ПАЗОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ БУРОВЫХ КОРОНОК
CROWN BIT GROOVED JOINT

Изобретение относится к машиностроительной и горной промышленности, в частности к пазовым соединениям с натягом, и может быть использовано при креплении пластинчатых резцов к корпусу буровых коронок.
Известно соединение твердосплавных резцов к корпусу твердосплавных буровых коронок пайкой при температуре 950-970°С [1]. Достоинством соединения резцов пайкой является возможность крепления резцов к корпусу кольцевой коронки с минимальной шириной. При этом в самозатачивающихся коронках резцы могут быть использованы почти на 100%. Однако существенным недостатком соединения пайкой является наличие температурных напряжений в зоне пайки, которые вызывают преждевременный выход из строя резцов буровых коронок.
Известно соединение твердосплавных вставок в корпуса шарошечных и ударных долот запрессовкой в цилиндрические гнезда [2]. Благодаря механическому креплению этих вставок термические напряжения во вставках отсутствуют. Механические напряжения в твердосплавных вставках от их запрессовки в стальные корпуса долот незначительны, ввиду высокого модуля упругости твердого сплава по сравнению со сталью. Однако существенным недостатком прессового соединения в породоразрушающих инструментах является то, что оно приемлемо только для цилиндрических вставок, работающих в условиях осевого давления или удара. В условиях значительных тангенциальных сил резания и узкого кольцевого забоя прессовое соединение малоприменимо из-за невозможности обеспечения надежной работы соединения.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является разъемное соединение «ласточкин хвост» [3]. Соединение кроме стержневых деталей с шипом и гнездом под шип содержит охватывающую одну из деталей втулку, которая фиксирует шип от перемещения вдоль боковых поверхностей гнезда. Положительной особенностью этого соединения являются возможность крепления деталей различного размера, надежность, возможность получения жесткой фиксации соединяемых деталей, благодаря образованию закрытого паза, и отсутствие высокотемпературного нагрева, вызывающего дополнительные внутренние напряжения. Однако область применения такого соединения только стержневые тела вращения, что ограничивает его применение в технике, например, в креплении резцов в буровых коронках.
Таким образом, может быть поставлена задача значительного уменьшения внутренних напряжений в буровых резцах кольцевых коронок путем применения механического способа соединения деталей с использованием элементов разъемного соединения типа «ласточкин хвост» в механическом креплении резцов в буровой коронке. При решении этой задачи достигается определенный технический результат, выражающийся в повышении проходки на буровую коронку или нагрузки на коронку с целью бурения более крепких пород.
Поставленная задача решается тем, что в пазовом соединении одна из соединяемых деталей с шипом выполнена в виде пластинчатого резца с хвостовиком, подобным шипу под «ласточкин хвост», а другая соединяемая деталь выполнена в виде корпуса кольцевой буровой коронки с радиальными промывочными пазами и выполненными по его наружному и внутреннему диаметрам встречными кольцевыми выемками со скосом, отвечающим скосу хвостовика, и имеет контакт с задней стороной хвостовика резцов, а втулка выполнена в виде охватывающего кольца как деталь, ответная хвостовику резцов, и установлена в кольцевой паз по наружному диаметру корпуса коронки и взаимодействует с наружной боковой стороной и не более ½ частью передней стороны хвостовика резцов, при этом само соединение дополнительно включает внутреннее кольцо, которое установлено во внутренний паз корпуса коронки и выполнено взаимодействующим с внутренней боковой стороной и не более ½ частью передней стороны хвостовика резцов.
Дальнейшие возможные варианты осуществления следуют из зависимых пунктов 2-3 формулы изобретения.
В соответствии с п.2 изобретения, в сборном специальном пазовом соединении на боковых сторонах хвостовика резцов выполнены встречные прямоугольные пазы, при этом выемки по внешнему и внутреннему диаметру корпуса коронки выполнены соответствующими контурам пазов хвостовика резцов, а охватывающее и внутреннее кольца выполнены прямоугольными с возможностью установки в пазах хвостовика резцов и соотвествующие выемкм корпуса коронки.
В соответствии с п.3 изобретения, пазовое соединение для бурения крепких и трещиноватых пород, вызывающих большие динамические нагрузки на резцы, выполнено с повышенной надежностью путем жесткого фиксирования охватывающего и внутреннего колец к корпусу коронки, а в зоне промывочного паза -друг к другу, например, точечной сваркой (электрозаклепка), пайкой, винтами или заклепками.
