Буровая коронка с вертикальным коническим штифтовым зажимом резцов

Полезная модель относится к горному делу, к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам со сменными пластинами-резцами, предназначенными для проходки геологоразведочных скважин на месторождениях нефти и газа с отбором керна, твердых полезных ископаемых и воды в породах различной крепости.
Известна буровая коронка со скважино- и кернообразующими пластинами-резцами, установленными с отрицательным передним углом к торцевой поверхности забоя скважины и отрицательным передним углом в плане к боковой внутренней и внешней поверхностям в глухие прямоугольные пазы, и зажимными клиньями, установленными за пластинами-резцами в клинообразные пазы [1].
Достоинством буровой коронки является возможность переустановки резцов на новые посредством расклинивание и последующего заклинивания, что повышает ресурс отработки буровой коронки. Наиболее главным достоинством данной буровой коронки является то, что возникающие силы резания компенсируются в узле крепления резцов не только силами трения, но и ответными реакциями корпуса буровой коронки, благодаря наличию у резцов опор по направлению действия сил резания. Однако наличие на корончатом кольце множества отдельных составных деталей в виде боковых опорных пластин и клиньев снижает надежность коронки из-за высоких механических напряжений, а применение сварного шва для усиления крепления создает лишние технологические операции при обслуживании.
Известна буровая коронка с клиновым зажимом резцов, в которой пазы под пластины-резцы выполнены с глухой боковой стенкой, причем их высота меньше, чем высота пазов под клинья, а усеченные зажимные клинья установлены в пазы выше уровня пластин-резцов и выполнены с промывочными каналами, при этом верхним основанием приварены к наружной стороне корпуса коронки, заполняя просвет между клином и дном паза [2].
Достоинством буровой коронки является повышение прочности корпуса коронки за счет уменьшения сквозных каналов на корончатом кольце и изготовления без кольцевых проточек на корпусе и, вследствие этого, надежности клинового крепления резцов. Кроме того, при данном креплении пластин-резцов в коронке появляется возможность переустановки резцов посредством расклинивания и последующего заклинивания, что повышает ресурс отработки коронки.
Недостатком данной буровой коронки является применение сварки для предотвращения расклинивания клина, в результате которой появляются сложности и лишние объемы работ при переустановке резцов в момент расклинивания и последующего заклинивания.
Задачами полезной модели являются повышение надежности механического крепления пластин-резцов в буровой коронке при минимальном количестве составных деталей крепления, уменьшение технологических операций при обслуживании.
Поставленная задача решается тем, что буровая коронка с вертикальным коническим штифтовым зажимом резцов, включающая корпус, корончатое кольцо и плстины-резцы, отличающийся тем, что в корончатом кольце выполнены радиально по вертикали ориентированные сквозные прямоугольные пазы под скважино- и кернообразующие пластины-резцы и ответные сквозные отверстия под конические штифты с боковым пропилом во внутреннюю или внешнюю поверхность резания, а конические штифты изготовлены совместно с корпусом коронки и расположены радиально с торцевой частью корпуса коронки. Корпус коронки с коническими штифтами и корончатое кольцо могут быть выполнены из высокопрочных металлов.
Особенностью буровой коронки в отличие от известных аналогов является выполнение зажимных конических штифтов с корпуса коронки по вертикали, в виде «зубьев», в котором конические штифты выступают одним цельным телом с корпусом коронки. При таком варианте буровой коронки обеспечивается двойное крепление: выступающие с корпуса коронки конические вертикальные штифты соединяют корпус коронки с корончатым кольцом, одновременно обеспечивая крепление пластин-резцов в корончатом кольце.
Таким образом, сочетание этих особенностей дает предлагаемой буровой коронке технический результат в виде следующих преимуществ над аналогами:
- простота сборки и разборки, уменьшение технологических операций при обслуживании коронки;
- повышение жесткости корпуса коронки;
- повышение надежности крепления пластин-резцов при минимальном количестве составных деталей крепления.
