Резец для вращательного бурения шпуров

СОК)3 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИВЕСКИХРЕСПУБЛИК 38 19) . ( В 10 51) ТЕНИ ОБ ИСАН ПАТЕНТУ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТ 1 ОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(56) Авторское свидетельство СССР )Ф 1023059, кл, Е 21 В 10/10, 1980.Авторское свидетельство СССР М 717318, кл, Е 21 В 10/44, 1976,(54) РЕЗЕЦ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ(57) Использование: вращательное бурение шпуров, Сущность изобретения; резец содержит корпус, по крайней мере одну лопасть и узел создания дополнительной нагрузки. Узел создания дополнительной осевой нагрузки выполнен в виде размещенного в корпусе валка, установленного под острым углом а к направлению вращеИзобретение относится к горной промышленности, а именно к резцам для вращательного бурения шпуров.Целью изобретения является повышение производительности за счет создания дополнительного осевого усилия и повышения удельной нагрузки на режущую грань при бурении перемежающихся по твердости горных пород,Поставленная цель достигается тем, что в известном резце вместо двух лопастей, режущих по забою 1, на корпусе 2 выполнена одна лопасть 3 с режущей гранью 4, которая расположена только по одну сторону оси 5 вращения резца с однонаправленным удалением точек по линии резания от оси 5 вращения резца, а для стабилизации рабочего положения лопасти 3 и создания осевого усилия на боковой поверхности резца вместо винтовой канавки с режущими грания резца. Угол наклона а изменяется в пределах от 1 до 45 О. Валок армирован зубками, расположенными по винтовой линии. По высоте валка зубки каждого витка лежат на одной образующей, В плане валок смещен по окружности относительно передней грани лопасти в направлении вращения. На наружной поверхности валка по всей высоте выполнена винтовая канавка. Направление спирали канавки противоположно направлению вращения резца. На боковой поверхности корпуса резца выполнена выемка, в которой размещен валок. Валок наклонен под острым углом у к оси резца. Вершина острого угла у направлена в сторону лопасти и составляет от 1 до 40. 6 э.п, ф-лы, 5 ил,нями выполнена выемка 6, в которой размещен валок 7, установленный под острым углом а к направлению вращения и под острым углом у к оси 5 вращения резца, при этом вершина острого угла у направлена в сторону лопасти 3, а боковая поверхность 8 валка 7 выполнена в вид конуса, на которую нанесена винтовая канавка 9 с направлением оси 10 канавки, противоположном направлению 11 рабочего вращения резца. В плане валок смещен под углом /3 относительно лопасти в направлении 11 вращения резца,Между витками канавки 9 по винтовой линии валок армирован зубками 12, причем по высоте валка зубки 12 каждого витка лежат на одной образующеи 13,На боковой поверхности корпуса выполнена винтовая канавка 14, вход 15 которой расположен впереди основая 16лопасти 3 по направлению 11 вращения резца, э выход 17 на торце корпуса 2 с противоположной стороны от лопасти 3.Ось 18 спирали канавки 14 направлена в сторону вращения резца, например, для правого вращения резца - правое направление оси 18 спирали канавки, при этом ось 18 спирали канавки 14 пересекает выемку 6.Предельное значения углов а, 3 и у, 1. Расчет для оценки угла а,1;1, Максимально возможный шаг перемещения лопасти 3 резца в осевом направлении (подача на один оборот рабочего вращения резца) за счет угла а с учетом диаметра О шпура приближенно выразится формулойН шага резца" лО;цаДля различных а и О значения Н указаны в табл.1,1.2. Реальное осевое перемещение и ло. пасти 3 на один оборот рабочего вращения резца будет зависеть от крепости пород и удельного давления на режущую грань.1.3. Противоположно направлению буренин осевая составляющая смещения 5 внедренного в забой зубка 12 приближенно составитН+и3 смещенияй рядовгде И - количество рядов зубцов, расположенныхпо образующей 13 боковой поверхности 8 валка 7,1.4, Для неконической боковой поверхности 8 (по образующим 19,20) валка 7 приотношении- Фсопзт по высоте валка 7 кажйдый зубок 12 валка 7 эа период контакта сзабоем 21 может перемещаться как вдольоси 5 бурения, так и по касательной 22 кнаправлению 11 вращения резца на границе забоя 21.1,5, Для крайнего значения угла аи О - 150 мм при конусной