RU2279523C1

RU2279523C1 - Rock cutting tool

Info

Publication number: RU2279523C1
Application number: RU2005106900/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев; В чеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремлев; Вячеслав Геннадьевич Смирнов
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-07-10

Abstract

FIELD: drilling equipment, particularly rock cutting tools provided with hard-alloy or artificial diamond cutting structure having asymmetric working head or wedge-like cutting edge.

SUBSTANCE: rock cutting tool comprises body with blind orifices, rock-cutting teeth with working heads and stepped tails secured in body orifices by means of main and collet bushes. Collet bush is installed on tooth tail step having larger diameter. Main bush is installed on tail step having lesser diameter. Each collet bush is provided with at least one fixing unit, which prevents collet bush rotation relatively rock-cutting tooth and main bush press-fitted in body orifice so that main bush installation tightness exceeds that of low-diameter tooth tail stage installation in main bush. Collet bush fixer with rock-cutting tool is formed by off-centered large-diameter tooth tail location in eccentric channel of collet bush. Collet bush fixer, which connects collet bush with main one, is made as clutch or pin coupling defined by aligned grooves and extensions on contact bush end surfaces or by removable pin to be installed in aligned recessed of the bushes.

EFFECT: increased reliability of teeth fixation in predetermined position.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к буровому породоразрушающему инструменту, преимущественно большого диаметра, оснащенному твердосплавным вставками или искусственными алмазами.The invention relates to the field of mining, in particular to a rock cutting tool, mainly of a large diameter, equipped with carbide inserts or artificial diamonds.

Известен породоразрушающий орган, содержащий корпус, вставку, износосостойкий зубок с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком (авт. св. СССР №909100, кл. Е 21 В 10/16, 1980 г.).Known rock-breaking body containing a housing, an insert, a wear-resistant tooth with a working head and a stepped shank (ed. St. USSR No. 909100, class E 21 B 10/16, 1980).

Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при бурении по пластичным породам и значительный расход твердого сплава из-за невозможности использования по техническим причинам зубков малого диаметра для создания плотной армировки инструмента для разбуривания крепких пород.The disadvantage of this tool is the low efficiency of its operation when drilling in plastic formations and a significant consumption of hard alloy due to the impossibility of using small diameter teeth for technical reasons to create a dense reinforcement of the tool for drilling hard rocks.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровой породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок, установленных соответственно на ступенях хвостовика меньшего и большого диаметра (авт. св. СССР №033691, кл. Е 21 В 10/16, 1982 г.).The closest in technical essence and the achieved result is a rock cutting tool containing a housing with holes, rock cutting teeth with a working head and a stepped shank, fixed in the housing holes through the main and collet sleeves mounted respectively on the steps of a shank of smaller and larger diameter (ed. USSR No. 033691, class E 21 B 10/16, 1982).

Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при разбуривании пород со слабо выраженной хрупкостью. Это связано с использованием зубков со сферической рабочей головкой, которые успешно работают по крепким и хрупким породам. Использование же зубков с рабочей головкой асимметричной формы или с клиновидной режущей кромкой в предложенном буровом инструменте не может дать положительного эффекта из-за отсутствия узла фиксации зубка от проворота. Последнее связано с тем, что на зубки с асимметричной или клиновидной рабочей головкой постоянно действуют усилия, стремящиеся к развороту рабочей головки зубков вдоль режущей кромки. В то же время известно, что проворот зубков ведет к их выпадению, что снижает проходку и механическую скорость бурения, а кроме того, оставление их на забое требует проведения дополнительных затрат на очистку забоя, причем эти затраты резко увеличиваются с ростом глубины скважины.The disadvantage of this tool is the low efficiency of its work when drilling rocks with weakly expressed fragility. This is due to the use of teeth with a spherical working head, which successfully work on strong and brittle rocks. The use of teeth with a working head of an asymmetric shape or with a wedge-shaped cutting edge in the proposed drilling tool cannot give a positive effect due to the lack of a node for fixing the tooth from rotation. The latter is due to the fact that the teeth with an asymmetric or wedge-shaped working head are constantly affected by forces tending to turn the working head of the teeth along the cutting edge. At the same time, it is known that the rotation of the teeth leads to their loss, which reduces the penetration and mechanical drilling speed, and in addition, leaving them on the bottom requires additional costs for cleaning the bottom, and these costs increase sharply with increasing depth of the well.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового инструмента за счет более надежной фиксации зубков в строго заданном положении.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the drilling tool due to more reliable fixation of the teeth in a strictly predetermined position.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, содержащем корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком ступенчатой формы, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок, установленных соответственно на ступенях хвостовика меньшего и большего диаметра, согласно изобретению при использовании породоразрушающих зубков с асимметричной или клиновидной рабочей кромкой каждая цанговая втулка снабжена узлом фиксации от проворота относительно породоразрушающего зубка и основной втулки, при этом основная втулка установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем хвостовик меньшего диаметра породоразрушающего зубка в основной втулке.The achievement of the technical result is ensured by the fact that in the drilling rock cutting tool containing a housing with holes, rock cutting teeth with a working head and a shank of a stepped shape, fixed in the holes of the housing by means of the main and collet sleeves mounted respectively on the steps of the shank of a smaller and a larger diameter, according to the invention when using rock cutting teeth with an asymmetric or wedge-shaped working edge, each collet sleeve is equipped with a fixed unit ation against rotation relative to the main cutter and the pick of the sleeve, wherein the sleeve is mounted in the main housing bore with a large interference fit than smaller diameter shank cutter cloves the main sleeve.

