Шарошечное долото

 

ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, включа ющее конический корпус с пазгили п всей его высоте, дисковые шарошки с резцами, установленные в пазах корпуса подвижно на осях, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота, ка1ждая шарошка выполнена со сквозными пазами под углом 8 - 12 к ее оси вращения, причем ось каждой шарошки закреплена в корпусе с двух сторон, при этом передняя поверхность каждого резца выполнена под углом 40 - бО к плоскости, перпендикулярной плоскости резания, а задняя поверхность каждого резца выполнена под углом 15-25 к плоскости резания и угол между-передней и Зсщней поверхностями резца составляет 115-135.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1331 A (19) (11) 3158 E 21 В 10 08

f с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3546251/22-03 (22) 10.02.83 (46) 23.03.84. Вюл. Р 11 (72) Ш;Х.Топурия Г.К.Лобжанидзе, Р.Н.Тевэадэе и P.Ì.ПИрцхалава (71.) Грузинский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.В.И.Ленина (53) 622.24.051.55(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 456885, кл. Е 21 В 10/16, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 258197, кл. Е 21 В 10/26, 1962 (прототип). (54)(57) ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, включаищее конический корпус с пазами по всей его высоте, дисковые шарошкн с резцами„ установленные в пазах корпуса подвижно на осях, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы долота1 каждая шарошка выполнена со сквозными пазами под углом 8 — 12 к ее а оси вращения, причем ось каждой шарошки закреплена в корпусе с двух сторон, при этом передняя поверхность каждого резца выполнена под углом 40 — 600 к плоскости, перпен.дикулярной плоскости резания, а задняя поверхность каждого резца выполнена под углом 15 — 25 к плоскости резания и угол между. передней и задней поверхностями резца состав-,р

С ляет 115-135 .

1081331

Закрепление оси шарошкй.с двух ег сторон в..корпусе долота значительно повышает надежность фиксации шарса Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при бурени,1 сКважин.

Известно шарошечное долото, включающее корпус и шарошки с вооружением (17 . 5

Наиболее близким к изобретению является шарошечное долото, включающее конический корпус с пазами по всей его высоте, дисковые шарошки с резцами, установленные в пазах 10 корпуса подвижно на осях (2) .

Недостатками известного долота являются сравнительно малые сроки службы долота и сравнительно низкая производительность буровых работ °

Целью изобретения является повышение надежности работы долота.

Поставленная цель достигается тем, что в шарошечном долоте, включающем конический корпус с пазами по всей его высоте, дисковые шарошки с резцами, установленные в пазах корпуса подвижно на осях, каждая шарошка выполнена со сквозными пазами под углом 8. — 12 к ее .оси вращения, причем ось каждой шарошки закреплена в корпусе с двух сторон, при этом передняя поверхность каждого резца выполнена под углом 40 — 60 к плоскости, нерпенО дикулярной плоскости резания, а 30 задняя поверхность каждого резца выполнена под углом 15 — 25 к плос:;эсти резания и угол между передней и задней поверхностями составляет 115-135 35

На фиг. 1 представлен общий вид долота, разрез, на фиг. 2 — то же, вид в плане, на фиг. 3 - разрез по оси шарошки;, на фиг. 4 — шарошка, вид сбоку. 40

Шарошечное долото включает в себя корпус 1 в виде усеченного корпуса, имеющего центральный сквозной канал 2 для подачи охлаждающей жидкости и посадочную поверхность 3 для 45 соединения с буровой штангой. На наружной поверхности корпуса 1 образованы пазы 4, в которых размещены шарошки 5, каждая из которых снабже.— на подшипником 6 качения, посаженно го на ось 7, размещенную в канале 8, образованном в теле корпуса 1 перпендикулярно к его центральной ,оси. Каждый канал 8 образован в противоположных стенках 9 и 10 паза

4 и выполнен с выступом 11, в которой уперт конец оси 7, другой конец которой зафиксирован упорной шайбой 13. Это позволяет быстро демонтировать шарошки 5. Шарошки 5 размещены на корпусе 1 рядами, начиная б0 с его торца 13, имекицего меньший диаметр. При э ом шарошки 5 размецены в плане под, углом 120 Р один -к другому, а шарошки каждого последующего ряда установлены в плане со Я смещением относительно предыдущего ряда на 60 . Каждая шарошка 5 выполнена с резцами 14, установленными равномерно по ее периметру с наклоном сквозных пазов 15 между резцами или с наклоном резцов под углом ф = 8 — 12 относительно оси 16 вращения шарошки. Передний угол — -40 — 60, заданный угол 9 = 15 о

5, а угол заострения 6 = 115

135о

Долото работает следующим образом.

После сообщения долоту вращения от привода (не показан) его шарошки

5, закрепленные на торцовой части корпуса 1, начинают разрабатывать грунт, причем каждая шарошка 5 полуЧает двойное вращение эа счет вращения самого долота и эа счет того, что шарошка и режущей части имеет сквозные пазы, выполнеНные .под углом с = 8 — 12 к оси вращения шарошки.

