WO2013191386A1 - 헤드부 중심으로부터 상이한 반경을 가지는 버튼 배열을 포함하는 드릴 비트 - Google Patents

헤드부 중심으로부터 상이한 반경을 가지는 버튼 배열을 포함하는 드릴 비트 Download PDF

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WO2013191386A1
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drill bit
buttons
button
radius
hitting
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PCT/KR2013/004610
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조정우
신대영
양진석
문경일
권기범
송창헌
오주영
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한국생산기술연구원
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    • E21B10/56—Button-type inserts
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    • E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits
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    • E21B10/54—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of the rotary drag type, e.g. fork-type bits

Definitions

  • the present invention relates to a drill bit comprising a button arrangement having a different radius from the center of the head, and more particularly to a button being arranged to have a different radius from the center axis of the drill bit head so that the points due to striking and rotation are different. It relates to an invention having a radius to improve the efficiency of the drilling operation.
  • Drill bits used to drill rocks and the like perform the work of breaking rocks and forming holes.
  • FIGS. 1A-1D A drill bit according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A-1D.
  • the rock drill bit 10 comprises a drill bit head 30 and a skirt 50.
  • the head portion 30 of the rock drill type 10 includes a plurality of rock crushing members in the form of buttons on a drill surface in contact with the rock, and crushes and crushes the rock through the members.
  • the second and third buttons have the same radius (r 2 ) from the central axis (C) of the drill bit 10
  • the fourth to sixth button is It can be seen that it has the same radius (r 3 ).
  • the blow distribution is slightly different according to the rotational speed (rpm) and the bpm (blow per minute).
  • the rotational speed and bpm are set to appropriate values (first condition) to hit relatively different points.
  • first condition the same point may be hit at a specific rotational speed or hitting speed condition (second condition), which shows that some buttons (third group) hit the same point as shown in FIG. 1D.
  • Patent Document 1 KR2007-0053285 A
  • Patent Document 2 KR2006-0110271 A
  • the present invention is to solve the above problems, and more particularly, the drill bit includes a plurality of buttons having a different radius from the central axis, to provide a drill bit with improved drilling efficiency.
  • an embodiment of the present invention is a drill bit including a plurality of buttons located on a drill surface and groundable, wherein the plurality of buttons are peripheral buttons located on the outer side of the drill surface and the Located on the inner side of the drill surface, and comprises a plurality of front buttons having a different radius (r) from the central axis of the drill bit, the plurality of front buttons hitting the rotating point is characterized in that the impact point has a different radius , Provide a drill bit.
  • the plurality of front buttons constitute a plurality of groups, and the difference ⁇ r between the adjacent buttons in the group is preferably 0.5 mm to 5 mm.
  • a plurality of buttons hit a different point to provide a drill bit with improved drilling efficiency.
  • the improved operation of the drill bit can shorten the work time required for drilling and reduce unnecessary energy consumption.
  • FIG. 1A is a perspective view of a drill bit according to the prior art.
  • 1b is a plan view of a drill bit according to the prior art.
  • 1c is a distribution of impact points of a drill bit on a first condition according to the prior art.
  • 1d is a distribution point of the impact of the drill bit on the second condition according to the prior art.
  • FIG. 2 is a plan view of a drill bit head portion according to the present invention.
  • 3 is a distribution point of the hitting point of the drill bit according to the invention.
  • FIG. 4 is a rear view illustrating the button arrangement method of FIG. 1A.
  • FIG. 5 is a rear view illustrating a button arrangement method of FIG. 2.
  • 6A is a graph illustrating a hitting point according to the button arrangement of FIG. 4.
  • FIG. 6B is a rear view of the drill bit showing the fracture zone expected in FIG. 6A.
  • 7A is a graph illustrating a hitting point according to the button arrangement of FIG. 5.
  • FIG. 7B is a rear view of the drill bit showing the fracture zone expected in FIG. 7A.
  • FIG. 8 are views showing the two-track hitting point, the hitting test result, and the hitting point and the fracture area in FIG. 6A.
