Зубок шарошечного долота



Зубок шарошечного долота

 


Владельцы патента RU 2633847:

Производственно-торговое общество с ограниченной ответственностью "АГРОСТРОЙ" (BY)

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, а именно к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в снижении концентрации контактных давлений на концах хвостовика, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка и увеличении коэффициента использования твердого сплава. Зубок шарошечного долота состоит из цилиндрического хвостовика с коническо-сферической выемкой со стороны плоского торца и сферической или коническо-сферической породоразрушающей выпуклой части с другого конца. Выемка имеет максимальный диаметр конической части на торце зубка d=(0,60-0,75)D, глубину выемки h=d(hц/D)0.5, угол конуса α=10°-14°, радиус вогнутой сферы r=(0,42-0,48)d, где D – наружный диаметр цилиндрического хвостовика зубка, hц – высота цилиндрической части хвостовика. 2 ил.

 

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, в частности к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Зубок состоит из цилиндрического хвостовика с выемкой со стороны гнезда шарошки, неподвижно соединенного с телом шарошки, и выступающей породоразрушающей сферической или коническо-сферической части, соосной с хвостовиком.

Известны твердосплавные зубки для буровых шарошечных долот, содержащих цилиндрический хвостовик и сферическую или коническо-сферическую породоразрушающую часть [1, 2]. Недостатком такого зубка является то, что при запрессовке его в цилиндрическое гнездо тела шарошки происходит смятие - срезание посадочной поверхности гнезда, что на 10-15% уменьшает расчетный натяг в соединении и, следовательно, уменьшает усилие закрепления зубка.

Другим недостатком является возникновение концентрации контактного давления по концам цилиндрического хвостовика, достигающее величины 140-150% от их средней расчетной величины [4]. При бурении в условиях ударно-вибрационного поля эти напряжения могут достигать предела пластичности материала гнезд шарошки и приводить к потере зубков в забое или сколу твердого сплава зубка. Кроме этого коэффициент полезного использования твердого сплава составляет лишь 15-30% его полного объема.

Известны также зубки с выемкой в хвостовике со стороны плоского торца ([3] – прототип). Недостатком прототипа является отсутствие характеристики параметров выемки в зависимости от параметров хвостовика.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является определение оптимальных параметров выемки хвостовика, обеспечивающее снижение концентрации контактного давления на концах хвостовика за счет его податливости, уменьшение смятия - среза поверхности гнезда при запрессовке зубка и повышение коэффициента использования твердого сплава.

Поставленная задача решается тем, что коническо-сферическая выемка имеет наибольший диаметр d=(0,60-0,75)D, угол конуса α=10-14°, радиус вогнутого донышка выемки r=(0,42-0,48)d и общую глубину выемки h=d(hц/D)0,5. Конструкция зубка представлена на фиг. 1. Он состоит из цилиндрического хвостовика 1, выемки в хвостовике 2 и породоразрушающей сферической или коническо-сферической части 3.

Здесь Н - полная высота зубка; hц - высота цилиндрического хвостовика; D - наружный диаметр хвостовика; R - радиус сферы породоразрушающей части; h - общая высота пустотелой выемки; d - максимальный диаметр выемки на торце зубка; r - радиус сферы вогнутого донышка выемки; α - угол конуса выемки.

Для выявления пределов оптимальных значений параметров выемки выполнено исследование контактных давлений на посадочных поверхностях зубка и гнезда в диапозоне диаметров выемки d от 0 (сплошной зубок) до 0,9 D и глубины лунки h от 0 до 1,0 hц Параллельно определялся коэффициент использования при бурении материала зубка, который вычисляется как отношение объема породоразрушающей сферической части к полному объему материала зубка.

Исследование контактных давлений на поверхности сопряжения хвостовика с гнездом выполнено по формулам Ламе [5, 6] для толстостенных труб. В нашем случае зубок рассматривается как охватываемая деталь, а тело шарошки как охватывающая. Для составления расчетной схемы наружного диаметра охватывающей детали (шарошки) построена в масштабе развертка наружной поверхности тела шарошки со всем множеством гнезд, откуда установлено, что толщина стенки между соседними гнездами составляет в среднем 0,5D, следовательно, расчетный диаметр охватывающей детали составляет d0=D+2(0,5D)=2D.

Исследование выполнялось на зубках семейства Г 2613×12…Г 2613×19 по ТУ 48-4205 - 88 - 2009 [1] в шарошках долота 250,8 ОК - ПГВ и 244,5 ОК-ПГВ.

Если обозначить относительную тонкостенность охватываемой детали - зубка через α1=d/D и охватывающей детали α2=D/d0=D/2D=0,5, то формула Ламе [5] для расчета контактного давления в сопряжении запишется так

P=Δ/D⋅E2/[(C11)×E2/E1+(C22)]

Где

Δ - расчетный диаметральный натяг в сопряжении зубка с гнездом;

d, D и d0 - диаметр выемки, наружный диаметр зубка и наружный диаметр охватывающей детали тела шарошки соответственно;

E1 и E2 - модуль упругости материала зубка и тела шарошки соответственно, E1=6⋅105 МПа, E2=2⋅105 МПа;

μ1 и μ2 - коэффициент Пуассона зубка и тела шарошки, μ12=0,3.