О

Грунт, попадая в эти п зы, заставляет вращаться шарошку . Это увеличивает скорость бурения. При разработке грунта каждая шарошка 5, поварачиваясь относительно своей оси 7, одновременно и охлаждается, поскольку не контактируемая с грунтом сторона подвергается обработке охлаждающей жидкостью, подаваемой по каналу 2, тем самым увеличивается срок службы шарошек 5. Кроме того, BbIDoëíåíèå пазов под углом c(= 8

12 к оси вращения шарошки способо ствует увеличению долговечности работы шарошечного долота. указанные данные получены опытным путем и их результаты приведены в табл. 1.

При определении оптимальных углов наклона пазов к оси вращения о шарошки передний угол резца / = — 50, а задний угол Ь = 15 . Это минималь0 ный угол, при котором задняя поверхность резца не касается поверхности забоя. Износ резцов шарошки определяется по снижению механической скорости проходки по отношению к начальной скорости.

Таким образом, иэ табл. 1 видно, что,оптимальными углами являются углы 8 — 12 . При этих углах износ о шарошки при бурении на одинаковую глубину минимальный.

Расположение шарошек по всей длине корпуса 1 со смещением по высоте относительно одна другой, т.е. в шахматном порядке, позволяет равномерней распределить нагрузку на долото, что повышает его долговечность и позволяет увеличить скорост; бурения скважин, 1081331 глубина бурения, м

Осевая нагрузка на далото, т

Задний. уголрезания р, град

Передний угол ре= зания, град диаметр долота, шв,х min

90 (долото гпаишло в негодность) 15

295 142 -50

15

-50

295 142

295 142

-50,295 142 -50

15

15

-50

295 142

295 142

295 142

15

-50

32

-50

15

"50

295 142

18

-50

295 142 ки в корпусе по сравнению с ее консольным креплением. Это также увеличивает в целом срок службы долота.

Передний угол резцов g = - 40

60в. При углах, отличающихся от указанных, срок службы шарошек резко уменьшается. При углах меньших -40 происходит интенсивное выкрашивание режущей кромки и облом вершины резца, при углах больших -60О происходит быстрое истирание резца. Оптимальный угол заточки переднего угла определяют при минимальном заднем угле резца = 15 (табл. 2) и оптимальном угле .наклона пазов к оси вращения шарашки е6 = 10

Данные, полученные опытным путем, показывают, что при минимальном заданном угле 15О максимальный угол заострения может быть равен

135, при переднем оптимальном угле — 60 и минимальный угол заЮ острения может быть 115 при перед-. о нем угле у = -40 . Далее было определено какой может быть максимальный задний .угол, который бы не ,влиял на срок службы шарашки отрицательно с учетом того, что угол заострения при этом остается постоянным и равен минимально допустимому углуd = 115О (табл. 3). При данном условии можно получить достоверные данные.

Таким образом, допустимым задним углом может быть угол p = 15 — 25О .

Угол заострения 6 = 115 — 135

Результаты испытаний показывают, что оптимальный режим резания скального грунта осуществляется именно при соотношении указанных углов резания, причем долговечность службы шарашек по сравнению с из- .. вестными ориентировочно увеличива30 ется на 30%, а скорость бурения увеличивается на 40%.

Предлагаемая конструкция долота исключает неравномерный нагрев наборных шарашек, поскольку их вращение осуществляется равномерно на оптимальной скорости вокруг оси и обеспечивает равномерный износ режущей кромки резцов за счет установки последних под углом 8 . — 12О к оси шарашки, кроме того, обеспечивается охлаждение режущей кромки, находящейся в корпусе, а установка режущих шарашек на подшипниках обеспечивает их быстрый монтаж,и демонтаж, что увеличивает долговечность долота, а также повышает производительность буровых работ. Установка подшипников на ось, укрепленную с двух сторон, равномерное распределение шарашек по корпусу долота и оптимальные углы, под которыми заточены резцы шарашек, также позволяют повысить долговечность долота.

1081331

Задний угол резания град

Диаметр долота, Угол наклона пазов к осиК . град.

Осевая нагрузка на долото, т

Глубина буре: ния, м

Передний угол град.

Износ резцов шарошки, %

-75

10

-70

10

10

-60

10

-55

10

-50

10

-40

10

-35

10

-30

Передний угол. фю град.

Угол наклона пазов к оси шарошки

06, град

Глубина бурения, м

Осевая нагрузка на долото, т

Износ резцов, %

Угол заост-. рения

6, град

Задний угол,.

p„ град.

Диаметр долота, мм

msx min

10

15

30

-55

10

10

10 шах min

295 142 15

295 142 15

295 142 15

295 142 15

295 142 15

295 142 15

295 142 .15

295 142 15

295 142 15

295 142 15

295 142 115

295 142 115

295 142 115

295 142 115

295 142 115

295 142 - 115

6 8

Таблица 2

Таблица 3

-40 15

-45 20

-50 25

-60 35

-65 40 ов зз

Фиг.2

1081331

Составитель С. Денисова

Редактор В. Иванова Техред A.Áàáèíåö . . КорректорА. Тяско е

Эакаэ 1499/29 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11Д035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП:"Патент", r. Ужгород, .ул. Проектная, 4