RU2805437C1 - Rotary drill bit - Google Patents

Rotary drill bit Download PDF

Info

Publication number
RU2805437C1
RU2805437C1 RU2023108210A RU2023108210A RU2805437C1 RU 2805437 C1 RU2805437 C1 RU 2805437C1 RU 2023108210 A RU2023108210 A RU 2023108210A RU 2023108210 A RU2023108210 A RU 2023108210A RU 2805437 C1 RU2805437 C1 RU 2805437C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pins
housing
satellites
shaft
feathers
Prior art date
Application number
RU2023108210A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Баканов
Максим Алексеевич Кузнецов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2805437C1 publication Critical patent/RU2805437C1/en

Links

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to rotary drilling tools intended for drilling holes in coal mines for installing roof anchors, drilling holes, and also drilling wells. A rotary drill cutter includes a body, two carbide tungsten-cobalt cutting inserts with two stress raisers in the form of triangular angles, and a locking stage with the ability to attach the cutter to the drive mechanism. Carbide cutting tungsten-cobalt inserts are located on feathers that move along the axis of rotation of the body. The housing has a shaft that turns into a locking stage; a gear is located on the shaft, which engages with the satellites. The satellites are located on pins with the possibility of rotational movement of the pins around the axis of rotation of the housing shaft due to the rotation of the gear and satellites, the pins are installed vertically with one side in the blind hole of the glass, through a bearing communicating with the housing shaft, the pins are connected with their opposite side to the flat surface of the ring. The reverse side of the ring has a wavy surface that contacts the spherical surface of the feather pushers; the satellites are coupled with an internal gear, forming a planetary mechanism. The wheel is located in a blind hole of the cage and is fixed in it; the cage has holes for the guide pins. The corresponding holes for the guide pins are made in the housing, and to hold the holder on the housing shaft, a locking ring is installed. The housing has guide screws with the ability to hold pushers and feathers. The feathers have holes to accommodate the said screws.
EFFECT: reducing the wear of the cutting edges of the feathers, increasing the efficiency of drilling rocks of high hardness and expanding the scope of application of the drill cutter.
1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела, а именно к буровым инструментам вращательного действия, предназначенным для бурения шпуров в угольных шахтах под установку анкеров крепления кровли, бурения под шурфы, а также бурения скважин.The invention relates to the field of mining, namely to rotary drilling tools intended for drilling holes in coal mines for installing roof anchors, drilling holes, and also drilling wells.

Известен буровой резец для вращательного бурения шпуров РМ (Михайлов, В.Г. Горные инструменты [Текст] / В.Г. Михайлов, М.Г. Крапивин. - М.: Недра, 1970. - 216 с., с. 39, рис. 20, в), представляющий собой двухперый резец с симметричными относительно оси резца твердосплавными режущими вставками.A drilling cutter is known for rotary drilling of RM holes (Mikhailov, V.G. Mining tools [Text] / V.G. Mikhailov, M.G. Krapivin. - M.: Nedra, 1970. - 216 pp., p. 39, Fig. 20, c), which is a two-flute cutter with carbide cutting inserts symmetrical relative to the cutter axis.

Недостатками бурового резца РМ являются ограниченная область применения - бурение шпуров в углях и мягких породах, а также повышенный износ перьев резца.The disadvantages of the RM drilling cutter are its limited scope of application - drilling holes in coal and soft rocks, as well as increased wear of the cutter feathers.

Наиболее близким к предлагаемому является буровой резец БИ-741А (Михайлов В.Г. Горные инструменты [Текст] / В.Г. Михайлов, М.Г. Крапивин. - М.: Недра, 1970. - 216 с., стр. 40, рис. 21, б). Этот резец состоит из корпуса и двух твердосплавных режущих вольфрамокобальтовых (ВК) вставок с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов каждый. The closest to the proposed one is the BI-741A drilling cutter (Mikhailov V.G. Mining tools [Text] / V.G. Mikhailov, M.G. Krapivin. - M.: Nedra, 1970. - 216 pp., p. 40 , Fig. 21, b). This cutter consists of a body and two carbide cutting tungsten-cobalt (TC) inserts with two stress concentrators in the form of trihedral angles each.

Недостатками бурового резца БИ-741А являются повышенный износ режущих кромок резца, а также малая эффективность бурения породы высокой твердости.The disadvantages of the BI-741A drilling cutter are increased wear of the cutting edges of the cutter, as well as low efficiency of drilling high-hardness rock.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение области применения бурового резца, снижение износа режущих кромок перьев, повышение эффективности бурения породы высокой твердости.The technical result of the proposed invention is to expand the scope of application of the drill bit, reduce wear on the cutting edges of the feathers, and increase the efficiency of drilling high-hardness rocks.

