RU2384689C1

RU2384689C1 - Boring rock destruction tool

Info

Publication number: RU2384689C1
Application number: RU2008149830/03A
Authority: RU
Inventors: Родион Михайлович Богомолов (RU); Родион Михайлович Богомолов; Игорь Николаевич Некрасов (RU); Игорь Николаевич Некрасов; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Юрий Евдокимович Будюков (RU); Юрий Евдокимович Будюков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-03-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to boring rock destruction tool of cutting type, mainly with diamond structure. Boring rock destruction tool includes a housing with water courses and cutters with diamond carbide blades and tail ends, which are installed in sockets of the working part of the housing and fixed in the sockets with pins installed in through channels of the housing working part. The peculiar feature of the tool is that end sections of pins are provided with wear-resistant inserts installed with possibility of interacting with wells of the well and bore core; at that, tail ends of cutters are provided with grooves made on external surface, which are aligned with through channels of the housing in order to arrange the pins. At that, diametre of pins from the side of external housing surface is more than diametre of pins from the side of internal housing surface. Pins and through channels made for them in the housing are cone-shaped; at that, vertex of the cone is directed to the tool axis side, and as per the other version, pins and through channels made in the housing for them are of stepped shape; at that, step of the pin of larger diametre is located from the side of external housing surface.

EFFECT: improving attachment reliability of cutters and, at that, providing the required structure of cutting surfaces.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к бурому породоразрушающему инструменту режущего типа, преимущественно с алмазным вооружением.The invention relates to a brown rock cutting tool of the cutting type, mainly with diamond weapons.

Известен буровой породоразрушающий инструмент, включающий корпус с промывочными каналами и алмазно-твердосплавными резцами, закрепленными в гнездах корпуса с использованием штифтов для фиксации резцов от проворота (см. патент США №4323130, кл. 175-329, 1982 г.).Known drill rock cutting tool, comprising a housing with flushing channels and diamond carbide cutters, mounted in the housings using pins to fix the cutters from turning (see US patent No. 4333130, CL 175-329, 1982).

К недостаткам данного инструмента следует отнести вероятность расшатывания штифтов и выпадения их на забой. Это может привести как к развороту резов, так и выпадению самих резцов, особенно при бурении по перемежающимся по твердости породам.The disadvantages of this tool include the likelihood of loosening the pins and falling them to the bottom. This can lead to both a reversal of cuts and loss of incisors themselves, especially when drilling through rocks alternating in hardness.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровой породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочными каналами и установленные в гнездах рабочей части корпуса резцы с алмазно-твердосплавными пластинами и хвостовиками, закрепленными в гнездах штифтами, установленными в сквозных каналах рабочей части корпуса (см. авт. св. №1707179, кл. Е21В 10/46, 1992 г.).The closest in technical essence and the achieved result is a rock cutting tool containing a housing with flushing channels and cutters installed in the sockets of the working part of the body with diamond carbide inserts and shanks, pins fixed in the sockets installed in the through channels of the working part of the body (see. St. No. 1707179, class ЕВВ 10/46, 1992).

К недостаткам этого инструмента следует отнести сложность его изготовления, особенно при использовании твердосплавных хвостовиков. В этом случае сверление отверстия в хвостовике представляет значительную трудность, особенно на границе «корпус-хвостовик» резца, имеющих разную твердость.The disadvantages of this tool include the complexity of its manufacture, especially when using carbide shanks. In this case, drilling a hole in the shank presents considerable difficulty, especially at the “body-shank” boundary of a cutter having different hardness.

