen aufweist, die einen einzigen einschnitt in der Formation erzeugen und das Schneidwerkzeug kann auch mit einem weiteren zusammenwirken, um die Formation zwischen dem Einschnittpaar zu brechen.In the figure 1 the cutting tool according to the invention is shown. This contains a variety of carbide inserts, which are arranged to form a series of annular rows 1-8. The cutting tool 9 has 350 individual sintered tungsten carbide inserts, each designated by the reference numeral 10, and located in the shield 11. This shield 11 is arranged around the shield or bearing shell 12 which is secured in the saddle or support is. This support 13 can be connected to the rotary head of the earth drill or to the body of the earth drill bit. It is It is clear that the cutting tool can also be tapered so that it can be attached to one of the arms of a rotatable rock bit can be stored. The cutting tool 9 can finally also be constructed so that there is a single annular row of Has inserts that create a single incision in the formation and the cutting tool can also with a further cooperate to break the formation between the pair of incisions.
Die Lagerschale 12 wird in ihrer Position in dem Auflager durch einen Hauptstift 14 und einen Haltenagel oder Sprengring 15 gehalten.The bearing shell 12 is held in position in the bearing by a main pin 14 and a retaining nail or snap ring 15 held.
Die Lagerschale 12 wird während der Bohrung durch eine Fuder-Nut- Anordnung, wie sie in dem US-Patent 3 203 422 offenbart ist, an ihrem Platz gehalten.The bearing shell 12 is supported during drilling by a fuder-groove arrangement such as that disclosed in US Pat. No. 3,203,422 is held in place.
Eine Vielzahl von Lagersystemen, bestehend aus einer Anzahl Kugellager 16, inneren Rollenlagern 17 und äußeren Rollenlagern fördern die Rotation der Schale 11 um die Lagerschale 12.A variety of storage systems consisting of a number Ball bearings 16, inner roller bearings 17 and outer roller bearings promote the rotation of the shell 11 about the bearing shell 12.
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Durch zwei Sätze Dichtungselemente wird in dem Lagerbereich ein Schmiermittel gehalten.A lubricant is held in the bearing area by two sets of sealing elements.
Der innere Dichtungssatz weist ein Paar ringförmige Metalldichtungsringe 19 und 20 auf, die nahe dem inneren Ende des Schneidwerkzeuges 9 angeordnet sind. Ein flexibler Gummi-O-Ring 21 ist zwischen dem Dichtungsring 19 und der Lagerschale 12 angeordnet, um den Dichtungsring 19 in der gewünschten Lage zu halten und den Dichtungsringe 19 nachgiebig gegen den Dichtungsring 20 zu drücken. Ein weiterer flexibler Gummi-O-Ring 22 befindet sich zwischen der Schale 11 und dem Dichtungsring 20, um diesen in der gewünschten Lage zuhalten und ihn ebenfalls nachgiebig gegen den Dichtungsring 19 zu drücken. Der äußere Dichtungselementsatz weist ein Paar ringförmiger Metalldichtungsringe 23, 24 auf, die sich nahe dem äußeren Ende des Schneidwerkzeuges befinden. Zwischen dem Dichtungsring 24 und der Lagerschale 12 ist ein flexibler Gummi-O-Ring 25 vorgesehen, der den Ring 24 in der gewünschten Lage hält und nachgieibig gegen den Dichtungsring 23 drückt.The inner seal set includes a pair of annular metal seal rings 19 and 20, which are arranged near the inner end of the cutting tool 9. A flexible rubber o-ring 21 is arranged between the sealing ring 19 and the bearing shell 12 to the sealing ring 19 in the desired position hold and press the sealing rings 19 resiliently against the sealing ring 20. Another flexible rubber o-ring 22 is located between the shell 11 and the sealing ring 20 in order to hold this in the desired position and him as well to press resiliently against the sealing ring 19. The outer one Sealing element set comprises a pair of annular metal sealing rings 23, 24 which are located near the outer end of the Cutting tool. A flexible rubber O-ring 25 is provided between the sealing ring 24 and the bearing shell 12, which holds the ring 24 in the desired position and presses resiliently against the sealing ring 23.