  • 9 (a), 9 (b) and 9 (c) are diagrams showing a hitting point, a hitting test result, a hitting point and a fracture area of 2 and 3 tracks in FIG. 6A.
  • FIG. 10 are diagrams showing a two-track hitting point, a hit test result, a hitting point and a crushing area in FIG. 7A.
  • FIG. 11 (a), (b) and (c) are diagrams showing the hitting point, the hitting test result, the hitting point and the crushing area of 2 and 3 tracks in FIG. 7A.
  • a drill bit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 12.
  • Drill bit 10 includes a plurality of buttons.
  • the button is located on the drill head surface, ie the drill surface, on which the drill bit 10 abuts the rock and breaks the rock through rotation and striking.
  • the button includes a front button 100 and a peripheral button 200.
  • the front button 100 is located on the drill surface of the drill bit 10, preferably on the inner side of the drill surface.
  • the button 100 may have any shape for crushing rock, and may have a semicircular shape protruding as shown in FIG. 1A.
  • the front button 100 may include a plurality.
  • the plurality of front buttons 100 may form a plurality of groups.
  • the drill bits 10 may form three groups.
  • the first group includes a first 'button and the second group includes a second' and a 3 'button.
  • the third group also includes fourth 'to six' buttons. That is, the n-th group may include n buttons.
  • the plurality of buttons 100 are arranged to have different radii from the central axis C of the drill bit 10. That is, when the mobile device is arranged to move to have a different radius from the preset position, one button has a smaller radius than the case where the button is disposed at the preset position, and the other button has a larger radius than when the button is disposed at the preset position. It can be positioned to have.
  • the front buttons 100 disposed at different positions hit different points of the rock to improve drilling efficiency.
  • the difference ⁇ r between the adjacent buttons in the group may be 0.5 mm to 5 mm.
  • the second group according to the related art shown in FIG. 1B has the same radius r 2 from the central axis.
  • the second 'and 3' buttons of the second group may have a different radius r from the position.
  • the second 'button may have a smaller radius by moving toward the central axis from the preset position
  • the third' button may have a larger radius by moving about the central axis from the preset position.
  • the third group according to the prior art shown in FIG. 1B has the same radius r 3 as the fourth to sixth buttons from the central axis of the drill bit 10.
  • the third group includes fourth 'to six' buttons as in the prior art, but each has a different radius from the central axis of the drill bit 10. The button is placed.
  • the fourth 'button is positioned at a preset position, the fifth' button moves toward the central axis and has a smaller radius, and the sixth 'button. It can move in the opposite direction of the central axis and have a larger radius. That is, the three buttons included in the third group may each have a different radius.
  • the radius difference between adjacent buttons for example, the radius difference between the 4 'button and the 5' button, or the radius difference ⁇ r between the 4 'button and the 6' button may vary, but preferably May be 0.5mm to 5mm. This is because the contact area between the front button 100 and the rock at the time of hitting is expected to be a circle of about 1mm ⁇ 2mm, ⁇ r value of 0.5mm or less can not be seen to hit another point.
  • the difference in radius between the groups has a value between 10mm and 12mm, it is reasonable to limit it to 5mm or less since ⁇ r becomes 5mm or more because it is included in the influence of another adjacent button group.
  • a radius difference (for example, a difference between the 5 'button and the 6' button of the third group) between non-adjacent buttons in the same group may not be the same.
  • Peripheral button 200 is located on the outer side of the drill surface in which the drill bit 10 and the rock abuts. Peripheral button 200 may also include a plurality, preferably 7 to 10 may be. According to an example of the present invention, there may be nine as shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 looks at the hitting point according to an embodiment of the present invention.
  • the hitting points between the plurality of buttons do not overlap.
  • FIG. 4 is a rear view showing the button arrangement method of FIG. 1A according to the related art. As shown in FIG. 4, one red button is positioned on the first track on the first radius r1 and the second track on the second radius r2. There are two blue buttons, three green buttons are located on the third track on the third radius r3, and nine yellow buttons are located on the fourth track on the fourth radius r4.