боковой поверх. ности 8 валка471,2 -33 смещения зубкэ 40 рядов11,7 мм,где 471,2, - значение Н по табл.1;3- реальное осевое перемещение лопасти на один оборотрабочего вращения резца;40 - принятое количество рядов зубков,Ири достаточно малых значениях углаусмещение 3 зубка на 11,7 мм будет выполняться в контакте с породой 23 и значение а - 45 принимается как максимальнопредельное,1.6. Минимальное значение а - 1 выбрано с учетом возрастания составляющейполного смещения Я зубка вдоль касательной 22 к окружности на границе забоя 21.5 1,7. Окончательно выбраны пределы1 а 45.2, Для угла Р.2.1. От расположения валка под угломР относительно лопасти 3 резца зависит ди 10 аметр О шпура при бурении.Для углов Р менее 180, считая от наибольшего торца валка 7, лопасть 3 резцапри бурении смещается в сторону от оси 5вращения, а для Р более 300, считая отнаименьшего торца валка 7, лопасть 3 смещается к оси 5 вращения и резец "прихватывается",Окончательно принято: 180 (от большего торца валка) ф 300 (от меньшего тор 20 ца валка);При всех промежуточных значениях угла /3 будет выполняться условие созданиядополнительного осевого усилия при работерезца.3. Для угла у.3,1. От угла у зависит эффективностьсвязи валок - забой. При 7= 40, зубки 12валка 7, разрушая забой 21, слабо удерживаются на его поверхности, при этом неразвивается дополнительная осевая нагрузка на резец.При углахузубки 12 валка 7, быстроразрушая забой 21, ухудшают связь валокзабой и дополнительное осевое усилие неразвивается.Окончательно 1у 40.4, От выбора соотношения максимального радиуса щ вращения лопасти 3 кмаксимальному радиусу М вращения валка 7 возможны различные соотношенияО/О шпура,При отношении - -0,3 резец в рабочемМположении смещается к оси 5 вращения понаправлению валок-ось, а при отношениид -0,95 резец смещается в обратном направлении - в сторону от оси 5 шпура.П 150 Окончательно 0,30,95.На фиг.1 изображен резец в процессебурения с изображением проекции углаа на плоскость, проходящую через ось 5вращения резца; на фиг.2 - разрез А-А нафиг,1 с изображением угла Р, на фиг.3 -разрез по Б-Б на фиг.2 с изображениемпроекцииугла у на плоскость, проходящуючерез ось 5 вращения резца; на фиг,4- изображение резца с обратной стороны отно 18385705 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сительно фиг.1, на фиг,5 - узел на фиг,З, изображающий положение зубка и длинч смещения Я.Резец для вращательного бурения шнуров состоит иэ корпуса 2, у которого с одного торца выполнена режущая лопасть 3, а с другого торца выполнен конус 24 для соединения резца с буровой штангой, В корпусе выполнена выемка 6, в которой размещен валок 7, ориентированный относительно оси 5 вращения резца углами а и у, а в платане относительно лопасти 3 углом фВалок опирается на вал 25, установленный в корпусе 2 в посадочных местах 26,27, и закреплен винтом 28,На боковой поверхности валка 7 нанесена винтовая канавка 9, а между витками канавки 9 боковая поверхность 8 валка 7 армирована зубками 12, причем по высоте валка 7 зубки 12 каждого витка лежат на одной образующей 13. На боковой поверхности корпуса 2 выполнена винтовая канавка 14, вход 15 которой расположен впереди основания 16 лопасти 3 по направлению 11 вращения резца, а выход 17 на торце корпуса 2 с противоположной стороны от лопасти 3, причем канавка 14 пересекает выемку 6.Резец работает следующим образом.В предварительно эабуренный шпур 29 опускают закрепленный на буровой штанге резец и приводят его во вращение, при этом полностью смещенная относительно оси 5 вращения резца лопасть 3 своей режущей гранью 4 начинает разрушать забой 1, Из-за отсутствия с противоположной стороны от лопасти 3 вокруг оси 5 режущих элементов корпус 2 резца смещается, а валок 7, армированный зубками 12, прижимается к стенке шпура 29 и катится. Воспринимая на себя силу реакции, валок 7 способствует стабилизации положения лопасти 3, при этом сам участвует в двух направлениях вращения:- вращение смещенной оси 30 валка 7 в направлении 11 вращения резца;- вращение валка 7 вокруг собственной оси 30 впротивоположном направлении 31 относительно вращения резца,За счет зубков 12, внедренных в забой 21 шнура 29 и угла поворота а, возникает осевое усилие. направленное в сторону забоя 1. а забой 21 шпура в зоне контакта с боковой поверхностью валка от воздействия зубков разрушается, Диаметр шпура при этом увеличивается с б на высоте лопасти до 0 на высоте наибольшего торца конусной поверхности валка. Для равномерного разрушения забоя 21 зубками в слабых по прочности породах боковая поверхность 8 валка 7 выполнена в виде конуВса, а отношение - для любой точки забоя выбирается постоянным и зависит от угла и диаметра валка.