Комплексный анализ отличительных признаков коронки показывает, что они обладают новизной, а их совместное действие обеспечивает решение поставленных задач и достижение вышеуказанных технических результатов.
Суть предлагаемой полезной модели раскрывается ниже прилагаемыми чертежами. На фиг. 1 и 2 изображен вид спереди на кольцевую коронку в сборе; на фиг. 3 - вид на фиг. 1 и 2 снизу. На фиг. 4 представлен отдельно корпус коронки - вид спереди, а на фиг. 5 - вид снизу на фиг. 4. Также кольцевая часть коронки представлена отдельными чертежами на фиг. 6, 7 и 8, в которых представлены, соответственно, вид спереди, и виды снизу и сверху на фиг. 6. На фиг. 9 показаны векторы усилий зажима пластин-резцов, создаваемые коническим штифтом.
Буровая коронка состоит из корпуса 1, корончатого кольца 2, керно- и скважинообразующих резцов 3 и 4, установленных в прямоугольные пазы в корончатом кольце, соответственно 5 и 6, и прижимных конических штифтов, изготовленных совместно с корпусом коронки 7 и установленных в конические пазы в корончатом кольце 8. Для создания условия и равномерности усилия зажима резцов от вертикальных конических штифтов в пазах под клинья в корончатом кольце выполнены разгрузочные пропилы для скважинообразующих и кернообразующих резцов соответственно 9 и 10.
В корончатом кольце прямоугольные пазы имеют вертикальное расположение, при этом установленные в пазы пластины-резцы выступают к внутренней и внешней цилиндрическим поверхностям резания под прямым углом. Внедрение в горную породу пластин-резцов осуществляется благодаря заточке самих пластин и их установке передней поверхностью навстречу вращению коронки.
Кольцевая буровая коронка работает следующим образом. При вращении, передаваемом от става бурового станка (не показан), буровая коронка при соприкосновении с забоем скважины разрушает его за счет внедрения в породу острых углов пластин-резцов 3 и 4. В начальный момент бурения при острых режущих кромках резцов осуществляется бурение с наибольшей скоростью. Однако по мере изнашивания режущих кромок, увеличивается площадь контакта резцов с забоем и, соответственно, значительно падает скорость бурения. Поэтому для переустановки пластин-резцов на неизношенные кромки или замене изношенных, производится расклинивание корончатого кольца 2 от вертикальных клиньев с корпуса коронки 7 и вынимается пластина-резец из паза. Затем после установки пластин-резцов на новые режущие кромки или их полной замены на новые корончатое кольцо, обратно соединяют запрессовкой с корпусом коронки. При этом созданные в конических пазах 7 от вертикального конического штифта радиальные силы передаются промежуточной стенке, которая зажимает пластину-резец в соответствующем пазе (рис. 9).
Таким образом, благодаря осуществлению вертикальными штифтами с корпуса коронки функции зажима пластин-резцов. и одновременно соединения с корончатым кольцом появилась возможность уменьшить количество сквозных радиальных пазов, составных элементов крепления резцов, что повышает жесткость корпуса коронки. При данном механическом способе крепления пластин-резцов полностью исключается применение пайки и сварки, что способствует исключению внутренних напряжений влияющих на прочность резцов, а также дает возможность применять резцы из других труднопаяемых материалов. В свою очередь, за счет возможности изменения угла скоса конических штифтов появляется возможность управлять усилием зажима.
Источники информации
1. Патент РФ №2588524, Е21В 10/48. Буровая коронка с клиновым соединением резцов / Л.Н. Федоров, С.А. Ермаков; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Ин-т горн, дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. - №2014128065; заявл., 08.07.2014; опубл. 27.06.2016. БИ№18.
2. ПМ №172467 Российская Федерация, МПК Е21В 10/48 (2006.01) Буровая коронка с промывочным каналом на приварном клине / Федоров Л.Н.; заявитель и патентообладатель Федер. гос. бюдж. учреждение науки, Инс-т горн, дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. - №2016151096/03; заявл. 23.12.2016; опубл. 11.07.2017 Бюл. №20.