Ein entsprechender flexibler Gummi-O-Ring ist zwischen der Schale 11 und dem Dichtungsring 23 angeordnet.A corresponding flexible rubber O-ring is between the Shell 11 and the sealing ring 23 arranged.
In der Figur 2 ist in einer Stirnansicht ein Teil der Schale 11 wiedergegeben. In der Schale 11 sind zwei benachbarte Einsätze 10 gezeigt. Jeder dieser Einsätze 10 weist ein längliches Kopfteil 27, das die Formation berührt, auf. Der Abstand zwischen jeder der Mittelachsen 28 der Einsätze gemessen an den Köpfen ist definiert als "Achsabstand" (pitch cord = P.C.). Der P.C. der Einsätze 10 beträgt 20,3 mm. Der Abstand zwischen den nächstgelegenen Punkten 29 der Kopfteile 27 der Einsätze wird als "Schnittstrukturabstand" (cutting structure interruption = C.S.R.) definiert. Der C.S.R. beträgt bei den Einsätzen 10 12,7 mm. Der C.S.R. ist daher kleiner als der P.C.In FIG. 2, part of the shell 11 is shown in an end view. In the shell 11 there are two adjacent ones Inserts 10 shown. Each of these inserts 10 has an elongated head portion 27 that contacts the formation. The distance between each of the central axes 28 of the inserts measured at the heads is defined as the "pitch cord" P.C.). The computer. of the inserts 10 is 20.3 mm. The distance between the closest points 29 of the head parts 27 of the Inserts are defined as "cutting structure interruption" (C.S.R.). The C.S.R. amounts to Inserts 10 12.7 mm. The C.S.R. is therefore smaller than that P.C.
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Die länglichen Kopfteile 27 der Einsätze 10 sind so ausgerichtet, daß sie die Formationsbelastung eines Scheibenschneidwerkzeuges simulieren. Um die richtige Belastung sicherzustellen, sollte der C.S.R der Einsätze 10 innerhalb eines Bereiches von 9,14 bis 15,7 mm liegen. Der C.S.R. sollte daher weniger als 78 % des P.C. betragen. Wie aus der Figur 2 ersichtlich, beträgt der C.S.R. annähernd 62,5 %. The elongated head portions 27 of the inserts 10 are oriented to simulate the formation loading of a disc cutting tool. To ensure proper loading, the CSR of the inserts 10 should be within a range of 9.14 to 15.7 mm. The CSR should therefore be less than 78 % of the PC. As can be seen from Figure 2, the CSR is approximately 62.5 %.
In der Figur 3 ist die Stirnansicht eines bekannten Schneidwerkzeuges 30 als Teilansicht gezeigt. In diesem Schneidwerkzeug befinden sich zwei benachbarte Einsätze 31. Die Kopfteile 32 der Einsätze 31 sind relativ spitz und unterscheiden sind deutlich von den länglichen Kopf teilen, der in der Figur 2 gezeigten Einsätze.In the figure 3 is the end view of a known cutting tool 30 shown as a partial view. In this cutting tool there are two adjacent inserts 31. The head parts 32 of the inserts 31 are relatively pointed and are clearly distinguishable from the elongated head parts shown in FIG Calls.
Im allgemeinen ist der Kopfteil bei den bekannten Einsätzen spitz oder abgerundet, in einigen Fällen hat er jedoch die Form eines Stemmeisens.In general, the head portion in the known inserts is pointed or rounded, but in some cases it has Shape of a chisel.
Diese stemmeisenartig ausgebildeten Einsätze sind jedoch nicht so angeordnet, daß sie,die Köpfe, in jeder ringförmigen Reihe ausgerichtet sind und auch die spezifische Form unterscheidet sich von den Einsätzen 10. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß C.S.R und P.C. bei den bekannten Schneidwerkzeugen im wesentlichen gleich sind.These chisel-like inserts are not arranged so that they, the heads, in each annular row are aligned and also the specific shape differs from the inserts 10. It should also be noted that that C.S.R and P.C. in the known cutting tools essentially are the same.
