RU2098593C1

RU2098593C1 - Crown bit for enhancing boreholes

Info

Publication number: RU2098593C1
Application number: RU96102915A
Authority: RU
Inventors: В.А. Гаун
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: mining engineering. SUBSTANCE: crown bit consists of mineral-destruction head with central conical passage and of tail with conical tip. On the conical surfaces of crown beat and tail tip, there are semicircle-section spiral grooves with constant pitch. When assembled, spiral grooves form circle-section spiral cavity where conical compression spring of round steel wire is located. Slope angle of conical surfaces of head passage and tail tip ranges from 8 to 15 deg. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к буровым машинам ударного действия и может быть использовано в горной и строительной промышленности для проходки скважин в крепких горных породах. The invention relates to percussion drilling machines and can be used in the mining and construction industries for sinking wells in hard rocks.

Известен буровой инструмент для бурения шпуров и скважин в горных породах средней и высокой крепости, состоящей из армированной твердосплавными вставками коронки с центральным коническим отверстием и штанги с коническим наконечником. Посредством конического соединения обеспечивается передача коронке со стороны штанги ударных импульсов и крутящего момента (см. например, коронки буровые для перфораторов и станков вращательно-ударного бурения. ГОСТ 17196-77, а также О.Д. Алимов и др. Конусные соединения бурового инструмента и методы их расчета. Фрунзе. 1974). A well-known drilling tool for drilling holes and boreholes in rocks of medium and high strength, consisting of a crown reinforced with carbide inserts with a central conical hole and a rod with a conical tip. By means of a conical connection, the crown is transmitted to the crown from the side of the rod of shock pulses and torque (see, for example, drill bits for rotary hammers and rotary-percussion drilling machines. GOST 17196-77, as well as O.D. Alimov and others. Cone joints of the drilling tool and methods for their calculation (Frunze. 1974).

Недостатком конусного соединения является то, что его работоспособность достигается при сравнительно небольшой величине угла уклона конуса, который, как правило, не превышает 3 6^o. При этом в зоне контакта коронки со штангой при ударных нагрузках возникают значительные радиальные и окружные напряжения, которые часто являются причиной проломки корпуса коронки или наконечника штанги либо их рассоединения. С увеличением диаметра коронки и энергии удара вероятность потери конусным соединением работоспособности резко возрастает, что ограничивает область его применения.The disadvantage of the conical connection is that its performance is achieved with a relatively small value of the angle of inclination of the cone, which, as a rule, does not exceed 3 6 ^o . At the same time, in the zone of contact of the crown with the rod under shock loads, significant radial and circumferential stresses arise, which often cause a break in the body of the crown or tip of the rod or their disconnection. With an increase in the diameter of the crown and impact energy, the probability of loss by the conical connection of efficiency increases sharply, which limits its scope.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин, включающий головку, армированную твердосплавными вставками, и хвостовик для соединения с пневмоударником. Головка и хвостовик соединены между собой посредством последовательно расположенных по оси конического и резьбового соединения. Резьба обеспечивает прижатие друг к другу поверхностей головки и хвостовика и передачу крутящего момента, а через конусное соединение происходит передача головке ударных импульсов [1]
Недостатком расширителя является последовательное расположение элементов конусного и резьбового соединения, что при сборке приводит к относительному перекосу хвостовика и головки. Кроме того, при изготовлении практически невозможно обеспечить одинаковую геометрическую форму конических поверхностей головки и хвостовика и полную соосность их относительно резьбы. Вследствие указанного затруднено обеспечение плотного контакта между коническими поверхностями хвостовика и головки и монолитности соединения. Наличие значительных зазоров между коническими поверхностями головки и хвостовика ухудшает условия для передачи ударных импульсов, повышает нагрузки на элементы соединения и снижает надежность.The closest solution to the technical nature and the achieved result is a well expander, including a head reinforced with carbide inserts, and a shank for connecting with a hammer. The head and shank are interconnected by means of a conical and threaded connection arranged in series along the axis. The thread ensures that the surfaces of the head and the shank are pressed against each other and the torque is transmitted, and through the conical connection, shock impulses are transmitted to the head [1]
The disadvantage of the expander is the sequential arrangement of the elements of the conical and threaded connections, which during assembly leads to a relative skew of the shank and head. In addition, in the manufacture of almost impossible to ensure the same geometric shape of the conical surfaces of the head and shank and their full alignment relative to the thread. Due to this, it is difficult to ensure tight contact between the conical surfaces of the shank and the head and the solidity of the connection. The presence of significant gaps between the conical surfaces of the head and shank worsens the conditions for the transmission of shock pulses, increases the load on the connection elements and reduces reliability.

Техническая задача, решаемая в изобретении, заключается в обеспечении плотного, монолитного соединения головки буровой коронки с хвостовиком, обладающего достаточной надежностью и работоспособностью при увеличенных диаметрах коронки и значительных ударных нагрузках. The technical problem solved in the invention is to provide a tight, monolithic connection of the head of the drill bit with a shank, which has sufficient reliability and performance with increased diameter of the crown and significant shock loads.

Поставленная задача решается тем, что на конических поверхностях центрального отверстия головки и на конической поверхности наконечника выполнены спиральные канавки полукруглого профиля, образующие спиральной формы полость, в которой установлена коническая пружина сжатия из круглой проволоки. Угол наклона конических поверхностей центрального отверстия головки и наконечника хвостовика выполнен в пределах 8 15^o.The problem is solved in that on the conical surfaces of the central hole of the head and on the conical surface of the tip, helical grooves of a semicircular profile are made, forming a spiral-shaped cavity in which a conical compression spring from a round wire is installed. The angle of inclination of the conical surfaces of the Central hole of the head and the tip of the shank is made within 8 15 ^o .