  • the first to fourth tracks are virtual tracks, and the buttons located on the second track, the third track, and the fourth track are located on the same circumference, respectively, and have a second radius r2 and a third radius of the same radius on the rock. It strikes the radius r3 and the fourth radius r4.
  • the prior art as described above has a disadvantage in that the drilling efficiency is lowered as the second, third, and fourth track buttons hit the overlapping point under specific drilling speed (RPM) and strike speed (BPM) conditions.
  • RPM specific drilling speed
  • BPM strike speed
  • Figure 5 is a rear view showing the button arrangement method of Figure 2 of the present invention, each track and radius is set as above.
  • the present invention applies a method of arranging the position (distance from the center point) of the second track (r2) and the third track (r3) button of the button of the face portion by moving the position of the button by? R in the same circumference.
  • ⁇ r has a range of 0.5 mm to 5 mm.
  • the button arrangement method of the present invention has the advantage of increasing the drilling efficiency by hitting the rock at other points irrespective of the number of revolutions (RPM), the number of strikes (BPM).
  • the setting of the above experimental conditions is set to the blow condition that the same point is hitting the overlapping repeatedly, and by applying the condition that the hitting point of the button is not evenly distributed on the rock surface, the hitting point of the conventional bit and the drill bit of the present invention Analyze the impact point.
  • the striking position and the fracture zone of the drill bit of the present invention are analyzed by applying an arrangement in which the second track and the third track are moved by applying ⁇ r to 2 mm from the track circumference.
  • the test of the curved track hitting the second track and the third track is converted to a straight track for convenience, and the rock hitting test is performed, and the specific energy is calculated by measuring the blow energy and the crushed volume, and the drilling efficiency is compared.
  • 8 (a), 8 (b) and 8 (c) show the two-track hitting point, the hitting test result, the hitting point and the crushing area using the H40L1-on sample.
  • (b) and (c) show the hitting points of two and three tracks, the results of the hitting experiment, and the hitting point and fracture area using the H40L2-on sample.
  • 10 (a), 10 (b) and 10 (c) show the two-track hitting point, the hitting test result, the hitting point and the crushing area using the H40L1-off sample.
  • (b) and (c) show the impact points of two and three tracks, the results of the impact test, and the impact point and fracture zone using samples of H40L2-off.
  • the specific energy (SE) is a value obtained by dividing the blow energy by the rock fracture volume and applying the blow energy and the rock fracture volume in [Table 1] to [Equation 1] below to calculate the specific energy.
  • the present invention (H40L2-off) has a 47% improvement in specific energy compared to the prior art (H40L1-on), and hitting the second and third tracks.
  • the present invention (H40L2-off) is 45% improved than the prior art (H40L2-on).

Abstract

본 발명은 헤드부의 중심으로부터 상이한 반경을 가지는 버튼 배열을 포함하는 드릴 비트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버튼이 드릴 비트 헤드부의 중심으로부터 상이한 반경을 가지도록 배열됨으로써 상이한 반지름을 가지는 암반지점을 타격하여 천공 작업의 효율성을 향상시키는 발명에 관한 것이다.

Description

헤드부 중심으로부터 상이한 반경을 가지는 버튼 배열을 포함하는 드릴 비트
본 발명은 헤드부 중심으로부터 상이한 반경을 가지는 버튼 배열을 포함하는 드릴 비트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버튼이 드릴 비트 헤드부의 중심축으로부터 상이한 반경을 가지도록 배열됨으로써 타격 및 회전에 의한 지점이 상이한 반지름을 가져 천공 작업의 효율성을 향상시키는 발명에 관한 것이다.
암석 등을 천공하기 위해서 사용되는 드릴 비트는 암석을 깨고 구멍을 형성하는 작업을 수행한다.
도 1a 내지 1d를 참조하여 종래 기술에 따른 드릴 비트에 대해 설명하기로 한다.
도 1a에 따르면 착암식 드릴 비트(10)는 드릴 비트 헤드부(30) 및 스커트(50)를 포함한다. 착암식 드릴 비트(10)의 헤드부(30)는 암석과 맞닿는 드릴면에 버튼 형태로 된 복수개의 암석 파쇄 부재를 포함하며, 상기 부재를 통해 암석을 분쇄 및 파쇄한다.
도 1b를 참조하여 종래 기술에 따른 드릴 비트 버튼의 배열을 살펴보면, 제 2 및 3 버튼이 드릴 비트(10)의 중심축(C)으로부터 동일한 반경(r2)을 가지며, 제 4 내지 6 버튼이 동일한 반경(r3)을 가짐을 알 수 있다.
상기와 같이 복수개의 버튼이 드릴 비트(10)의 중심축으로부터 동일한 반경을 가지는 경우 회전수(rpm, rotation per minute)와 bpm(blow per minute)에 따라 타격 분포가 다소 상이하다.
도 1c를 참조하면, 회전수와 bpm이 적절한 값으로 설정되어(제 1 조건) 비교적 다른 지점을 타격하고 있음을 알 수 있다. 반면, 특정한 회전수 또는 타격수 조건(제 2 조건)에서는 동일 지점을 타격할 수 있는데, 이는 도 1d에 도시된 바와 같이 일부 버튼(제 3 그룹)들이 동일한 지점을 타격함을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같이 특정한 조건에서 동일 지점을 반복하여 타격하는 드릴 비트(10)의 경우, 암석 파쇄 효율이 저하되며 파쇄에 소요되는 시간이 길다는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) KR2007-0053285 A
(특허문헌 2) KR2006-0110271 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 드릴 비트가 중심축으로부터 상이한 반경을 가지는 복수개의 버튼을 포함함으로써, 천공 효율이 향상된 드릴 비트를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시 예는, 드릴면에 위치하며 연삭이 가능한 복수개의 버튼을 포함하는 드릴비트로서, 상기 복수개의 버튼은 상기 드릴면 외측부에 위치하는 주변 버튼 및 상기 드릴면 내측부에 위치하며, 상기 드릴비트의 중심축으로부터의 반경(r)이 상이한 복수개의 전방 버튼을 포함하며, 상기 복수개의 전방 버튼이 회전하면서 타격하는 타격 지점은 상이한 반경을 가지는 것을 특징으로 하는, 드릴 비트를 제공한다.
또한, 상기 복수개의 전방 버튼은, 복수개의 그룹을 이루며, 상기 그룹 내 인접한 버튼 사이 반경의 차이(Δr)는 0.5 mm 내지 5 mm 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 전방 버튼은 3개의 그룹을 이루며, 제 n 그룹은 n개(n=1,2,3)의 상기 전방 버튼을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수개의 버튼이 상이한 지점을 타격하여 천공 효율이 향상된 드릴 비트의 제공한다.
또한, 드릴 비트의 향상된 동작으로 천공에 소요되는 작업 시간을 단축하며, 불필요하게 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 드릴 비트의 사시도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 드릴 비트의 평면도이다.
도 1c는 종래 기술에 따른 제 1 조건상의 드릴 비트의 타격 지점 분포도이다.
도 1d는 종래 기술에 따른 제 2 조건상의 드릴 비트의 타격 지점 분포도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드릴 비트 헤드부의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드릴 비트의 타격 지점 분포도이다.
도 4는 도 1a의 버튼 배열방식을 나타낸 배면도이다.
도 5는 도 2의 버튼 배열방식을 나타낸 배면도이다.
도 6a는 도 4의 버튼 배열에 따른 타격지점을 설정한 그래프이다.
도 6b는 도 6a에서 예상되는 파쇄 영역을 나타낸 드릴비트의 배면도이다.
도 7a는 도 5의 버튼 배열에 따른 타격지점을 설정한 그래프이다.
도 7b는 도 7a에서 예상되는 파쇄 영역을 나타낸 드릴비트의 배면도이다.
도 8의 (a), (b), (c)는 도 6a에서의 2트랙 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 나타낸 도면이다.
도 9의 (a), (b), (c)는 도 6a에서의 2트랙과 3트랙의 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 나타낸 도면이다.
도 10의 (a), (b), (c)는 도 7a에서의 2트랙 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 나타낸 도면이다.
도 11의 (a), (b), (c)는 도 7a에서의 2트랙과 3트랙의 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 나타낸 도면이다.