Bezugnehmend auf die Figur 4 ist dort ein einzelner Einsatz gezeigt, der entsprechend der Erfindung ausgebildet ist. Der Einsatz 33 weist einen zylindrischen Körper 34 auf, der so ausgebildet ist, daß er in ein Schneidwerkzeug 9 (Fig. 1) eingesetzt werden kann. Das obere Ende des Einsatzes 33 bildet einen stemmeisenartigen Berührungskopf. Die Führungsflanke 35 und die Hinter- oder Schleppflanke 36 sind im wesentlichen parallel während die innere Flanke 37 und die äußere Flanke 38 konvergieren. Bei den herkömmlichen stemmeisenartigen Einsätzen waren die Führungs- und Schleppflanken geneigt im Vergleich zu denReferring to Figure 4, there is shown a single insert constructed in accordance with the invention. Of the Insert 33 has a cylindrical body 34 which is adapted to be inserted into a cutting tool 9 (Fig. 1) can be. The upper end of the insert 33 forms a chisel-like touch head. The leading edge 35 and the trailing or trailing flank 36 are essentially parallel while the inner flank 37 and the outer flank 38 converge. In conventional chisel-like operations, the leading and trailing edges were inclined compared to the
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im wesentlichen parallelen Führungs- und Schleppflanken der Einsätze 33. Dies schafft einen Kopfteil der Einsätze 33 mit einer länglichen Berührungsfläche 39. Diese länglichen Berührungsflächen 39 der Einsätze sind in jeder Reihe ausgerichtet, um so eine Belastung eines*Schneidwerkzeuges zu simulieren«essentially parallel leading and trailing edges of the inserts 33. This creates a head portion of the inserts 33 with an elongated contact surface 39. These elongated Contact surfaces 39 of the inserts are aligned in each row so as to load a cutting tool simulate"
Nachdem die strukturellen Details erläutert worden sind, soll nun die Funktion kurz beschrieben werden.After the structural details have been explained, the function will now be briefly described.
Das Auflager 13 ist mit dem drehbaren Bohrkopf oder Meißel verbunden und dieser wird drehend durch die Formation bewegt. Die Einsätze 10 berühren die Formation und bilden eine Vielzahl von kreisförmigen Einschnitten darin. Die Teile der Formation zwischen benachbarten Einschnitten brechen aus und die Bruchstücke werden abgetrennt, um so das gewünschte Loch oder den Tunnel zu bohren. Die länglichen Köpfe 27 der Einsätze 10 in jeder ringförmigen Reihe (1 - 8) simulieren eine kontinuierliche Berührungslinie mit der Formation im Gegensatz zu den Punktkontakten bei dem Stand der Technik. Die kontinuierliche Berührungslinie dient dazu, individuelle Einschnitte in der zu bohrenden Formation zu bilden. Das Schneidwerkzeug 13 zerkleinert daher eine vollständige Schicht bei einer einzigen Umdrehung des Bohrkopfes, so daß die Notwendigkeit von Schlepp- oder Paarschneidwerkzeugen entfällt.The support 13 is connected to the rotatable drill head or bit and this is rotatably moved through the formation. The inserts 10 contact the formation and form a plurality of circular cuts therein. The parts of the Formations between adjacent incisions erupt and the fragments are severed to create the desired hole or to drill the tunnel. The elongated heads 27 of the inserts 10 in each annular row (1-8) simulate one continuous line of contact with the formation as opposed to the point contacts in the prior art. The continuous The line of contact is used to make individual incisions to form in the formation to be drilled. The cutting tool 13 therefore shreds a complete layer at one time single turn of the drill head, eliminating the need for drag or pair cutting tools.
* Scheiben-* Disc
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |