СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ АЛМАЗНОЙ БУРОВОЙ КОРОНКИ
TESTING METHOD OF DIAMOND DRILL BIT

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения.
Уровень техники
Известен способ испытания алмазной кольцевой коронки [1], в котором с целью определения скорости бурения камня, оценки глубины проходки на одну коронку и удельного расхода алмазов в зависимости от качества материала матрицы (связки) буровую коронку испытывают непосредственно на производственной установке. Недостатком технического решения является значительная трудоемкость и длительность испытаний, а также значительный расход алмазного сырья и материалов матрицы.
Наиболее близким аналогом изобретения является способ испытания алмазного инструмента, описанный в патенте РФ [2] (RU 2386117, 10.04.2010 г.), суть которого заключается в том, что на режущей кромке алмазной поверхности отрезного круга формируют сегментные срезы различной величины, расположенные по мере возрастания по ходу вращения круга через ровные поверхности режущей кромки. При этом заданные величины распила определяют по времени прекращения колебаний, обусловленных соответствующими сегментными срезами, на основании которого определяют скорость распиловки камня при помощи испытуемого алмазного инструмента с той или иной металлической связкой. Данный способ позволяет оперативно определять с высокой точностью скорость распиловки породы камня алмазным отрезным кругом и получать достоверную информацию о пригодности связки алмазного инструмента для распиловки конкретной породы камня.
Однако известный способ не пригоден для проведения испытаний алмазных кольцевых коронок колонкового бурения, состоящих из корпуса и алмазосодержащей матрицы (связки), разделенных промывочными канавками на режущие сектора. В алмазных отрезных кругах режущие алмазные поверхности (кромки) вращаются вокруг оси, параллельной к плоскости поверхности обрабатываемого камня (направление углубления в камне при распиле параллельно к оси вращения режущих кромок), что позволяет формировать на режущей поверхности отрезного круга сегментные срезы различной величины, необходимые для реализации известного способа испытания, тогда как в алмазных кольцевых коронках режущие поверхности секторов вращаются вокруг оси, перпендикулярной к плоскости поверхности обрабатываемого камня (направление углубления в камне перпендикулярно к оси вращения режущих кромок), что исключает формирование сегментных срезов, необходимых для реализации известного способа.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является оперативное определение скорости бурения горной породы алмазной буровой коронкой в зависимости от металлической матрицы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы.
Существенные признаки, характеризующие изобретение
Ограничительные: определение достижения заданной величины износа по изменению спектра колебаний, обусловленных прекращением контакта на контртеле (алмазном круге).
Отличительные: на корпусе буровой коронки сформированы одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки.
Технический результат достигается тем, что в способе испытания буровой коронки, включающем бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами, определение скорости бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определение пригодности матрицы алмазного инструмента на корпусе буровой коронки, сформированы одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. При этом достижение при испытании заданных величин бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте парой режущих секторов поверхности обрабатываемой породы, на основании которого определяют скорость бурения при помощи алмазной коронки с той или иной металлической матрицей.
Для увеличения эффективности разрушения горной породы при испытании буровых коронок большого диаметра, имеющих большое количество режущих алмазосодержащих секторов, на корпусе таких буровых коронок формируют одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 120° и 90° друг к другу в зависимости от количества режущих секторов.
Известно, что частотный анализ (спектр) механических колебаний (вибраций) машин и вращающихся механизмов обеспечивает обнаружение ряда выраженных частотных составляющих периодического характера, непосредственно связанных с основными движениями отдельных узлов и деталей исследуемой машины или механизма. При возникновении даже незначительных микроскопических дефектов в узлах и деталях машин или механизмов спектр колебаний претерпевает изменения: появляются колебания с многими составляющими на разных частотах, обусловленные появлением этих дефектов, что позволяет по изменению спектра колебаний выявить и локализовать отдельные дефекты-источники механических колебаний [3].
Краткое описание чертежей
На фиг. 1(а, б) приведен вид испытуемой алмазной буровой коронки в двух проекциях (а - вид сбоку и б - вид снизу). На фиг. 2 представлена схема испытания алмазной буровой коронки.
Осуществление изобретения
Способ осуществляется следующим образом. На корпусе 1 испытуемой алмазной буровой коронки формируют одинаковые пары режущих секторов 2, 3, 4, расположенные по окружности корпуса 1 коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов 2, 3 и 4 убывает по ходу вращения буровой коронки (фиг. 1 (а, б)). Поверхность и высоту каждой пары режущих секторов точно выравнивают путем обработки на плоскошлифовальном станке. Корпус 1 коронки устанавливают и жестко закрепляют на валу 5 буровой установки, обеспечивающей постоянную осевую нагрузку и постоянную скорость вращения буровой коронки (фиг. 2). Под испытуемой алмазной буровой коронкой закрепляют на державке плоской поверхностью образец породы 6 (фиг. 2), для бурения которой испытывается рецептура металлической матрицы. Бурение породы камня производят с охлаждающей жидкостью. Колебания (вибрации) державки с обрабатываемой породой и их спектр регистрируют соответственно при помощи вибродатчика 7 и спектрометра 8. Алмазную коронку, вращающуюся с постоянной скоростью и контролируемой постоянной осевой нагрузкой Р, плавно приводят в непосредственный контакт с плоской ровной поверхностью породы, при этом с поверхностью обрабатываемой породы вступает в контакт первая пара 2 режущих секторов.
Суть способа заключается в том, что при достижении глубины бурения коронки в породе, равной высоте следующей пары 3 режущих секторов, спектр колебаний вращающейся коронки претерпевает изменения: появляются колебания со многими составляющими на разных частотах, обусловленными контактом режущей поверхности данной пары секторов с обрабатываемой поверхностью породы. Таким образом, по изменению спектра колебаний определяют (фиксируется) достижение той или иной определенной глубины бурения. Отношение глубины бурения к времени достижения этой глубины дает скорость бурения алмазной коронки. При этом измерение глубины бурения в породе или определение износа породы взвешиванием исключаются, а определение скорости бурения алмазной коронкой существенно ускоряется, так как оценку качества инструмента получают непосредственно во время испытания, не прекращая процесс бурения. Затем по изменению спектра колебаний, вызванному режущей парой 4 секторов следующей меньшей высоты, определяют время достижения следующей глубины бурения, через которые определяют следующую скорость бурения и так далее. При этом по резкому снижению скорости бурения определяют момент «засаливания» или прижога матрицы алмазного инструмента, если матрица коронки не пригодна для данной горной породы. Точность определения скорости бурения коронки повышается за счет исключения таких операций, как взвешивание или измерение глубины бурения в горной породе. Время определения скорости бурения существенно сокращается также за счет исключения операций взвешивания, перед чем необходимо промыть и просушить образец породы, или замера глубины бурения, для чего требуется необходимость очистки от частиц шлама и грязи.
Таким образом, предлагаемый способ испытания обеспечивает определение пригодности металлической матрицы алмазной кольцевой коронки для бурения той или иной горной породы оперативно в момент испытания и позволяет определить с высокой точностью скорость бурения породы за короткий промежуток времени.
Использованные источники
[1] - Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении // Под редакцией В.Н. Бакуля - Киев, Наукова думка, 1978 г., с. 86-91.
[2] - Патент РФ №2386117 от 10.04.2010 г. «Способ испытания алмазного камнерезного инструмента» // Герасимов А.И., кл. G01N 3/58.
[3] - Измерение и анализ механических колебаний, см. сайт: ftp://homelab.homelinux.com/pub/physics/Bryul3.pdf.