При бурении прочных пород подбираются валки, имеющие выпуклую или вогнутую образующие 19,20 относительно оси 30В вращения валка 7, где отношение - переменно по всей высоте валка, что ведет при работе к появлению разности скоростей между зубками и забоем, при этом усиливается разрушающее действие зубков, Расположение зубков по линии образующей 13,19,20 на боковой поверхности 8 валка 7 способствует возникновению колебаний в поперечном направлении и более эффективному скалыванию породы режущей гранью 4 лопасти 3 в процессе резания,В рабочем положении резца продукты ра ряжения от лопасти 3 через винтовую канавку 14 попадают в выемку 6 между валком 7 и корпусом 2, которые, вращаясь в противоположные стороны 11 и 31, посредством винтовой канавки 9 валка 7 транспортируют продукты разряжения до выхода 17 винтовой канавки на корпусе со стороны торца корпуса 2 и удаляются через эту канавку за торец. Далее про,укты разряжениямогут удаляться, например, шнековой поверхностью на буровой штанге,Формула изобретения 1, Резец для вращательного бурения шпуров, содержащий корпус, по крайней мере одну лопасть и узел создания допол нительной осевой нагрузки на резец, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности бурения за счет создания дополнительного осевого усилия и повышения на режущую грань лопасти удельной нагрузки при бурении перемещающихся по твердости горных пород, узел создания дополнительноосевой нагрузки выполнен в виде размещенного в корпусе валка, установленного под острым углом а к направлению вращения, при этом угол наклона й изменяется в пределах от 1" до 45", при этом валок армирован зубками, располокенными по винтовой линии, причем по высоте валка зубки каждого витка лежаг на одной образующей.2. Резец поп 1,отличающийся тем, что в плане валок смещен по окружности относительно передней грани лопасти в направлении вращения, при этом угол смещения/ изменяется от 180 на верхнем тор 1838570це валка до 300 на нижнем торце валка, а на наружной поверхности валка по всей высоте выполнена винтовая канавка, причем направление спирали, образованной осью канавки, противоположно направлению рабочего вращения резца.3, Резец по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что на корпусе выполнена выемка, а валок размещен в выемке корпуса, при этом на боковой поверхности корпуса впереди основания лопасти выполнен вход винтовой канавки, а выход расположен на противоположном торце корпуса от лопасти, причем направление спирали оси канавки совпадает с направлением рабочего вращения резца,4. Резец по пп,1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что валок наклонен под острым углом у к оси резца, при этом вершина угла у направлена в сторону лопасти и составляет от 1 до 40,5. Резец по пп,1-4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что для бурения слабых по прочности пород валок выполнен по форме конуса, при этом диаметр валка увеличивается от торца, обращенного к режущей лопасти, а отношение радиуса, построенного от оси5 резца до любой точки на максимально удаленной от этой оси образующей боковой поверхности валка, к радиусу валка, построенному к той же точке образующей, по всей высоте валка постоянно.10 6.Резецпопп 1 - 4,отли чающийс я тем, что для бурения прочных пород боковая поверхность валка выполнена по- образующей с выпуклым или вогнутым положением относительно осивалка.15 7. Резец по пп. 1-6, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что отношение расстояния от оси вращения резца до максимально удаленной от оси точки на режущей грани лопасти к расстоянию от оси вращения резца до точки20 на максимально удаленной от оси резца образующей боковой поверхности валка со стороны наибольшего торца валка, составл яет 0,3-0,95,25. Кулакова Заказ 2913 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 2 2 Составитель А. ХроТехред М,Моргентал оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гаг