도 12는 종래기술과 본 발명의 버튼배열에 따른 천공효율을 나타낸 비교그래프이다.
본 발명의 실시 예에 따른 드릴 비트를 도 2 및 도 12를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 드릴 비트(10)는 복수개의 버튼을 포함한다. 상기 버튼은 드릴 비트(10)가 암석과 맞닿는 드릴 헤드 표면, 즉 드릴면에 위치하며, 회전 및 타격을 통해 암석을 파쇄한다. 버튼은 전방 버튼(100) 및 주변 버튼(200)을 포함한다.
전방 버튼(100)은 드릴 비트(10)의 드릴면에 위치하며, 바람직하게는 드릴면 내측부에 위치한다. 또한, 버튼(100)은 암석을 파쇄하기 위한 어떠한 형상도 가능하며, 도 1a에 도시된 바와 같이 돌출된 반원 형태일 수 있다.
전방 버튼(100)은 복수개를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 복수개의 전방 버튼(100)은 복수개의 그룹을 이룰 수 있다. 발명의 일례에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이, 드릴 비트(10)는 3개의 그룹을 이룰 수 있다. 제 1 그룹은 제 1' 버튼을 포함하며, 제 2 그룹은 제 2' 및 3' 버튼을 포함한다. 또한, 제 3 그룹은 제 4' 내지 6' 버튼을 포함한다. 즉, 제 n 그룹은 n 개의 버튼을 포함할 수 있다. 다만, 상기 그룹의 개수에 제한이 없음은 당연하며, 각각의 그룹에 포함되는 버튼의 개수가 변할 수 있음도 물론이다.
또한, 상기 복수개의 버튼(100)은 드릴 비트(10)의 중심축(C)으로부터의 상이한 반경을 가지도록 배치된다. 즉, 기 설정된 위치에서 상이한 반경을 가지도록 이동하여 배치되는 경우, 하나의 버튼은 기 설정된 위치에 배치되는 경우보다 작은 반경을 가지도록, 나머지 하나의 버튼은 기 설정된 위치에 배치되는 경우보다 큰 반경을 가지도록 위치할 수 있다. 상이한 위치에 배치된 전방 버튼(100)은 암반의 상이한 지점을 타격하여 천공 효율을 향상시킨다.
상기와 같이 복수개의 그룹을 포함하는 발명의 일 실시 예에 따르면, 그룹 내 인접한 버튼 사이 반경의 차이(Δr)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다.
제 2 그룹을 살펴보면, 도 1b에 도시된 종래 기술에 따른 제 2 그룹은 제 2 버튼 및 3 버튼이 중심축으로부터 동일한 반경(r2)을 가짐을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 2를 살펴보면, 제 2 그룹의 제 2' 및 3' 버튼은 상기 위치로부터 벗어나, 상이한 반경(r)을 가질 수 있다. 보다 상세하게는 제 2' 버튼은 기 설정된 위치로부터 중심축을 향하여 이동하여 보다 작은 반경을 가질 수 있으며, 제 3' 버튼은 기 설정된 위치로부터 중심축에 대항하여 이동하여 보다 큰 반경을 가질 수 있다.
제 3 그룹을 살펴보면, 도 1b에 도시된 종래 기술에 따른 제 3 그룹은 제 4 내지 6 버튼이 드릴 비트(10)의 중심축으로부터 동일한 반경(r3)을 가진다.
반면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2를 살펴보면, 제 3 그룹은 종래 기술과 동일하게 제 4' 내지 6' 버튼을 포함하나, 드릴 비트(10)의 중심축으로부터 각각 상이한 반경을 가지도록 버튼이 배치된다.
마찬가지로, 상이한 반경을 가지는 어떠한 배열도 가능하나, 도 2를 참조하면, 제 4' 버튼이 기 설정된 위치에 배치되며, 제 5' 버튼이 중심축을 향해 이동하여 보다 작은 반경을 가지고, 제 6' 버튼이 중심축의 반대 방향으로 이동하여 보다 큰 반경을 가질 수 있다. 즉, 제 3 그룹에 포함된 3개의 버튼이 각각 상이한 반경을 가질 수 있다.