Выполнение на конических поверхностях центрального отверстия головки и наконечника хвостовика спиральных канавок полукруглого профиля, образующих совместно спиральной формы полость, и установка в последней конической пружины сжатия из круглой проволоки позволяет распределить элементы резьбового соединения между коническими контактными поверхностями головки и хвостовика, обеспечить плотный контакт головки и хвостовика по коническим поверхностям, которые могут быть перед сборкой тщательно притерты, улучшить условия для передачи энергии удара и повысить надежность. Выполнение угла наклона конических поверхностей головки и хвостовика в пределах 8 15^o позволяет уменьшить величину радиальных и окружных напряжений по сравнению с коронками, у которых этот угол составляет 3 6^o.The execution on the conical surfaces of the central hole of the head and the tip of the shank of the spiral grooves of a semicircular profile, forming together a spiral-shaped cavity, and the installation of a compression conductor from a round wire in the last conical spring, allows to distribute the threaded elements between the conical contact surfaces of the head and the shank, to ensure tight contact between the head and the shank on conical surfaces, which may be thoroughly ground before assembly, to improve conditions for the transmission of Energy strike and increase reliability. The implementation of the angle of inclination of the conical surfaces of the head and shank in the range of 8 15 ^o can reduce the magnitude of the radial and circumferential stresses compared with crowns in which this angle is 3 6 ^o .

На чертеже изображен продольный разрез буровой коронки для расширения скважин. The drawing shows a longitudinal section of a drill bit for the expansion of wells.

Коронка содержит головку 1 с центральным отверстием 2 и хвостовик 3 с наконечником 4. Головка армирована твердосплавными вставками 5, снабжена направляющим фонарем 6 и каналами 7, 8 на боковой поверхности, через которые обеспечивается подвод промывочной жидкости в призабойную зону и удаление частиц разрушенной породы. На конических поверхностях 9, 10 головки 1 и хвостовика 3 выполнены спиральные канавки 11, 12 полукруглого профиля и одинакового шага. В собранном положении канавки 11, 12 образуют спиральной формы полость, в которой установлена коническая пружина сжатия 13 из стальной проволоки. Угол уклона конуса поверхностей центрального отверстия 2 и наконечника 4 выложен в пределах 8 15^o. Для соединения с ударной буровой машиной и передачи крутящего момента на боковой поверхности хвостовика 3 выполнены шлицевые выступы 14 и поперечный паз 14 под стопор, удерживающий коронку от выпадания. Для удаления отработанного энергоносителя из ударной машины в хвостовике 3 выполнен канал 5.The crown contains a head 1 with a central hole 2 and a shank 3 with a tip 4. The head is reinforced with carbide inserts 5, equipped with a guide light 6 and channels 7, 8 on the side surface, through which washing fluid is supplied to the bottomhole zone and particles of the destroyed rock are removed. On the conical surfaces 9, 10 of the head 1 and the shank 3, helical grooves 11, 12 of a semicircular profile and the same pitch are made. In the assembled position, the grooves 11, 12 form a spiral-shaped cavity in which a conical compression spring 13 of steel wire is mounted. The slope angle of the cone of the surfaces of the Central hole 2 and the tip 4 is laid out in the range of 8 to 15 ^o . To connect to the percussion drilling machine and transmit torque on the lateral surface of the shank 3, spline protrusions 14 and a transverse groove 14 are provided under the stopper, which keeps the crown from falling out. To remove the spent energy from the percussion machine in the shank 3 channel 5 is made.

В процессе работы в начальный период буровой коронке сообщается вращательное движение и обеспечивается ее прижатие к забою. Под действием крутящего момента происходит полное навинчивание головки 1 на хвостовик 3 и обеспечивается плотный контакт между коническими поверхностями 9, 10 головки 1 и хвостовика 3. Вследствие небольшой величины угла подъема спиральных канавок 11, 12 достигается заклинивание головки 1 и хвостовика 3 относительно конической пружины 13, что придает коронке монолитность и делает возможным ее ударное нагружение. После этого включается в работу ударный механизм буровой машины и ударные импульсы через торец 17 хвостовика 3, контактные поверхности 9, 10 передаются на твердосплавные вставки 5, обеспечивая разрушение горной породы в зоне забоя и процесс бурения. In the process, in the initial period, the rotary motion is communicated to the drill bit and is pressed against the bottom. Under the action of the torque, the head 1 is completely screwed on to the shank 3 and tight contact is made between the conical surfaces 9, 10 of the head 1 and the shank 3. Due to the small angle of the spiral grooves 11, 12, the head 1 and the shank 3 are jammed relative to the conical spring 13, which makes the crown solid and makes shock loading possible. After that, the shock mechanism of the drilling machine and shock pulses through the end face 17 of the shank 3 are turned on, the contact surfaces 9, 10 are transferred to the carbide inserts 5, ensuring the destruction of the rock in the bottom zone and the drilling process.

Claims

1. A drill bit for expanding wells, including a interconnected head with a central conical hole and a shank with a conical tip, characterized in that on the conical surface of the central hole of the head and on the conical surface of the shank tip, helical grooves of a semicircular profile are formed, which together form a spiral-shaped cavity in which a conical compression spring made of round wire is installed.

2. The crown according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the conical surfaces of the Central hole of the head and the tip of the shank is made within 8 15 ^o .