Буровая штанга

 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к буровому инструменту для перфораторного бурения шпуров. Сущность изобретения заключается в том, что буровая штанга включает в себя втулку, выполненную из упругоэластичного материала и зафиксированную стальной обоймой с образованием демпфера, часть которого выступает в сторону хвостовика, при этом внутренняя поверхность обоймы выполнена рельефной, а объем полости, образованный фаской обоймы, равен объему выступающей за обойму части демпфера. Изобретение позволяет повысить надежность крепления буртика на штанге и срок службы штанги. 3 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к буровому инструменту для перфораторного бурения шпуров, и может быть использовано в горнорудной, угледобывающей, горно-машиностроительной промышленности и строительстве.

Известна буровая штанга с буртиком, который получают в процессе горячей высадки хвостовика с нагрева до 1100^oС (патент Великобритании 951405, МКИ В 04 с).

Данная конструкция штанги имеет множество недостатков. Высокотемпературный нагрев неизбежно ведет к росту зерна стали, обезуглероживанию поверхностного слоя, окалинообразованию, повышению шероховатости, образованию переходной структурной зоны пониженной твердости между холодным и нагретым участками; в результате проявления этих факторов усталостная прочность буровой стали и долговечность буровой штанги резко снижаются; отрицательное влияние структурных и технологических факторов усиливается конструктивной концентрацией напряжений, возникающей из-за изменения сечения (сужения, расширения) канала в зоне высадки буртика и по его галтелям.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является буровая штанга, включающая стержень, хвостовик и расположенную между ними проточку, в которой установлен с натягом стальной буртик, состоящий из втулки с выступом и фиксирующей ее обоймы с полостью, образованной фаской, обращенной к хвостовику (авт.свид. 1079819 МКИ Е 21 В 17/00).

Применение стального сборного буртика вместо горячевычаженного исключает высокотемпературные нагрев и деформацию металла и, следовательно, возникновение дефектов конструктивного, технологического и структурного характера.

Однако данное конструктивное решение имеет ряд недостатков. Металлическая конструкция буртика не обеспечивает его надежного крепления, так как при бурении в условиях ударно-циклического нагружения (с частотой 2000...3000 ударов в минуту поршнем перфоратора) и вибрации контактирующие поверхности штанги и буртика повреждаются в результате микросмещений, которые вызывают износ, а при воздействии промывочной жидкости фреттинг-коррозию металла. При жестком соударении с гранбуксой перфоратора поврежденный буртик достаточно легко смещается под действием усилия подачи на стержень штанги, при этом втулка подвергается смятию, а хвостовик удлиняется, что нарушает нормальный режим работы перфоратора вплоть до полной его остановки.

Единым техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности крепления буртика на штанге и срока службы штанги.

Единый технический результат достигается тем, что на буровой штанге, включающей в себя стержень, хвостовик и расположенную между ними проточку с установленным на ней буртиком, состоящим из втулки с выступом и обоймы с фаской, втулка выполнена из упругоэластичного материала и зафиксирована в проточке стальной обоймой с образованием демпфера, часть которого выступает в сторону хвостовика, при этом внутренняя поверхность обоймы выполнена рельефной, а объем полости, образованный фаской, равен объему выступающей за обойму части демпфера.

Предлагаемая конструкция буртика обеспечивает надежное крепление его на проточке штанги, так как в процессе бурения упругоэластичная втулка гасит действующую на буртик вибрацию, а демпфер снижает скорость соударения буртика с перфоратором, что повышает сопротивление сдвигу буртика с проточки и рассоединению втулки и обоймы; погашение вибрации исключает взаимные микросмещения посадочных поверхностей элементов буртика и проточки и связанные с ними износ, фреттинг-коррозию, что снижает вероятность зарождения усталостных трещин и, следовательно, повышает срок службы штанги в целом.

Предлагаемая конструкция штанги поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид буровой штанги, включающей в себя стержень, хвостовик и расположенную между ними проточку, с установленной на ней буртиком, на фиг.2 показано положение штанги в гранбуксе перфоратора при прижатии ее к забою, на фиг.3 - положение штанги при отдаче перфоратора.

Штанга включает в себя хвостовик 1, стержень 2, проточку 3, на которой установлен буртик, состоящий из упругоэластичной втулки 4 с демпфером 5 и охватывающей втулку обоймы 6 с фаской 7 и рельефной поверхностью 8; фаска 7 образует полость 9, объем которой равен объему выступающей за обойму части демпфера. Наружный диаметр втулки равен номинальному внутреннему диаметру обоймы, а внутренний составляет 0,6...0,8 диаметра проточки, что обеспечивает создание сжимающих усилий в зоне контакта с проточкой и по поверхности контакта с обоймой и в сочетании с сопротивлением сдвигу, создаваемым галтелями проточки, надежное крепление буртика.

Монтаж буртика на штангу производится при помощи специального приспособления напрессовкой со стороны хвостовика.

При эксплуатации штанга хвостовиком 1 устанавливается в гранбуксу перфоратора 10. При настройке перфоратора для бурения под действием усилия прижатия подающего механизма штанга прижимается к забою, при этом демпфер 5 упруго сжимается, заполняет полость 9, и буртик обоймой 6 упирается в гранбуксу 10 (фиг.2). При бурении по хвостовику штанги 1 поршнем перфоратора 11 наносятся удары, энергия которых передается на забой, при этом перфоратор периодически отскакивает от буртика и набегает на него, совершая колебательные движения. При отскоке перфоратора между буртиком и гранбуксой образуется зазор и демпфер 5 восстанавливается до исходного размера, занимая положение, показанное на фиг.3. При движении на забой гранбукса 10 сталкивается с демпфером 5, который упруго деформируется и гасит скорость соударения перфоратора с обоймой 6, что обеспечивает снижение уровня сдвиговых нагрузок, ответственных за смещение буртика с проточки. Одновременно возникающая в штанге вследствие ударно-циклического нагружения вибрация гасится упругоэластичной втулкой 4 и не передается на обойму 6. Снижение уровня вибрации и сдвиговых усилий обеспечивает надежное крепление буртика в проточке, исключает износ и фреттинг-коррозию, что повышает усталостную прочность стали.

Предложенная конструкция штанги по сравнению с прототипом повышает надежность крепления буртика, срок службы штанги и производительность бурения.

Формула изобретения

Буровая штанга, включающая в себя стержень, хвостовик и расположенную между ними проточку с установленным на ней буртиком, состоящим из втулки с выступом и обоймы с фаской, отличающаяся тем, что втулка выполнена из упругоэластичного материала и зафиксирована стальной обоймой с образованием демпфера, часть которого выступает в сторону хвостовика, при этом внутренняя поверхность обоймы выполнена рельефной, а объем полости, образованный фаской, равен объему выступающей за обойму части демпфера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3