RU2212511C2

RU2212511C2 - Edgeless drill bit

Info

Publication number: RU2212511C2
Application number: RU2001133223A
Authority: RU
Inventors: Л.Т. Дворников; С.И. Прокушенко; С.А. Куклин; Д.С. Вечужанин; Н.А. Полынцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Горный инструмент"
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: equipment for blasthole drilling in rocks, particularly, drill bits applicable in rock drilling. SUBSTANCE: edgeless drill bit is provided with cylindrical-spherical hard-alloy inserts and has conical joint with drill rod. Cylindrical-spherical inserts are installed with angle of inclination of geometrical axes to axis of drill bit equaling taper angle of drill bit joint with drill rod. Inclination of insert axes is opposite in direction of drill bit rotation of insert axes is opposite in direction of drill bit rotation and mutual location of neighboring inserts provides for formation of distinct wings of drill bit. Location of inserts in form of wings facilitates shearing of rocks. Inclination of inserts creates distribution of forces promoting better fastening of drill bit to provide for high reliability of conical fastening of drill bit and to utilize the impact energy for rock cutting by shearing with provision of two types of rock cutting by puncturing holes and shearing of sectors. EFFECT: higher operate reliability of drill bit. 5 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах, в частности к буровым коронкам, применяемым при бурении горных пород. The invention relates to equipment for drilling holes in rocks, in particular to drill bits used in drilling rocks.

Известны буровые коронки для ударно-поворотного бурения шпуров [1, с.80, рис. 1.34 в (вторая сверху)]. Эти коронки имеют конусное соединение с буровыми штангами, оснащены твердосплавными вставками-штырями, имеющими цилиндро-клиновую форму, цилиндрической частью вставки впаиваются в торец коронки, а заостренные клиновые части образуют перья коронки с рабочими лезвиями. Известны также коронки с клиновыми вставками-штырями (призматическими и цилиндрическими), образующими три (трехперые) [2, с.167, рис.5.6 г] и четыре (крестовые) пера [2, с.167, рис.5.6 б]. Такие буровые коронки обладают важным недостатком: лезвия вставок-штырей, являясь концентраторами напряжений, при воздействии на забой подвержены быстрому разрушению, что существенно уменьшает их ресурс. Known drill bits for rotary hammer drilling [1, p. 80, Fig. 1.34 in (second from above)]. These crowns have a conical connection with drill rods, are equipped with carbide inserts-pins having a cylinder-wedge shape, the cylindrical part of the insert is soldered into the crown end, and the pointed wedge parts form the feathers of the crown with working blades. Crowns with wedge-shaped inserts-pins (prismatic and cylindrical) forming three (three-feathers) [2, p.167, fig.5.6 g] and four (cross) feathers [2, p.167, fig.5.6 b] are also known. Such drill bits have an important drawback: the inserts of the pins, being stress concentrators, are subject to rapid destruction when exposed to the face, which significantly reduces their resource.

Значительно больший ресурс имеют коронки с конусным соединением со штангами, оснащенные цилиндросферическими вставками [2, с.167, рис.5.6 в]. Такие коронки не имеют лезвий, то есть острых кромок, а потому имеют название безлезвийных и воздействуют на забой сферическими поверхностями. Цилиндросферические вставки в таких коронках устанавливаются по всей торцевой поверхности коронок с различными углами наклона по отношению к геометрической оси буровых штанг. Crowns with conical connection with rods equipped with cylindrical-spherical inserts have a significantly longer resource [2, p.167, Fig.5.6 c]. Such crowns do not have blades, that is, sharp edges, and therefore have the name of bladeless and affect the face of the spherical surfaces. Cylinder spherical inserts in such crowns are installed along the entire end surface of the crowns with different angles of inclination with respect to the geometric axis of the drill rods.

Такие безлезвийные коронки обладают двумя важными недостатками. Such bladeless crowns have two important disadvantages.

