БУРОВОЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ

Полезная модель относится к области горного дела, а более конкретно к буровым инструментам для вращательного бурения шпуров с зубцами пластинчатого типа, предназначенных для бурения шпуров в угольных шахтах под установку сталеполимерных анкеров крепления кровли и шпуров в массивах горных пород.
Известен трехперный резец для бурения шпуров (см. патент РФ 53702 МПК E21B 3/00 от 22.12.2005 года, опубл. 27.05.2006), который включает корпус и три твердосплавные пластины, устанавливаемые относительно друг друга на одинаковом расстоянии по окружности, при этом лезвия твердосплавных пластин формируют на корпусе резца реборды трехзаходного шнека, а рабочие лезвия пластин выполняются в плане в виде клиньев, направленных остриями в сторону вращения резца.
Недостатком этого технического решения является повышенный износ корпуса резца за счет трения его цилиндрической поверхности о стенки шпура и, как следствие, уменьшение ресурса работы такого резца.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту аналогом (прототипом) является четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров (см. RU №2558097 МПК E21B 10/42 от 12.03.2014 года, опубл. 27.07. 2015), включающий в себя четыре ступени, высоты которых вдоль геометрической оси вращения резца выполнены в соотношениях 2/10:3/10:2/10:3/10 от общей высоты резца, твердосплавные пластины выполненные по форме семигранника, две взаимно перпендикулярные грани которых служат для закрепления их посредством припоя на конгруэнтных поверхностях резца, две фронтальных грани, образующие между собой тупой угол, предназначены для прямого контакта с буримой породой, а три оставшиеся образуют с двумя фронтальными режущие кромки с различными углами резания, реборда шнека ступени экскавации выполнена по высоте с изменяющимся шагом и с уменьшающимся радиусом от ступени резания к зажимной ступени, замковая ступень выполнена в виде резьбового соединения с внутренним отверстием.
Недостатками известного технического решения являются: сильно ослабленное перо резца в ступени экскавации за счет сформированного шнека, что приводит нередко к его излому и выходу из эксплуатации; отсутствующий задний угол корпуса резца, что приводит к повышенному износу и нагреву корпуса резца; все три твердосплавные пластины имеют одинаковую семигранную форму, вследствие чего появляется возможность заштыбовывания средней части головки резца за счет резания породы по одному диаметру, что приводит к снижению скорости резания; отсутствие на замковой части охватывающего исполнения хвостовой части резца снижает его эксплуатационные возможности.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание бурового резца для вращательного бурения шпуров, у которого указанные выше недостатки устранены, а именно: усилено поперечное сечение перьев, организован оптимальный задний угол корпуса резца, разнесены режущие вершины твердосплавных вставок и увеличена ширина одной из вставок, предусмотрено охватывающее исполнение хвостовой части резца.
Данные задачи решаются согласно полезной модели, по которой в буровом резце для вращательного бурения шпуров, содержащим корпус, включающий в себя ступень резания с тремя твердосплавными пластинами, закрепленными посредством припоя по конгруэнтным поверхностям резца относительно друг друга на одинаковом расстоянии по окружности, зажимную и замковую ступени, ступень резания выполнена с задним углом, в виде трех перьев, сформированных тремя V-образными пазами, равноудаленными по окружности ступени резания, при этом все три пера снабжены промывочными отверстиями, соединяющими внутреннюю полость и полость экскавации отбуренной породы ступени резания, и армированными твердосплавными многогранными вставками, при этом одна из твердосплавных многогранных вставок выполнена со смещенной к наружной поверхности ступени резания вершиной точки врезания в горную породу и увеличенной по сравнению с двумя другими шириной, и плавно переходит в зажимную ступень, при этом зажимная ступень выполнена цилиндрической и снабжена плоскопараллельными гранями, замковая ступень выполнена в виде резьбового соединения охватываемого или охватывающего типа, при этом задний угол ступени резания выполнен равным 10 градусам, буровой резец для вращательного бурения шпуров выполнен из термообработанной литой или штампованной заготовки, зажимная ступень снабжена как минимум двумя плоскопараллельными гранями со стандартным размером под ключ, резьбовое соединение замковой ступени охватываемого или охватывающего типа выполнено с метрической или круглой резьбой.