Другим недостатком известного породоразрушающего инструмента является вероятность выпадения штифта. Это связано с одной стороны со значительной вибрацией бурового инструмента, особенно заметной при бурении по трещиноватым и перемежающимися по твердости породам. С другой стороны при контакте торцов штифта со стенками скважины или керна, что наблюдается при сильном износе инструмента по диаметру, возникает радиальное усилие, стремящееся выдавить стопорный штифт из радиального канала. Это радиальное усилие носит знакопеременный характер и приводит к расшатыванию штифта и к последующему выпадению самого резца.Another disadvantage of the known rock cutting tool is the likelihood of a pin falling out. This is due, on the one hand, to significant vibration of the drilling tool, which is especially noticeable when drilling through fractured and alternating hardness rocks. On the other hand, when the ends of the pin come into contact with the walls of the borehole or core, which is observed when the tool is highly worn in diameter, a radial force arises, which tends to squeeze the locking pin out of the radial channel. This radial force is alternating in nature and leads to loosening of the pin and to the subsequent loss of the cutter itself.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение стойкости породоразрушающего инструмента за счет более надежной фиксации резцов от выпадения и снижение его стоимости за счет упрощения технологии изготовления.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the resistance of the rock cutting tool due to more reliable fixation of the cutters from falling out and reducing its cost due to the simplification of manufacturing technology.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, содержащим корпус с промывочными каналами и установленные в гнездах рабочей части корпуса резцы с алмазно-твердосплавными пластинами и хвостовиками, закрепленными в гнездах штифтами, установленными в сквозных каналах рабочей части корпуса, согласно изобретению концевые участки штифтов оснащены износостойкими вставками, установленными с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керном, при этом хвостовики резцов выполнены с проточками на наружной поверхности, совмещенными со сквозными каналами в рабочей части корпуса для размещения штифтов.The specified technical result is achieved by the fact that in the drilling rock cutting tool containing a housing with flushing channels and cutters installed in the sockets of the working part of the body, cutters with diamond carbide inserts and shanks, pins fixed in the sockets installed in the through channels of the working part of the housing, according to the invention, end sections the pins are equipped with wear-resistant inserts installed with the possibility of interaction with the walls of the well and the core, while the shanks of the cutters are made with proto with sockets on the outer surface, combined with through channels in the working part of the housing to accommodate the pins.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:The achievement of the specified technical result also contributes to the fact that:

- штифты и сквозные каналы под них в корпусе выполнены конической формы, причем вершина конуса направлена в сторону оси инструмента;- pins and through channels under them in the body are conical in shape, with the top of the cone pointing towards the axis of the tool;

- что штифты и сквозные каналы в корпусе под них выполнены ступенчатой формы, причем ступень штифта большего диаметра расположена со стороны наружной поверхности корпуса.- that the pins and through channels in the housing under them are made in a stepped form, and the step of the pin of a larger diameter is located on the side of the outer surface of the housing.

Изобретение поясняется чертежами, фиг.1 изображает общий вид инструмента в продольном разрезе по линии В-В на фиг.2; фиг.2 - вид А на фиг.1; фиг.3 и 4 - разрез Б-Б на фиг.1 (вариантами выполнения штифта).The invention is illustrated by drawings, figure 1 depicts a General view of the tool in longitudinal section along the line BB in figure 2; figure 2 - a view of figure 1; figure 3 and 4 is a section bB in figure 1 (options for performing the pin).