Указанный технический результат достигается тем, что буровой резец вращательного действия, включающий корпус, две твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов, замковую ступень с возможностью крепления резца к приводному механизму, согласно заявленному изобретению, твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки расположены на подвижных вдоль оси вращения корпуса перьях, корпус имеет вал, переходящий в замковую ступень, на валу расположена шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами, сателлиты расположены на штифтах с возможностью вращательного движения штифтов вокруг оси вращения вала корпуса за счет вращения шестерни и сателлитов, штифты вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана, через подшипник сообщающегося с валом корпуса, противоположной стороной штифты сопряжены с плоской поверхностью кольца, при этом обратная сторона кольца имеет волнообразную поверхность, которая контактирует со сферической поверхностью толкателей перьев, сателлиты сопряжены с колесом с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм, колесо расположено в глухом отверстии обоймы и зафиксировано в нем, обойма имеет отверстия под направляющие штифты, при этом соответствующие отверстия под направляющие штифты выполнены в корпусе, а для удержания обоймы на валу корпуса установлено стопорное кольцо, в корпусе имеются направляющие винты с возможностью удержания толкателей и перьев, при этом в перьях выполнены отверстия с возможностью размещения указанных винтов.The specified technical result is achieved by the fact that a rotary drill cutter, including a housing, two carbide cutting tungsten-cobalt inserts with two stress concentrators in the form of triangular angles, a locking stage with the possibility of attaching the cutter to the drive mechanism, according to the claimed invention , carbide cutting tungsten-cobalt inserts are located on movable along the axis of rotation of the housing on the feathers, the housing has a shaft that turns into a locking stage, a gear is located on the shaft, which meshes with the satellites, the satellites are located on pins with the possibility of rotational movement of the pins around the axis of rotation of the housing shaft due to the rotation of the gear and satellites, the pins are installed vertically one side into the blind hole of the glass, through a bearing communicating with the housing shaft, with the opposite side the pins are mated to the flat surface of the ring, while the reverse side of the ring has a wavy surface that contacts the spherical surface of the feather pushers, the satellites are mated to a wheel with internal gearing, forming This is a planetary mechanism, the wheel is located in the blind hole of the cage and is fixed in it, the cage has holes for guide pins, and the corresponding holes for the guide pins are made in the housing, and to hold the cage on the housing shaft, a retaining ring is installed, the housing has guide screws with the ability to hold pushers and feathers, while holes are made in the feathers to accommodate said screws.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны процессы образования лунки износа без применения дополнительной подачи перьев резца; на фиг. 2 показаны процессы образования лунки износа с применением дополнительной подачи перьев резца; на фиг. 3 показан общий вид бурового резца; на фиг. 4 показано сечение А-А бурового резца; на фиг. 5 показан планетарный механизм; на фиг. 6 и 7 показаны типы замковой ступени; на фиг. 8 показана схема перемещения толкателей (положение а и б); на фиг. 9 показана схема осевого перемещения штифтов.The present invention is illustrated by drawings, where in Fig. Figure 1 shows the processes of wear crater formation without the use of additional feed of cutter feathers; in fig. Figure 2 shows the processes of wear crater formation using additional feed of cutter feathers; in fig. Figure 3 shows a general view of the drill cutter; in fig. Figure 4 shows a section A-A of a drill cutter; in fig. 5 shows the planetary mechanism; in fig. 6 and 7 show the types of castle steps; in fig. 8 shows a diagram of the movement of the pushers (position a and b); in fig. Figure 9 shows a diagram of the axial movement of the pins.