이와 같은 경우, 인접한 버튼 간의 반경 차이, 예를 들어 제 4' 버튼과 5' 버튼 사이의 반경 차, 또는 제 4' 버튼과 6' 버튼 사이의 반경 차이(Δr)는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm 일 수 있다. 이는 타격 시 전방 버튼(100)과 암반의 접촉 면적이 약 1mm ~ 2mm 정도의 원이 될 것으로 예상되므로 Δr이 0.5mm 이하의 값은 다른 지점을 타격한다고 볼 수 없다.
또한, 상기 그룹들 사이의 반경 차이가 10mm에서 12mm사이의 값을 가지므로 Δr이 5mm이상이 되면 인접한 다른 버튼 그룹의 영향력 내에 포함되기 때문에 5mm이하로 제한하는 것이 합리적이다.
다만, 동일한 그룹 내에서도 인접하지 않는 버튼 사이의 반경 차이 (예를 들어 제 3그룹의 제 5' 버튼과 6' 버튼 사이의 차이)는 상기와 같지 않을 수 있다.
주변 버튼(200)은 드릴 비트(10)와 암석이 맞닿는 드릴면의 외측부에 위치한다. 주변 버튼(200) 역시 복수개를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 7개 내지 10개일 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 9개일 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 타격 지점을 살펴본다. 본 발명의 실시 예는, 복수개의 버튼 간 타격 지점이 중복되지 않음을 알 수 있다.
또한, 다른 지점의 타격 분포를 살펴보아도 종래 기술의 타격 분포와 비교하여(도 1c 및 도 1d 참조) 다소 상이한 반경을 가지는 타격지점을 가짐을 알 수 있다. 예를 들어, 제 2' 버튼 및 3' 버튼이 타격하는 지점이 중심축으로부터 다소 상이한 반경을 가짐을 알 수 있다. 즉, 종래 기술과 비교하면, 어떠한 조건에서도 상이한 지점의 타격이 가능함을 알 수 있다.
도 4는 종래기술인 도 1a의 버튼 배열방식을 나타낸 배면도로서, 도시된 바와 같이 제 1 반경(r1) 상의 제 1 트랙에는 빨간색의 버튼이 1개 위치하고, 제 2 반경(r2) 상의 제 2 트랙에는 파란색의 버튼이 2개 위치하며, 제 3 반경(r3) 상의 제 3 트랙에는 초록색의 버튼이 3개 위치하고, 제 4 반경(r4) 상의 제 4 트랙에는 노란색의 버튼이 9개 위치한다.
상기한 제 1 내지 제 4 트랙은 가상의 트랙이며, 제 2 트랙, 제 3 트랙 및 제 4 트랙에 위치한 버튼은 각각 동일 원주상에 위치하여 암반 위에 동일한 반경의 제 2 반경(r2), 제 3 반경(r3) 및 제 4 반경(r4)을 타격하게 된다.
위와 같은 종래기술은 특정 천공 회전수(RPM), 타격수(BPM) 조건에서 제 2, 3, 4 트랙 버튼들은 중복지점을 타격함에 따라 천공효율이 낮아질 수 있는 단점이 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 도 2의 버튼 배열방식을 나타낸 배면도로서, 각각의 트랙 및 반경은 상기와 동일하게 설정된다.
본 발명은 버튼배열 설계시, 페이스 부분의 버튼의 제 2 트랙(r2), 제 3 트랙(r3) 버튼의 위치(중심점과의 거리)를 동일 원주에서 △r 만큼 이동시켜 배열하는 방법을 적용한 것이고, 여기서 △r은 0.5mm ~ 5mm의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 버튼 배열방식은 천공 회전수(RPM), 타격수(BPM)에 관계없이 다른 지점의 암반을 타격시켜 천공효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 6 내지 도 11을 참고하여 종래기술과 본 발명의 버튼 배열방식에 따른 타격지점, 타격위치 및 파쇄영역을 비교하여 설명한다.
