БУРИЛЬНАЯ ШТАНГА КОНИЧЕСКАЯ
CONICAL BORING BAR

Предлагаемое изобретение относится к инструментам для ударного бурения шпуров и скважин малого диаметра.
Известны бурильные штанги постоянного или периодического поперечного сечения с промывочным каналом и концевыми участками, выполненными с возможностью соединения с бурильной машиной для нанесения удара и прижатия к забою и соединения с буровой коронкой.
Недостатком известных бурильных штанг является выполнение ими только одной функции: передачи энергии удара в виде волны деформаций к буровой коронке.
Прототипом является широко применяемая бурильная штанга постоянного поперечного сечения для бурения шпуров, например круглого, диаметром 32 мм, длиной 3 м, с промывочным каналом диаметром 9 мм, концы которой обработаны на конусы длиной около 80 мм, для соединения со шпинделем бурильной машины и с буровой коронкой. (Конусные короткие концы не порочат идею изобретения, так как они практически не влияют на волну деформаций.)
Технической задачей изобретения является повышение коэффициента использования энергии удара и, как следствие, повышение скорости бурения и, дополнительно, снижение массы штанги.
Поставленная техническая задача решается выполнением основного тела штанги в виде усеченного конуса, например по сравнению с прототипом: диаметр 32 мм на одном конце, диаметр 25 мм - на другом. Это - пример. Главным же принципом является плавное изменение (уменьшение, или увеличение) площади поперечного сечения штанги вдоль ее оси, например по закону прямого, или обратного конуса, образующей гиперболы и прочих функций. При этом в зависимости от технологии изготовления штанги плавное изменение площади поперечного сечения может достигаться путем изменения ее наружного диаметра, или внутренного диаметра канала, или и того, и другого.
Основное тело штанги, выполненное как выше указано, придает ей, кроме функции передачи энергии удара, дополнительно вторую функцию: преобразование параметров волны деформаций в сторону оптимальных.
Действует новая функция следующим образом. Пусть волна деформаций перемещается от большей площади поперечного сечения к меньшей. В этом случае физическая скорость сечений (не волны, а охваченных волной) деформации и, соответственно, напряжения - увеличиваются, а сила сжатия между сечениями - уменьшается. (Первые три параметра - согласно диаметру, а четвертый - квадрату диаметра.) Уменьшение величины этой силы согласуется с малой силой сопротивления внедрению лезвий буровой коронки в начальный период, а это, как известно, уменьшает парараметры отраженной волны растяжения и, соответственно, ее энергию. Дальнейший подход к забою волны деформаций встречает уже увеличенную силу сопротивления внедрению, более соответствующую силе в волне, и происходит меньше отражений ее от забоя. Эти физические обстоятельства повышают коэффициент использования энергии удара и, соответственно, скорость бурения.
Из известных исследований, которые могут послужить пояснению вышеизложенного, предлагаю: канд. диссертацию автора «Исследование волновых ударных импульсов с целью повышения эффективности работы вращательно-ударных бурильных машин», Фрунзе, 1969, статью Малышева А.П. «Волновые процессы в коническом стержне», ж. Изв. Вузов, «Машиностроение», №12, 1968.