Предлагаемый буровой резец вращательного действия состоит из корпуса резца 1, замковой ступени 2 для крепления резца к приводному механизму. На валу корпуса 1 располагается шестерня 3, находящаяся в зацеплении с сателлитами 4. Положение шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 регулируется дистанционной втулкой 5. Сателлиты 4 расположены на штифтах 6. Штифты 6 вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана 7, в котором расположен подшипник 8. Положение подшипника 8 на валу корпуса 1 определяется стопорным кольцом 9. Противоположной стороной штифты 6 сопрягаются с плоской поверхностью кольца 10, при этом обратная сторона кольца 10 имеет волнообразную поверхность, высота волны имеет значение ΔХ1. Кольцо 10 находится в постоянном контакте со сферической поверхностью толкателей 11 перьев 12. Сателлиты 4 сопрягаются с колесом 13 с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм. При этом ширина зубчатого венца колеса 13 определяется исходя из известных расчетов на прочность зубчатого колеса, при передаче максимально возможного крутящего момента, и должна удовлетворять условию:The proposed rotary drill cutter consists of a cutter body 1, a locking stage 2 for attaching the cutter to the drive mechanism. On the shaft of the housing 1 there is a gear 3, which is in mesh with the satellites 4. The position of the gear 3 and, accordingly, the satellites 4 is adjusted by a remote sleeve 5. The satellites 4 are located on the pins 6. The pins 6 are installed vertically with one side in the blind hole of the glass 7, in which bearing 8 is located. The position of bearing 8 on the shaft of housing 1 is determined by retaining ring 9. On the opposite side, pins 6 mate with the flat surface of ring 10, while the reverse side of ring 10 has a wave-like surface, the height of the wave has the value ΔХ 1 . The ring 10 is in constant contact with the spherical surface of the pushers 11 of the feathers 12. The satellites 4 are mated with the wheel 13 with internal gearing, thereby forming a planetary mechanism. In this case, the width of the ring gear 13 is determined based on known calculations for the strength of the gear when transmitting the maximum possible torque, and must satisfy the condition:

, ,

где, – ширина зубчатого венца колеса 13;Where, – width of the wheel ring gear 13;

– ширина зубчатого венца сателлита 4; – width of the satellite ring gear 4;

- значение осевого перемещения. - value of axial displacement.

Колесо 13 располагается в глухом отверстии обоймы 14 и фиксируется в нем винтами 15. В обойме 14 имеются отверстия под направляющие штифты 16. Соответствующие отверстия под направляющие штифты 16 выполнены в корпусе 1. Для удержания обоймы 14 на валу корпуса 1 установлено стопорное кольцо 17.The wheel 13 is located in the blind hole of the cage 14 and is fixed in it with screws 15. The cage 14 has holes for the guide pins 16. The corresponding holes for the guide pins 16 are made in the housing 1. To hold the cage 14, a retaining ring 17 is installed on the shaft of the housing 1.

Для удержания толкателей 11 и перьев 12 в корпусе 1 предусмотрены направляющие винты 18. To hold the pushers 11 and the feathers 12, guide screws 18 are provided in the housing 1.

Замковая цепь 2 может иметь охватываемый 19 и охватывающий тип 20.The lock chain 2 can have a male 19 and a female 20 type.

Буровой резец вращательного действия работает следующим образом. Вал корпуса 1, устанавливается на штанге, имеющей соответствующую резьбу, образуя при этом замковую ступень 2, после чего происходит вращение штанги с обеспечением осевой подачи от приводного механизма, который располагается в месте бурения. A rotary drill cutter works as follows. The housing shaft 1 is mounted on a rod having an appropriate thread, thereby forming a locking stage 2, after which the rod rotates to ensure axial feed from the drive mechanism, which is located at the drilling site.

Происходит процесс бурения горной породы, в следствии вращения вала корпуса 1, осуществляется вращательное движение шестерни 3 и сателлитов 4, находящихся в зацеплении, при этом относительного вращательного движения вокруг шестерни 3 и колеса 13, сателлиты 4 не совершают. Положение шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 регулируется дистанционной втулкой 5. Сателлиты 4 расположены на штифтах 6. При этом за счет вращения шестерни 3 и, соответственно, сателлитов 4 обеспечивается вращательное движение штифтов 6 вокруг оси вращения вала корпуса 1. Штифты 6 вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана 7, в котором расположен подшипник 8. Положение подшипника 8 на валу корпуса 1 определяется стопорным кольцом 9.The process of drilling rock occurs, as a result of the rotation of the shaft of the housing 1, the rotational movement of the gear 3 and the satellites 4, which are in mesh, occurs, while the relative rotational movement around the gear 3 and the wheel 13, the satellites 4 do not perform. The position of gear 3 and, accordingly, satellites 4 is regulated by a spacer sleeve 5. The satellites 4 are located on pins 6. In this case, due to the rotation of gear 3 and, accordingly, satellites 4, the rotational movement of pins 6 around the axis of rotation of the housing shaft 1 is ensured. Pins 6 are mounted vertically one side into the blind hole of the glass 7, in which the bearing 8 is located. The position of the bearing 8 on the housing shaft 1 is determined by the retaining ring 9.