Буровой породоразрушающий инструмент включает корпус 1 с промывочными каналами 12 и установленные в гнездах 2 рабочей части 7 корпуса 1 резцы 3 с алмазно-твердосплавными пластинами 4 и хвостовиками 13, закрепленными в гнездах 2 штифтами 5, установленными в сквозных каналах 6 рабочей части 7 корпуса 1. Концевые участки штифтов 5 оснащены износостойкими вставками 10 из синтетических или природных алмазов, установленными с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керном, т.е. они выходят за наружную и внутреннюю поверхности 8 и 9 соответственно рабочей части 7 корпуса и расположены в вертикальной плоскости на одинаковом расстоянии с резцами 3, обеспечивающими калибровку стенок скважины и керна. Все резцы 3 фиксируются от осевого перемещения штифтами 5, которые крепятся в сквозных каналах 6 путем прессовки или другим известным способом. При этом могут использоваться как цилиндрические штифты 5 (фиг.1 и 3), так и другой формы, у которых диаметр штифтов 5 со стороны наружной поверхности 8 корпуса 1 больше диаметра штифтов 5 со стороны внутренней поверхности 9 корпуса. 1. Хвостовики 13 резцов 3 выполнены с проточками 14 на наружной поверхности, совмещенными со сквозными каналами 6 рабочей части 7 корпуса 1 для установки штифтов 5. Указанные проточки 14 могут выполняться как на стадии изготовления хвостовиков 6 резцов 3, в частности при формировании хвостовиков 13 из твердого сплава путем их горизонтальной прессовки путем использования специальных вставок на месте проточки, так и после его изготовления, например, посредством фрезеровки. При выполнении штифтов 5 с функциями по калибровке стенок скважины и керна они постоянно испытывают радиальные нагрузки, стремящиеся выдавить штифты 5 из каналов 6. Это объясняется тем, что ось скважины практически никогда не совпадает с осью породоразрушающего инструмента из-за разработки стенок скважины, из-за чего износостойкие вставки 10 штифтов 5 контактируют или только со стенками скважины или же с поверхностью керна. Это с учетом вибрации инструмента способствует расшатыванию штифтов 5 и их выпадению. С целью исключения этого явления штифты 5 и сквозные каналы 6 под них в корпусе по одному варианту предпочтительно выполнять конической формы (фиг.4, верхний штифт), причем вершина конуса направлена в сторону оси инструмента. По другому варианту штифты 5 и сквозные каналы 6 под них выполнены ступенчатой формы (фиг.4, нижний штифт). При этом ступень штифта 5 большего диаметра расположена со стороны наружной поверхности 8 рабочей части 7 корпуса 1. Такое выполнение штифтов 5 связано с тем, что усилие со стороны стенок скважины значительно превосходит усилие со стороны керна и при одновременном контакте износостойких элементов 10 одного штифта 5 со стенками скважины и поверхностью керна результирующее усилие будет направлено в сторону центральной оси инструмента и будет восприниматься рабочей частью 7 корпуса 1.The drilling rock cutting tool includes a housing 1 with flushing channels 12 and cutters 3 with diamond carbide inserts 4 and shanks 13 mounted in sockets 2 of the working part 7 of the housing 1 and fixed with pins 5 in the sockets 2 and installed in the through channels 6 of the working part 7 of the housing 1. The end sections of the pins 5 are equipped with wear-resistant inserts 10 of synthetic or natural diamonds, which are installed with the possibility of interaction with the walls of the well and core, i.e. they go beyond the outer and inner surfaces 8 and 9, respectively, of the working part 7 of the body and are located in a vertical plane at the same distance with the cutters 3, providing calibration of the walls of the well and core. All cutters 3 are fixed from axial movement by pins 5, which are mounted in through channels 6 by pressing or in another known manner. In this case, both cylindrical pins 5 (FIGS. 1 and 3) can be used, as well as other shapes in which the diameter of the pins 5 on the outer surface 8 of the housing 1 is larger than the diameter of the pins 5 on the inner surface of the housing 9. 1. The shanks 13 of the cutters 3 are made with grooves 14 on the outer surface, combined with the through channels 6 of the working part 7 of the housing 1 for installing the pins 5. These grooves 14 can be performed as at the stage of manufacture of the shanks 6 of the cutters 3, in particular when forming the shanks 13 of hard alloy by horizontal pressing by using special inserts at the point of grooving, and after its manufacture, for example, by milling. When performing pins 5 with functions for calibrating the walls of the well and core, they constantly experience radial loads trying to squeeze pins 5 out of channels 6. This is explained by the fact that the axis of the well almost never coincides with the axis of the rock cutting tool due to the development of the walls of the well, why wear-resistant insert 10 of the pins 5 are in contact or only with the walls of the well or with the surface of the core. This, taking into account the vibration of the tool contributes to the loosening of the pins 5 and their loss. In order to eliminate this phenomenon, the pins 5 and the through channels 6 beneath them in the housing according to one embodiment, it is preferable to perform a conical shape (figure 4, the upper pin), and the top of the cone is directed towards the axis of the tool. In another embodiment, the pins 5 and the through channels 6 below them are made in a stepped form (Fig. 4, lower pin). In this case, the step of the pin 5 with a larger diameter is located on the side of the outer surface 8 of the working part 7 of the housing 1. This embodiment of the pins 5 is due to the fact that the force from the side of the well walls significantly exceeds the force from the core side and, at the same time, the wear-resistant elements 10 of one pin 5 with by the walls of the well and the core surface, the resulting force will be directed towards the central axis of the tool and will be perceived by the working part 7 of the housing 1.