상기한 실험 조건의 설정은 동일지점이 중복 타격되는 타격조건으로 설정하고, 버튼의 타격지점이 암반면에 균일하게 분포되지 않는 조건을 적용하여 종래기술의 비트의 타격지점과 본 발명의 드릴비트의 타격지점을 비교 분석한다.
또한, 제 2 트랙과 제 3 트랙이 트랙 원주로부터 △r을 2mm로 적용하여 이동한 배열을 적용하여 본 발명의 드릴비트의 타격위치 및 파쇄영역을 분석한다.
이때, 제 2 트랙과 제 3 트랙의 타격되는 곡선트랙의 시험을 편의상 직선트랙으로 변환하여 암석 타격 시험을 실시한 후 타격에너지와 파쇄된 부피를 측정하여 비에너지를 구하고 천공 효율을 비교한다.
상기한 과정 및 그에 따른 결과는 도 6 내지 도 11에 도시되어 있으며, 종래기술과 본 발명의 버튼배열에 따른 타격지점을 설정시 회전수는 180RPM, 타격수는 2200BPM으로 동일하게 설정한다.
또한, 도 8의 (a), (b), (c)는 H40L1-on의 시료를 사용하여 2트랙 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 도시하고, 도 9의 (a), (b), (c)는 H40L2-on의 시료를 사용하여 2트랙과 3트랙의 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 도시한다.
또한, 도 10의 (a), (b), (c)는 H40L1-off의 시료를 사용하여 2트랙 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 도시하고, 도 11의 (a), (b), (c)는 H40L2-off의 시료를 사용하여 2트랙과 3트랙의 타격 지점, 타격실험결과 및 타격지점과 파쇄영역을 도시한다.
상기한 암석 타격실험 결과는 [표 1]와 같다.
표 1
시료번호 타격횟수 파쇄부피(mm3) 타격에너지(J) 비에너지(SE,J/mm3) 천공효율 향상도(%)
종래기술의 버튼배열 H40L1-on(도 9) 14 1963.3 1772.4 0.90 -
H40L2-on(도 10) 28 5479.7 3557.0 0.65 -
본 발명의 버튼배열 H40L2-off(도 11) 14 3749.9 1778.8 0.47 47%
H40L2-off(도 12) 32 11352.9 400.1 0.36 45%
또한, 비에너지(SE)는 타격에너지를 암석파쇄부피로 나눈 수치로서 [표 1]에서의 타격에너지와 암석파쇄부피를 아래의 [수학식 1]에 적용하여 비에너지를 계산할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2013004610-appb-M000001
도 12는 종래기술과 본 발명의 버튼배열에 따른 천공효율을 나타낸 비교그래프로서, 상기한 [수학식 1]를 이용하여 종래기술과 본 발명의 비에너지를 비교 분석한다.
도 12에 도시된 바와 같이 제 2 트랙을 타격지점으로 했을 경우 본 발명(H40L2-off)은 종래기술(H40L1-on)보다 비에너지가 47% 향상되었고, 제 2 트랙과 제 3 트랙을 타격지점으로 했을 경우 본 발명(H40L2-off)은 종래기술(H40L2-on)보다 45% 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (3)

  1. 드릴면에 위치하며 연삭이 가능한 복수개의 버튼을 포함하는 드릴비트로서,
    상기 복수개의 버튼은,
    상기 드릴면 외측부에 위치하는 주변 버튼; 및
    상기 드릴면 내측부에 위치하며, 상기 드릴비트의 중심축으로부터의 반경(r)이 상이한 복수개의 전방 버튼
    을 포함하며,
    상기 복수개의 전방 버튼이 회전하면서 타격하는 타격 지점은 상이한 반경을 가지는 것을 특징으로 하는,
    드릴 비트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 전방 버튼은,
    복수개의 그룹을 이루며,
    상기 그룹 내 인접한 버튼 사이 반경의 차이(Δr)는 0.5 mm 내지 5 mm 인 것을 특징으로 하는,
    드릴 비트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 전방 버튼은 3개의 그룹을 이루며,
    제 n 그룹은 n개(n=1,2,3)의 상기 전방 버튼을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    드릴 비트.
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