Противоположной стороной штифты 6 сопрягаются с плоской поверхностью кольца 10, при этом обратная сторона кольца 10 имеет волнообразную поверхность, высота волны имеет значение ΔХ. Кольцо 10 находится в постоянном контакте со сферической поверхностью толкателей 11 перьев 12.The opposite side of the pins 6 mates with the flat surface of the ring 10, while the reverse side of the ring 10 has a wave-like surface, the height of the wave has the value ΔХ. The ring 10 is in constant contact with the spherical surface of the pushers 11 of the feathers 12.

Сателлиты 4 сопрягаются с колесом 13 с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм.The satellites 4 are mated to the wheel 13 with internal gearing, thereby forming a planetary mechanism.

Колесо 13 располагается в глухом отверстии обоймы 14 и устанавливается в нем винтами 15. В обойме 14 имеются отверстия под направляющие штифты 16. Соответствующие отверстия под направляющие штифты 16 выполнены в корпусе 1. The wheel 13 is located in the blind hole of the cage 14 and is installed in it with screws 15. The cage 14 has holes for the guide pins 16. The corresponding holes for the guide pins 16 are made in the housing 1.

В процессе бурения при касании обоймы 14 (заклинивание происходит за счет выступов цилиндрической поверхности диаметром D, D>d; при этом значение диаметра D зависит от внешних условий) горной породы, направляющие штифты 16 выходят из отверстий в корпусе 1, а сателлиты 4 перемещаются в осевом направлении вдоль оси вращения Х вала корпуса 1 на величину ΔХ, представлено на фиг.9.During the drilling process, when the holder 14 touches the rock (jamming occurs due to the protrusions of the cylindrical surface with a diameter D, D>d; the value of the diameter D depends on external conditions), the guide pins 16 come out of the holes in the body 1, and the satellites 4 move into axial direction along the axis of rotation X of the housing shaft 1 by an amount ΔX, shown in Fig.9.

При этом обойма 14 упирается в стопорное кольцо 17, одновременно с этим приводится в действие планетарный механизм, за счет чего осуществляется вращение штифтов 6 и, соответственно, кольца 10 вокруг оси вращения корпуса 1. Происходит осевое перемещение сферической поверхности толкателей 11 перьев 12 по волнообразной поверхности кольца 10. Толкатели 11 перемещаясь сферической поверхностью по волнообразной поверхности кольца 10 совершают осевое перемещение вдоль оси вращения Х корпуса 1 на величину ΔХ1. In this case, the holder 14 rests against the locking ring 17, at the same time the planetary mechanism is activated, due to which the pins 6 and, accordingly, the ring 10 rotate around the axis of rotation of the body 1. There is an axial movement of the spherical surface of the pushers 11 of the feathers 12 along the wavy surface rings 10. Pushers 11, moving with a spherical surface along the wavy surface of the ring 10, make an axial movement along the axis of rotation X of the housing 1 by an amount ΔX 1 .

С целью предотвращения выпадения перьев 12 и толкателей 11 из корпуса 1, установлены направляющие винты 18. Для размещения винтов 18 в перьях 12 выполнены отверстия соответствующих размеров.In order to prevent the feathers 12 and pushers 11 from falling out of the body 1, guide screws 18 are installed. To accommodate the screws 18, holes of appropriate sizes are made in the feathers 12.

Таким образом, заявленное изобретение расширит область применения бурового резца, снизит износ режущих кромок перьев, повысит эффективность бурения породы высокой твердости.Thus, the claimed invention will expand the scope of application of the drill bit, reduce wear of the cutting edges of the feathers, and increase the efficiency of drilling high-hard rock.

Claims (1)