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что:Additionally, the achievement of the technical result also contributes to the fact that:

- узел фиксации цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован эксцентрично выполненными ступенями хвостовика с меньшим и большим диаметром;- a fixing unit for a collet sleeve with a rock cutting tooth is formed by eccentric shank steps with a smaller and a larger diameter;

- фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях.- the collet sleeve retainer with the main sleeve is made in the form of a cam connection formed by combined grooves and reciprocal protrusions on their contact end surfaces.

На фиг.1 изображен общий вид бурового породоразрушающего инструмента, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - вид инструмента в плане.In Fig.1 shows a General view of the drilling rock cutting tool, section aa in Fig.2; figure 2 is a view of the tool in plan.

Буровой породоразрушающий инструмент содержит корпус 1, в котором выполнены глухие отверстия 2 с запрессованными в них основными втулками 3. Над втулками 3 установлены конические цанговые втулки 4 с прорезями 12 со ступенчатым отверстием 5 под породоразрушающие зубки 6, имеющие асимметричную головку 7 и хвостовик со ступенями 8 большего и меньшего 9 диаметров.The drilling rock cutting tool comprises a housing 1 in which blind holes 2 are made with main bushings 3 pressed into them. Conical collet bushings 4 with slots 12 with a step hole 5 for rock cutting teeth 6 having an asymmetric head 7 and a shank with steps 8 are mounted above the bushings 3 larger and smaller 9 diameters.

Каждый породоразрушающий зубок 6 и цанговая втулка 4 имеют узел фиксации от проворота друг относительно друга. Этот узел образован эксцентричным соединением зубка 6 и цанговой втулки 4. При этом величина эксцентриситета ε выбирается в зависимости от диаметра зубка 6 и схемы его расположения. Так, зубки, расположенные на периферии инструмента, и калибрующие стенки скважины, при одинаковом диаметре с центральными зубками, могут иметь больший эксцентриситет для лучшей обработки стенок скважины, при этом эксцентриситет направлен строго по радиусу инструмента. Одновременно с узлом фиксации с породоразрушающим зубком 6 цанговая втулка 4 имеет узел фиксации от проворота относительно основной втулки 3. Причем узел фиксации между втулками 3 и 4 образован в виде кулачкового соединения, образованного их торцевыми контактирующими поверхностями, причем количество выступов 10 и ответных им пазов 11 на торцах втулок 3 и 4 выбирается в зависимости от диаметра породоразрушающих зубков 6. Выступы 10 могут выполняться как на торце цанговой втулки 4, так и на торце основной втулки 3, но во всех случаях натяг между основной втулкой 3 и корпусом 1 всегда должен быть больше, чем натяг между основной втулкой 3 и ступенью хвостовика 9 меньшего диаметра.Each rock cutting tooth 6 and collet sleeve 4 have a locking unit from rotation relative to each other. This assembly is formed by the eccentric connection of the tooth 6 and the collet 4. In this case, the eccentricity ε is selected depending on the diameter of the tooth 6 and its layout. So, the teeth located on the periphery of the tool and the calibrating borehole walls, with the same diameter as the central teeth, can have a larger eccentricity for better processing of the borehole walls, while the eccentricity is directed strictly along the radius of the tool. At the same time as the fixing unit with the rock cutting tooth 6, the collet sleeve 4 has a fixing unit from turning relative to the main sleeve 3. Moreover, the fixing unit between the bushings 3 and 4 is formed in the form of a cam connection formed by their end contact surfaces, and the number of protrusions 10 and their corresponding grooves 11 at the ends of the bushings 3 and 4 is selected depending on the diameter of the rock cutting teeth 6. The protrusions 10 can be performed both at the end of the collet sleeve 4, and at the end of the main sleeve 3, but in all cases the interference between the main The oval sleeve 3 and the housing 1 should always be greater than the interference between the main sleeve 3 and the step of the shank 9 of a smaller diameter.