Во-первых, так как воздействие со стороны забоя на вставки происходит по нормали к сферической поверхности, а это значит вдоль геометрических осей вставок, а разные вставки наклонены к оси коронки под разными углами, то суммарное воздействие усилий от забоя способно приводить к дополнительным ненужным воздействиям на конусное соединение коронки со штангой вплоть до его рассоединения или разрушения. Firstly, since the impact from the bottom side on the inserts occurs normal to the spherical surface, which means along the geometrical axes of the inserts, and the different inserts are inclined to the crown axis at different angles, the total impact of the efforts from the bottom can lead to additional unnecessary effects on the conical connection of the crown with the rod until it is disconnected or destroyed.

Во-вторых, в таких коронках отсутствуют перья, которые организовывали бы целенаправленное воздействие на забой, представляющий собой винтовую поверхность, обусловленную двумя видами движения коронки - вращательным вокруг оси коронки и поступательным вдоль этой же оси, собственно, обеспечивающими бурение. Отсутствие выраженных перьев у коронки создает ей затруднение в сложном движении в пространстве шпура. Разрушение породы при бурении такими коронками происходит по всей поверхности забоя за счет выкалывания лунок, то есть, по сути, не используется факт вращения буровой штанги, не происходит скалывания секторов горной породы. Secondly, in such crowns there are no feathers that would organize a targeted effect on the face, which is a helical surface, caused by two types of crown movement - rotational around the axis of the crown and translational along the same axis, in fact, ensuring drilling. The absence of pronounced feathers at the crown makes it difficult for her to move in a hole in the space. The destruction of the rock when drilling with such crowns occurs over the entire surface of the face due to the puncturing of the holes, that is, in fact, the fact of rotation of the drill rod is not used, there is no spalling of rock sectors.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков прототипа. The objective of the present invention is to remedy these disadvantages of the prototype.

Решение задачи достигается тем, что в безлезвийной буровой коронке, оснащенной твердосплавными цилиндросферическими вставками и имеющей конусное соединение с буровой штангой, цилиндросферические вставки устанавливаются с углом наклона их геометрических осей к оси коронки под углом, равным углу конусности соединения коронки со штангой, причем наклон осей вставок выполнен противоположным направлению вращения коронки, а взаимное расположение соседних вставок обеспечивает образование выраженных перьев коронки. The solution to the problem is achieved in that in a bladeless drill bit equipped with carbide cylindrical spherical inserts and having a conical connection with the drill rod, cylinder spherical inserts are installed with an angle of inclination of their geometric axes to the axis of the crown at an angle equal to the angle of taper of the connection of the crown with the rod, and the inclination of the axis of the inserts made opposite to the direction of rotation of the crown, and the relative position of adjacent inserts provides the formation of pronounced feathers of the crown.

Предлагаемая безлезвийная коронка приведена на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, где изображена коронка в трех проекциях. На Фиг.4, Фиг.5 обозначено место I на Фиг.2
1 - цилиндросферические твердосплавные вставки, образующие левое перо коронки;
2 - цилиндросферические твердосплавные вставки, образующие правое перо коронки;
3 - буровая штанга, с которой соединяется буровая коронка;
O₁O₁ - геометрическая ось коронки;
O₁O'₁ и O₁O''₁ - геометрические оси наклоненных цилиндросферических вставок;
α₁ - угол конусности соединения коронки с буровой штангой;
α₂ - угол наклона геометрической оси цилиндросферической твердосплавной вставки к оси коронки;
V - направление движения вставки по ее траектории;
R - нормальная реакция со стороны забоя на вставку;
Rt - тангенциальная составляющая реакции R.The proposed bladeless crown is shown in figure 1, figure 2, figure 3, which shows the crown in three projections. In Fig.4, Fig.5 designated place I in Fig.2
1 - cylindrical spherical carbide inserts forming the left feather of the crown;
2 - cylindrical-spherical carbide inserts forming the right feather of the crown;
3 - drill rod with which the drill bit is connected;
O ₁ O ₁ - the geometric axis of the crown;
O ₁ O ' ₁ and O ₁ O'' ₁ - the geometric axis of the inclined cylindrical-spherical inserts;
α ₁ - the taper angle of the connection of the crown with the drill rod;
α ₂ - the angle of the geometric axis of the cylindrical spherical carbide insert to the axis of the crown;
V is the direction of movement of the insert along its path;
R is the normal reaction from the bottom to the insert;
Rt is the tangential component of the reaction R.

