Буровая коронка с промывочными каналами на приварном клине

Полезная модель относится к горному делу, а именно к буровым коронкам со сменными пластинами-резцами, предназначенным для проходки геологоразведочных скважин на месторождениях твердых полезных ископаемых и воды в породах различной крепости, в том числе и перемежающихся по твердости.
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 коронки является возможность переустановки резцов на новые неизношенные кромки посредством расклинивания и последующего заклинивания, что повышает ресурс отработки коронки. Но большим достоинством данной коронки является то, что возникающие силы резания компенсируются в узле крепления резцов не только силами трения, но и ответными реакциями корпуса коронки, благодаря наличию у резцов опор по направлению действия сил резания. Однако наличие на корончатом кольце множества пазов уменьшает жесткость корпуса коронки, что снижает надежность крепления резцов.
Известна буровая коронка с прямоугольными пазами под пластины-резцы, глухие стенки которых образованы Г-образными полосами, и со скважино- и кернообразующими резцами в виде плоских четырехугольных пластин, установленными под отрицательным передним углом в плане к боковой внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательным передним углом к торцевой поверхности забоя скважины и прижатыми спереди к противоположной стенке паза посредством клина [2].
Достоинством коронки является совмещение промывочного канала и паза под клин, что уменьшает количество радиальных пазов, и вследствие чего повышается жесткость корпуса коронки и надежность крепления резцов. Кроме того, технологическая простота позволяет изготавливать эти коронки в условиях обычных мастерских.
Однако недостатком этого соединения является наличие круговых проточек по внешнему и внутреннему диаметру корпуса коронки под Г-образные пластины. Кроме того, пазы под пластины-резцы выполнены сквозными, что уменьшает жесткость корпуса коронки. Все это вызывает снижение прочности корпуса коронки, его повышенную деформируемость, следовательно, и снижение надежности крепления резцов в таком пазу. Указанная коронка выбрана в качестве прототипа.
Задачей полезной модели является повышение надежности механического крепления пластин-резцов путем повышения жесткости корпуса коронки. Поставленная задача решается тем, что в буровой коронке с клиновым зажимом резцов, содержащей корпус с секторами, разделенными друг от друга промывочными каналами, и установленные в прямоугольные пазы скважино- и кернообразующие пластины-резцы с отрицательным передним углом к торцевой поверхности забоя скважины и отрицательным передним углом в плане к боковой внутренней и внешней поверхностям резания и зажимные клинья, установленные в пазы впереди пластин-резцов, отличающейся тем, что пазы под пластины-резцы выполнены с глухой боковой стенкой, причем их высота меньше, чем высота пазов под клиньями, 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.
При этом, как и у прототипа, скосы клина и стенок паза обеспечивают самоторможение, как в конусе Морзе, а для повышения равномерности усилия зажима резцов в двугранной угловой зоне по контуру глухого паза параллельно пластинам-резцам выполнены вертикальный и горизонтальный разгрузочные пропилы. Функцию стопоров клиньев выполняет приварка клиньев к корпусу коронки.
Особенностью коронки в отличие от прототипа является отсутствие Г-образных пластин и круговых проточек по внешнему и внутреннему диаметру корпуса коронки и приварка клина только с внешней стороны с заполнением сварочным швом зазора между верхним основанием клина и горизонтальной стенкой паза в корпусе коронки. Благодаря этому жесткость корпуса коронки, следовательно, надежность крепления резцов клиньями повышается. При этом следует заметить, что приварка с внешней стороны коронки делает технологичной не только сварку, но и последующий процесс подрезки сварочного шва для перестановки или замены пластин-резцов. После подрезки не требуется дополнительной механической обработки, так как после заклинивания пластины-резца в новом положении или нового резца пропил снова заваривается. В дальнейшем процесс повторяется до определенной степени износа пластин-резцов или корпуса коронки.
Таким образом, сочетание этих особенностей со всеми достоинствами прототипа дает предлагаемой коронке следующие преимущества над прототипом:
- повышение жесткости корпуса коронки;
- уменьшение технологических операций при изготовлении коронки;
- повышение надежности крепления пластин-резцов.
Комплексный анализ отличительных признаков коронки показывает, что они обладают новизной, а их совместное действие обеспечивает решение поставленных задач и достижение вышеуказанных технических результатов. Сущность предлагаемой полезной модели раскрывается нижеприведенными чертежами. На фиг. 1 изображен вид на кольцевую коронку спереди; на фиг. 2 - вид на фиг. 1 снизу.
Коронка состоит из корпуса 1, корончатого кольца 2, керно- и скважинообразующих резцов 3 и 4, установленных в прямоугольные глухие пазы, соответственно, 5 и 6, и прижимных клиньев 7 и 8, установленных в пазы 9 и 10, стенки которых для удержания клина в положении зажима скошены под углы самоторможения, например, конуса Морзе, равным углам скоса прижимных клиньев. Для увеличения надежности заклинивания и повышения жесткости корпуса коронки торец клиньев снаружи приваривается к корпусу коронки, заполняя промежуток между клином и дном паза (сварной шов 11). После этого на клиньях и на корпусе коронки изготавливаются наружные и внутренние промывочные каналы 12 и 13, а для повышения равномерности усилия зажима резцов в угловой зоне по контуру глухого паза со стороны промежуточной стенки выполнены горизонтальный 14 и вертикальный 15 разгрузочные пропилы.
В корончатом кольце прямоугольные пазы наклонены навстречу вращению коронки, благодаря чему резцы передней кромкой внедряются в породу. При этом пластины-резцы в плане ориентированы навстречу к внутренней и внешней цилиндрическим поверхностям резания под определенным углом (на фиг. 2 этот угол принят 15 градусов). Для повышения передачи усилия зажима резцам передние стенки пазов у основания ослаблены горизонтальными и вертикальными пропилами 14 и 15, выполненными параллельно кромкам пластин-резцов. Благодаря этому усилие зажима клиньев полностью и более равномерно передается пластинам-резцам.
Кольцевая буровая коронка работает следующим образом.
При вращении, передаваемом от става бурового станка (не показан), коронка при соприкосновении с забоем скважины разрушает его за счет того, что резцы 3 и 4 установлены с отрицательными передними углами к забою и поверхностям керна и стенки скважины. 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 заточки изношенных, сварной шов клиньев подрезают любым механическим или ручным электрическим угловым резаком и специальной выколоткой выбивают клин и вынимают пластину-резец из паза. Затем после установки пластин-резцов на новые режущие кромки и их зажима клинья снова приваривают к корпусу коронки. Таким образом, благодаря осуществлению клином функции зажима пластин-резцов и образования промывочного канала для выноса бурового шлама и изготовлению пазов под клинья с боковыми опорными стенками, появилась возможность уменьшить количество сквозных радиальных пазов и изготовить коронки без кольцевых каналов, значительно повысилась жесткость корпуса коронки и уменьшилась доля механической обработки корпуса коронки. Приварка клиньев к корпусу коронки также способствует повышению жесткости коронки, а пропил сварного шва служит также для установки выколотки для удаления клина.
Источники информации
1. Патент РФ №2574091, Е21В 10/48. Буровая коронка с клиновым зажимом резцов / С.А. Ермаков, Л.Н. Федоров; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Ин-т горн. дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. - №2014145402; заявл. 11.11.2014; опубл.. 10.02.2016. БИ №4.
2. 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.