При сборке бурового инструмента вначале в глухие отверстия 2 корпуса 1 запрессовывают основные втулки 3, а затем после совмещения торцевых выступов 10 с ответными пазами 11 втулок 3 и 4 в осевом канале втулки 3 размещают породоразрушающие зубки 6 совместно с цанговыми втулками 4, которые соединяют между собой заранее. Возможен вариант сборки породоразрушающего инструмента, когда полностью собранный узел породоразрушающего зубка 6 совместно с зафиксированными между собой основной и цанговой втулками 3 и 4 после соответствующей термообработки корпуса 1 инструмента запрессовывают в отверстия 2 корпуса 1. Это позволяет сократить общие затраты на сборку инструмента и обеспечить надежную центровку породоразрушающих зубков 6 цанговой втулкой 4, сегменты которой равномерно охватывают ступень 8 хвостовика большего диаметра.When assembling the drilling tool, first, the main bushings 3 are pressed into the blind holes 2 of the housing 1, and then, after combining the end protrusions 10 with the mating grooves 11 of the bushings 3 and 4, rock-cutting teeth 6 are placed in the axial channel of the bush 3 together with collet bushings 4, which are interconnected in advance. A variant of assembly of a rock cutting tool is possible when a fully assembled assembly of a rock cutting tooth 6 together with the main and collet sleeves 3 and 4 fixed to each other after appropriate heat treatment of the housing 1 of the tool is pressed into the holes 2 of the housing 1. This allows to reduce the total cost of assembly of the tool and ensure reliable alignment rock-cutting teeth 6 collet sleeve 4, the segments of which uniformly cover the stage 8 of the shank of a larger diameter.

Принцип работы бурового породоразрушающего инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие зубки 6 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится с забоя промывочной жидкостью или сжатым воздухом, обеспечивая работу породоразрушающих зубков по чистому забою, что значительно повышает эффективность их работы. При этом клиновидная или асимметричная рабочая головка 7 породоразрушающих зубков 6 сохраняет свое заданное положение благодаря жесткой фиксации ее относительно цанговой втулки 4, которая в свою очередь зафиксирована относительно основной втулки 3, запрессованной в отверстиях 2 корпуса 1. Сохранение заданной схемы поражения забоя позволяет использовать минимально необходимое количество породоразрушающих зубков 6, что увеличивает удельные нагрузки на породоразрушающие зубки 6 при неизменной осевой нагрузке на буровой инструмент. Кроме того, это позволяет сократить непроизводительные затраты времени на спускоподъемные операции на замену бурового инструмента, так как при нарушении схемы расположения клиновидной или асимметричной рабочей головки 7 породоразрушающих зубков 6, т.е. при их провороте относительно корпуса 1, появляются непоражаемые участки забоя и скорость бурения резко падает. Это ведет к подъему и замене бурового инструмента часто при вполне работоспособном вооружении.The principle of operation of a rock cutting tool is as follows. Under the influence of axial load and torque, rock-cutting teeth 6 are introduced into the rock and destroy it. The destroyed rock is carried out from the bottom by washing liquid or compressed air, ensuring the work of the rock-cutting teeth in the clean bottom, which significantly increases the efficiency of their work. In this case, the wedge-shaped or asymmetric working head 7 of the rock-cutting teeth 6 maintains its predetermined position due to its rigid fixation relative to the collet sleeve 4, which in turn is fixed relative to the main sleeve 3, pressed into the holes 2 of the housing 1. The preservation of the specified pattern of destruction of the face allows you to use the minimum necessary the number of rock-cutting teeth 6, which increases the specific load on the rock-cutting teeth 6 with a constant axial load on the drilling tool. In addition, this allows to reduce unproductive time spent on tripping operations to replace the drilling tool, since if the arrangement of the wedge-shaped or asymmetric working head 7 of rock-cutting teeth 6 is violated, i.e. when they are rotated relative to the housing 1, unaffected sections of the face appear and the drilling speed drops sharply. This leads to the lifting and replacement of the drilling tool often with fully operational weapons.

Таким образом, применение предложенного бурового инструмента повышает эффективность его работы за счет более надежной фиксации зубков в строго заданном положении.Thus, the use of the proposed drilling tool improves its efficiency due to more reliable fixation of the teeth in a strictly predetermined position.

Claims

A drilling rock cutting tool containing a housing with holes, rock cutting teeth with a working head and a shank of stepped form, fixed in the holes of the housing by means of a main and collet bushings, respectively mounted on the steps of a shank of smaller and larger diameters, characterized in that when using rock cutting teeth with asymmetric or with a wedge-shaped working edge, each collet sleeve is equipped with a locking unit against rotation relative to the rock cutting tooth and the main sleeve, while the main sleeve is installed in the hole of the body with a greater interference fit than the shank of a smaller diameter rock cutting tooth in the main sleeve, while the fixing unit for the collet sleeve with the rock cutting tooth is formed by eccentrically made steps of the shank with smaller and larger diameters, and the collet lock retainer with the main sleeve is made in the form of a cam connection formed by combined grooves and reciprocal protrusions on their contacting end surfaces.