Сущность полезной модели состоит в том, что выполнение ступени резания с задним углом значительно облегчает режим резания и вынос отбуренной массы породы, а также уменьшает разогрев резца за счет снижения трения при бурении, а выполнение ее в виде трех перьев, сформированными тремя V-образными пазами, равноудаленными по окружности ступени резания, обеспечивает свободное удаление горной массы из зоны бурения при повышенной прочности собственно перьев за счет формирования их пирамидальной формы V-образными пазами как единое целое с цилиндрической зажимной ступенью. Все три пера армированы твердосплавными многогранными вставками, при этом выполнение одной из твердосплавных многогранных вставок со смещенной к наружной поверхности ступени резания вершиной точки врезания в горную породу позволяет увеличить скорость резания за счет врезания резца в горную породу по двум диаметрам, что ведет к более легкому скалыванию горного массива и, как следствие, к облегчению бурения шпуров. Выполнение и увеличенной по сравнению с двумя другими шириной позволяет увеличить скорость бурения и уменьшить оставшуюся часть штыбы между перьями. Выполнение замковой ступени в виде резьбового соединения охватываемого или охватывающего типа расширяет эксплуатационные возможности (упрощение ремонта, использование штанг с любым исполнением хвостовика) резца.
Заявителю не известна конструкция бурового резца для вращательного бурения шпуров, которому присущи существенные признаки в независимом пункте формулы полезной модели, что подтверждает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлен общий вид, на Фиг. 2 - вид А фиг. 1, на Фиг. 3 - исполнения замковой ступени.
Буровой резец для вращательного бурения шпуров содержит корпус 1, включающий в себя ступень резания 2 с тремя твердосплавными многогранными вставками 3, зажимную 4 и замковую 5 ступени. Ступень резания 2 выполнена с задним углом 6 в виде трех перьев 7, сформированными тремя V-образными пазами 8, равноудаленными по окружности 9 ступени резания, все три пера 7 снабжены промывочными отверстиями 10, соединяющими внутреннюю полость 11 и полость экскавации 12 отбуренной породы. Одна из твердосплавных многогранных вставок 3 выполнена со смещенной к наружной поверхности ступени резания вершиной 13 на размер R, в отличие от двух других, вершины 14 которых смещены на меньший размер r. Зажимная ступень 4 выполнена цилиндрической и снабжена плоскопараллельными гранями 15, замковая ступень 5 может быть выполнена в виде резьбового соединения охватываемого 16 или охватывающего 17 типа с различными типами резьб.
Буровой резец для вращательного бурения шпуров работает следующим образом. Резец закрепляется на штанге посредством замковой ступени 5 с соответствующей резьбой, штанга приводится во вращение с обеспечением осевой подачи от приводного механизма, установленного на месте бурения. Производится бурение шпура, при этом резец врезается в породу вершинами 13 и 14 по радиусам R и r, разрушение образующегося штыба происходит вставками с вершиной 14 до зоны D, а с вершиной 13 до зоны d.
Изготовлен и испытан опытный образец, подтверждающий заложенные характеристики.
Технический результат при использовании полезной модели - повышен ресурс работы бурового резца для вращательного бурения шпуров за счет усиления поперечного сечения перьев резца и организации оптимального заднего угла корпуса резца, повышена скорость резания за счет разнесения режущих вершин твердосплавных вставок, облегчено удаление штыба за счет увеличения ширины одной из твердосплавных вставок, повышены эксплуатационные возможности (упрощение ремонта, использование штанг с любым исполнением хвостовика) за счет охватываемого или охватывающего исполнения хвостовой части резца и различными типами резьб.