Для усиления калибровки стенок скважины могут быть использованы дополнительные вставки 11. Такое же вооружение может использоваться и для армировки внутренней поверхности 9 рабочей части 7 корпуса 1.To enhance the calibration of the walls of the well, additional inserts 11 can be used. The same weapons can also be used to reinforce the inner surface 9 of the working part 7 of the housing 1.

Породоразрушающий инструмент работает следующим образом. При вращении бурового вала и создании осевой нагрузки породоразрушающий инструмент своими резцами 3 внедряется в породу и разрушает ее. Образующийся при этом шлам выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через каналы 12 в корпусе 1. Благодаря использованию штифтов 5 в качестве калибрующих элементов значительно усиливается сохранность диаметра породоразрушающего инструмента, что благоприятно сказывается на эффективности его работы. Выполнение проточек 14 на боковой поверхности хвостовиков 13 обеспечивает большой выбор размерного ряда элементов вооружения торцевых участков штифтов 5. В прототипе это жестко ограничено диаметром хвостовика 13 резца 3 и даже незначительное увеличение диаметра штифта 5 может привести к поломке резцов из-за возникновения опасного сечения в зоне расположения штифта.A rock cutting tool works as follows. When the drill shaft rotates and axial load is created, the rock cutting tool with its cutters 3 is introduced into the rock and destroys it. The resulting sludge is brought to the surface by washing liquid pumped through the channels 12 in the housing 1. By using the pins 5 as calibrating elements, the safety of the diameter of the rock cutting tool is significantly enhanced, which favorably affects its efficiency. The implementation of the grooves 14 on the lateral surface of the shanks 13 provides a large selection of the size range of the armament elements of the end sections of the pins 5. In the prototype, this is strictly limited by the diameter of the shank 13 of the cutter 3 and even a slight increase in the diameter of the pin 5 can lead to breakage of the cutters due to a dangerous section in the area pin locations.

Таким образом, схема расположения штифтов 5 в проточках 14 на наружной поверхности хвостовиков 13 резцов 3 позволяет упростить технологию изготовления инструмента и тем самым снизить его стоимость, а кроме того и повысить надежность крепления резцов 3 и одновременно обеспечить необходимую вооруженность калибрующих поверхностей породоразрушающего инструмента.Thus, the arrangement of the pins 5 in the grooves 14 on the outer surface of the shanks 13 of the cutters 3 allows to simplify the manufacturing technology of the tool and thereby reduce its cost, and in addition to increase the reliability of fastening of the cutters 3 and at the same time provide the necessary armament of calibrating surfaces of the rock cutting tool.

Claims

1. Drilling rock cutting tool containing a housing with flushing channels and cutters installed in the sockets of the working part of the body with diamond carbide inserts and shanks, pins fixed in the sockets installed in the through channels of the working part of the case, characterized in that the end sections of the pins are equipped with wear-resistant inserts installed with the possibility of interaction with the walls of the well and core, while the shanks of the cutters are made with grooves on the outer surface, combined with through with the channels of the housing to accommodate the pins.

2. Drilling rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the pins and through channels under them in the body are conical in shape, with the top of the cone pointing towards the axis of the tool.

3. Drilling rock cutting tool according to claim 1, characterized in that the pins and through channels in the housing under them are made in a stepped form, and the step of the pin of a larger diameter is located on the side of the outer surface of the housing.