Результаты расчета контактных давлений на поверхности сопряжения зубка с гнездом при различных соотношениях d/D и предельном минимальном и максимальном расчетных натягах представлено на фиг. 2, где графики 1 и 2 - изменение контактного давления при минимальном расчетном натяге Δ=58 мкм и максимальном -108 мкм соответственно.

На этих графиках четко выделяются две зоны интенсивности изменения давления в зависимости от отношения d/D: при d/D<0,6 уменьшение несущественно и составляет около 2% на каждую одну десятую долю роста отношения d/D; при d/D>0,75 уменьшение резко возрастает и составляет до 20% на каждую одну десятую долю роста отношения d/D; При отношении d/D≥0,8 это уменьшение давления вследствие объемной податливости хвостовика зубка падает ниже 50% от расчетного и не может обеспечить прочность удержания зубка в гнезде при бурении. С учетом этого предельным наибольшим значением d/D следует принять его величину d/D<0,75. При этом снижение давления составит около 30% от уровня сплошного без выемки зубка и ликвидирует концентрацию напряжений на концах хвостовика, присущую сплошному зубку и достигающую в них значений 140-150% от среднего значения [4].

Коэффициент использования материала зубка представлен на фиг. 2 графиками 3 и 4 для зубков различной высоты Г 2613×12(высота 12 мм) и Г 2613×19 (высота 19 мм) соответственно, где прослеживаются две зоны интенсивности роста этого параметра: при 0<d/D<0,6 рост составляет один процентный пункт на каждую десятую долю роста отношения d/D, а в диапазоне d/D=0,6…0,9 прирост составляет пять процентных пунктов на каждую десятую долю роста отношения d/D.

Из этого следует, что существенное повышение коэффициента использования Ки материала зубка обеспечивается при d/D≥0,6.

Обобщая оптимизацию критерия снижения контактных давлений и коэффициента использования материала по данному изобретению, принимается 0,60≤d/D≤0,75.

Исходя из технологичности прессования заготовки зубка угол конуса выемки составляет 10°-14°, полная глубина выемки h=d(hц/D)0'5 и

r=(0,42-0,48)d.

Источники информации

1. 3убки твердосплавные шлифованные для шарошек буровых долот. ТУ 48-4205-88-2009, «ОАО Кировоградский 3ТС», 2009 г.

2. Патент РФ №2166609 C2, 7 E21В 10/52, бюл. №27, 2000; №13, 2001.

3. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. Учебное пособие для вузов. -, М.: Наука, 1967 г. стр 167.

4. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1976 г.

5. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие, т. 2. - М.: Машиностроение, 1988 г.

Зубок шарошечного долота, состоящий из цилиндрического хвостовика с коническо-сферической выемкой со стороны плоского торца и сферической или коническо-сферической породоразрушающей выпуклой части с другого конца, отличающийся тем, что выемка имеет максимальный диаметр конической части на торце зубка d=(0,60-0,75)D, глубину выемки h=d(hц/D)0.5, угол конуса α=10°-14°, радиус вогнутой сферы r=(0,42-0,48)d,

где D – наружный диаметр цилиндрического хвостовика зубка;

hц – высота цилиндрической части хвостовика;

d – максимальный диаметр конической части выемки на торце зубка;

h – полная глубина выемки;

α – угол конуса выемки;

r – радиус вогнутой сферы выемки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, в частности к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в равномерном распределении контактных давлений вдоль всего хвостовика зубка, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при производстве буровых долот, предназначенных для строительства скважин. .

Изобретение относится к области буровой техники и используется при строительстве скважин в глубоком и сверхглубоком бурении, а также на горнорудных карьерах при бурении взрывных скважин с продувкой забоя воздухом.

Изобретение относится к области буровой техники и используется при строительстве скважин в глубоком и сверхглубоком бурении, а также на горнорудных карьерах при бурении взрывных скважин с продувкой забоя воздухом.

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, имеющих твердосплавное вооружение шарошек. .

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровому шарошечному долоту. .

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровому долоту. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту и может быть использовано для армирования буровых шарошечных долот. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к твердосплавным вставкам, применяемым для армирования буровых долот. .

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечно-дисковых долот, предназначенных для бурения взрывных скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, в частности к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в равномерном распределении контактных давлений вдоль всего хвостовика зубка, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к шарошечным долотам для реактивно-турбинного бурения. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

Группа изобретений относится к гибридным буровым долотам. Технический результат заключается в обеспечении работы с уменьшенным трекингом и повышенной эффективностью бурения.

Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин по мягким и средней твердости породам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ) шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения способом РТБ.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота.

Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота и способа крепления вставок в отверстиях корпуса.

Изобретение относится к способу бурения скважин и может быть использовано в горном деле для бурения скважин с некруглым поперечным сечением, преимущественно при ведении буровзрывных работ на карьерах для дробления горной породы.
Наверх