Работает коронка следующим образом: буровая штанга получает вращение от бурильной машины и по штанге наносятся продольные удары. При этом безлезвийная коронка своими перьями воздействует на забой, разрушая его. С целью обеспечения надежного удержания коронки на буровой штанге угол α₂ наклона геометрической оси вставки к оси коронки выполняется равным углу α₁ - углу конусности соединения коронки со штангой.The crown works as follows: the drill rod receives rotation from the drilling machine and longitudinal blows are applied to the rod. In this case, the bladeless crown with its feathers acts on the face, destroying it. In order to ensure reliable retention of the crown on the drill rod, the angle α _{2 of the} inclination of the insert geometrical axis to the axis of the crown is equal to the angle α ₁ , the taper angle of the connection between the crown and the rod.

Принципиальное отличие предлагаемой безлезвийной коронки от известных выражается в следующем. The fundamental difference between the proposed bladeless crown from the known is expressed in the following.

Во-первых, усилие удара в ней распространяется по оси вставки в направлении O₁O'₁ (Фиг.4) и далее параллельно конусному соединению корпуса коронки со штангой, полученное распределение сил будет способствовать более успешному заклиниванию коронки на конусе штанги.Firstly, the impact force in it extends along the axis of the insert in the direction O ₁ O ' ₁ (Figure 4) and then parallel to the conical connection of the crown body to the rod, the resulting distribution of forces will contribute to more successful jamming of the crown on the rod cone.

Во-вторых, при воздействии реакции от забоя наклоненная к оси коронки реактивная сила R (Фиг.4) со стороны забоя за счет ее тангенциальной составляющей Rt будет способствовать разрушению горной породы путем ее скола. Secondly, when the reaction from the face is affected, the reactive force R (Fig. 4) inclined to the crown axis from the face due to its tangential component Rt will contribute to the destruction of the rock by its cleavage.

В-третьих, безлезвийная коронка, армированная вставками, расположенными в форме перьев, будет создавать два вида разрушения: выкалывание лунок под каждой вставкой в отдельности и скалывание секторов от совместного действия вставок-перьев. Thirdly, a bladeless crown reinforced with feather-shaped inserts will create two types of destruction: puncturing the holes under each insert separately and chipping away the sectors from the combined action of the feather inserts.

Поскольку усилие удара при бурении, как правило, достигает больших значений (10. ..20 т), то даже небольшое перераспределение сил за счет наклона вставок приведет к существенным эффектам как при закреплении коронки на конусе штанги, так и при сколе породы при совместном действии вставок-перьев. Since the impact force during drilling, as a rule, reaches large values (10. ..20 t), even a small redistribution of forces due to the inclination of the inserts will lead to significant effects both when the crown is fixed on the rod cone, and when the rock is chipped when combined feather inserts.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Васильев В.М. Перфораторы: Справочник. - М.: Недра, 1989.SOURCES OF INFORMATION
1. Vasiliev V.M. Hammers: Reference. - M .: Nedra, 1989.

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1991. - 304 с. 2. Getopanov V.N., Goodilin N.S., Chugreev L.I. Mining and transport vehicles and complexes: Textbook. for universities. M .: Nedra, 1991 .-- 304 p.

Claims

A bladeless drill bit equipped with cylindrical spherical carbide inserts and having a conical connection with the drill rod, characterized in that the cylindrical spherical inserts are installed with an angle of inclination of the geometric axes to the axis of the crown equal to the angle of taper of the connection of the crown with the rod, and the inclination of the axis of the inserts is made in the opposite direction of rotation of the crown, and the relative position of adjacent inserts provides the formation of pronounced feathers of the crown.