Буровой резец вращательного действия, включающий корпус, две твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки с двумя концентраторами напряжений в виде трехгранных углов, замковую ступень с возможностью крепления резца к приводному механизму, отличающийся тем, что твердосплавные режущие вольфрамокобальтовые вставки расположены на подвижных вдоль оси вращения корпуса перьях, корпус имеет вал, переходящий в замковую ступень, на валу расположена шестерня, находящаяся в зацеплении с сателлитами, сателлиты расположены на штифтах с возможностью вращательного движения штифтов вокруг оси вращения вала корпуса за счет вращения шестерни и сателлитов, штифты вертикально установлены одной стороной в глухое отверстие стакана, через подшипник сообщающегося с валом корпуса, противоположной стороной штифты сопряжены с плоской поверхностью кольца, при этом обратная сторона кольца имеет волнообразную поверхность, которая контактирует со сферической поверхностью толкателей перьев, сателлиты сопряжены с колесом с внутренним зацеплением, образуя при этом планетарный механизм, колесо расположено в глухом отверстии обоймы и зафиксировано в нем, обойма имеет отверстия под направляющие штифты, при этом соответствующие отверстия под направляющие штифты выполнены в корпусе, а для удержания обоймы на валу корпуса установлено стопорное кольцо, в корпусе имеются направляющие винты с возможностью удержания толкателей и перьев, при этом в перьях выполнены отверстия с возможностью размещения указанных винтов.A rotary drill cutter, including a housing, two carbide cutting tungsten-cobalt inserts with two stress concentrators in the form of triangular angles, a locking stage with the possibility of attaching the cutter to the drive mechanism, characterized in that the carbide cutting tungsten-cobalt inserts are located on feathers movable along the axis of rotation of the housing, housing has a shaft that turns into a locking stage, a gear is located on the shaft, which meshes with the satellites, the satellites are located on pins with the possibility of rotational movement of the pins around the axis of rotation of the housing shaft due to the rotation of the gear and satellites, the pins are installed vertically with one side in the blind hole of the glass, through the bearing of the housing communicating with the shaft, on the opposite side the pins are mated to the flat surface of the ring, while the reverse side of the ring has a wavy surface that is in contact with the spherical surface of the feather pushers, the satellites are mated to a wheel with internal gearing, thereby forming a planetary mechanism, the wheel is located in blind hole of the holder and fixed in it, the holder has holes for the guide pins, while the corresponding holes for the guide pins are made in the body, and to hold the holder on the body shaft, a retaining ring is installed, the body has guide screws with the ability to hold pushers and feathers, when In this case, holes are made in the feathers to accommodate the said screws.
RU2023108210A 2023-04-03 Rotary drill bit RU2805437C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805437C1 true RU2805437C1 (en) 2023-10-17

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3412816A (en) * 1965-07-26 1968-11-26 Lautsch Hermann Tunnel boring head having relatively rotating concentric sections
RU2310732C2 (en) * 2006-01-16 2007-11-20 Александр Яковлевич Третьяк Multilayered drag bit
US20110031025A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Baker Hughes Incorporated Drill Bit With An Adjustable Steering Device
RU156923U1 (en) * 2015-04-20 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Casing Drilling Chisel
RU2647519C1 (en) * 2016-11-16 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Drill cutter for rotary drilling of holes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3412816A (en) * 1965-07-26 1968-11-26 Lautsch Hermann Tunnel boring head having relatively rotating concentric sections
RU2310732C2 (en) * 2006-01-16 2007-11-20 Александр Яковлевич Третьяк Multilayered drag bit
US20110031025A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Baker Hughes Incorporated Drill Bit With An Adjustable Steering Device
RU156923U1 (en) * 2015-04-20 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Casing Drilling Chisel
RU2647519C1 (en) * 2016-11-16 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Drill cutter for rotary drilling of holes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1988252B1 (en) Locking clutch for downhole motor
AU2008361682B2 (en) Locking clutch for downhole motor
JPH0154514B2 (en)
CN108474238A (en) Center has the axially adjustable Mixed drilling bit for reversing cutter
US11788360B2 (en) Wellbore reamer
CA2387568C (en) Drill bit with eccentric body
RU2805437C1 (en) Rotary drill bit
US7025155B1 (en) Rock bit with channel structure for retaining cutter segments
US8347987B1 (en) Apparatus and method for installing ground anchoring systems
CN111032992B (en) Cutting element assemblies and downhole tools including rotatable cutting elements and related methods
CA1047026A (en) Tool for cutting groove in hole
US6024166A (en) Apparatus for forming a slot in a wellbore
US8950511B2 (en) Apparatus and method for installing ground anchoring systems
EP2820227B1 (en) Feeding device for a downhole tool and method for axial feeding of a downhole tool
EP3695090B1 (en) Wellbore reaming systems and devices
CN2921253Y (en) Tri-cone rotary drill bit cutting structure with build-up welding pinion
US20190078392A1 (en) Earth-boring tools including rotatable cutting elements and formation-engaging features that drive rotation of such cutting elements, and related methods
AU2013228003B2 (en) Locking clutch for downhole motor
US12054996B2 (en) Multifunctional drilling enhancement tool and method
CN114837566B (en) Spiral gear roller bit
US11898417B2 (en) Drilling speed increasing device
RU2805025C1 (en) Stabilizing assembly for drilling
RU2690980C1 (en) Single-roller bit
SU1609934A1 (en) Borehole drilling device
SU1055874A1 (en) Apparatus for forming initial fissures in wells