Продавливание охватывающего и внутреннего колец в радиальные пазы корпуса коронки вызывает натяг по внешней и внутренней стороне хвостовика резцов, а выдавливание материала охватывающего и внутреннего кольца приводит к прижатию хвостовика резцов к стенке паза корпуса коронки. Таким образом, обеспечивается надежное жесткое крепление резцов к коронке.
Предлагаемое пазовое соединение, несмотря на многоэлементность, технологично при изготовлении и сборке и обладает высокой точностью. Требуемая прочность соединения может быть обеспечена применением высокопрочных и износостойких материалов, особенно для охватывающего и внутреннего кольца. Высокоамплитудное циклическое тепловое и механическое действие на резец в узлах крепления во время бурения не вызовет его разрушения, к тому же исключена пайка. Продавливание охватывающего и внутреннего колец в радиальный паз корпуса коронки не только фиксирует резцы, но и образует сообщение между внутренними и внешними промывочными каналами. Оригинальная конструкция соединения позволяет применять его для крепления резцов в буровых коронках и отказаться от пайки, вызывающей внутренние напряжения в резцах и их преждевременный выход из строя. В силу вышесказанного считаем, что наше предложение обладает новизной и изобретательским уровнем.
Предлагаемое соединение резцов к коронке имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- новые конструктивные элементы и их связь придают известному пазовому соединению новое качество, а именно возможность его применения в креплении резцов к корпусу буровой кольцевой коронки;
- в данном случае соединение удачно решает двойную задачу: крепление резцов без наведения термонапряжений и формирование промывочного канала в буровой коронке;
- детали крепления получают при сборке соединения дополнительные напряжения сжатия и натяжения, ведущие к увеличению жесткости крепления резцов к коронке.
Суть изобретения иллюстрируется на примере кольцевой буровой коронки фиг.1…3. На фиг.1 изображен общий вид пазового соединения резцов к корпусу буровой коронки; на фиг.2 - разрез фиг.1 по А-А; на фиг.3 - фрагмент соединения в разрезе.
Соединение состоит из соединяемых деталей корпуса коронки 1 и пластинчатых резцов 2 с хвостовиком 3, охватывающего кольца 4, внутреннего кольца 5. Впадины 6, образованные охватывающим и внутренним кольцом, сообщаются с промывочными каналами 7 и радиальными пазами 8 (фиг.1, 2).
Хвостовик резцов обработан под «ласточкин хвост» или может иметь прямоугольные пазы на боковых сторонах. Для размещения охватывающего и внутреннего кольца на корпусе коронки по его внешнему и внутреннему диаметру выполнены встречные углубления (прямоугольные или трапециевидные пазы), контуры которых совпадают с контуром хвостовика резцов. Особенностью предлагаемого соединения является размещение части охватывающего и внутреннего кольца по центру радиальных пазов 8 с прижатием хвостовика резцов к набегающей стороне радиального паза корпуса коронки (фиг.3.) и, как следствие, образование сообщения между внутренними и внешними промывочными каналами. Для ограничения движения пластинчатых резцов в продольном направлении хвостовик контактирует верхними и нижними заплечиками своих пазов с охватывающим и внутренним кольцом, при этом торец хвостовика резцов взаимодействует с дном радиального паза корпуса коронки.
Благодаря этому осевое усилие от корпуса коронки передается через торец хвостовика резцам, а момент вращения от набегающей стороны радиального паза корпуса коронки - непосредственно тыльной стороне хвостовика резцов. При этом хвостовик резцов жестко зажат охватывающим и внутренним кольцами, которые по внешнему и внутреннему диаметру имеют натяг, а их участки, размещенные в радиальном пазе, прижимают хвостовик резцов к корпусу коронки. Жесткость соединения можно варьировать применением более прочных материалов различной прочности в зависимости от крепости буримых пород. Таким образом, можно сделать заключение, что предлагаемое соединение достаточно работоспособно и может применяться в различных горно-геологических условиях бурения.
Источники, принятые во внимание
1. Бурение разведочных скважин. Учеб. для вузов [Текст] /Н.В. Соловьев, В.В. Кривошеев, Д.Н. Башкатов и др./ Под общ. ред. Н.В. Соловьева. - М.: Высш. шк., 2007. - 904 с.: ил.
2. Крылов, К.А. Повышение долговечности и эффективности буровых долот [Текст] /К.А. Крылов, О.А. Стрельцова. - Москва: Недра, 1983. - 208 с.
3. А.с.1196553 СССР, F 16 В 2/14. Разъемное соединение типа «ласточкин хвост» [Текст] / А.И. Сырцев (СССР). - №4745981/03; заявл. 03.10.89; опубл. 07.12.1985, Бюл. №45. - 2 с.: ил.