RU2186193C2 - Rotation bit - Google Patents

Abstract

FIELD: rock-cutting tools, particularly, drilling bits of cutting type. SUBSTANCE: rotation bit consists of body with stepped blades with hard-faces cutting members. Each cutting member is displaced relative to plane running through bit radius for value α_i, which is determined by definite calculation formula. EFFECT: higher efficiency of rock cutting due to rational rotation of bit cutting structure. 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым лопастным долотам. The invention relates to a rock cutting tool, namely to drill paddle bits.

Известно лопастное долото, содержащее корпус и приваренные к нему ступенчатые лопасти, армированные износостойкими элементами (а.с. 1532680, кл. Е 21 В 10/42, 1987). It is known a blade bit containing a housing and step blades welded to it, reinforced with wear-resistant elements (AS 1532680, class E 21 B 10/42, 1987).

Недостатком известного долота является радиальное расположение вооружения, что приводит к нерациональному распределению интенсивности нагрузки вдоль радиуса долота и неравномерному износу вооружения. Это, в свою очередь, повышает динамичность и моментоемкость работы долота, снижает механическую скорость и стойкость долота. A disadvantage of the known bit is the radial arrangement of weapons, which leads to an irrational distribution of the load intensity along the radius of the bit and uneven wear of the weapon. This, in turn, increases the dynamism and torque of the bit, reduces the mechanical speed and durability of the bit.

Известно также долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами (а.с. СССР 323535, кл. Е 21 В 10/42, 1972 г.). A bit for rotary drilling is also known, consisting of a body with stepped blades reinforced with cutting elements (AS USSR 323535, class E 21 B 10/42, 1972).

Недостатком этого долота является следующее. Режущие элементы известного долота хаотично расположены на лопастях долота, что приводит к нерациональному распределению удельных нагрузок на режущие элементы, центральная часть при этом испытывает весьма интенсивную реакцию со стороны забоя и тем самым снижает величину углубления долота за один оборот, а также повышает динамичность и моментоемкость процесса бурения. Последнее повышает вероятность поломки твердосплавных резцов и снижает стойкость долота. The disadvantage of this bit is the following. The cutting elements of the known bit are randomly located on the blades of the bit, which leads to an irrational distribution of specific loads on the cutting elements, the central part undergoes a very intense reaction from the bottom side and thereby reduces the magnitude of the deepening of the bit per revolution, and also increases the dynamics and moment intensity of the process drilling. The latter increases the likelihood of failure of carbide cutters and reduces the durability of the bit.

Задача изобретения - повышение эффективности разрушения горных пород за счет рационального распределения удельных контактных нагрузок на режущие элементы и повышение износостойкости долота. The objective of the invention is to increase the efficiency of destruction of rocks due to the rational distribution of specific contact loads on the cutting elements and increase the wear resistance of the bit.

Поставленная задача решается за счет того, что в долоте для вращательного бурения, состоящем из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами, каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота на величину α_i, определяемую соотношением:

где Q_i - величина реакции породы на внедрение режущего элемента, т;
Q_i - в нашем случае для всех режущих элементов постоянна;
S - контактная площадь вооружения долота, м²;
G - осевая нагрузка на долото, т;
l - радиус режущего элемента, м;
R_i - расстояние от центра долота до центра i-го режущего элемента, м;
φ_i - угол наклона оси i-го режущего элемента к оси долота, рад.The problem is solved due to the fact that in the bit for rotary drilling, consisting of a housing with stepped blades reinforced with cutting elements, each cutting element is offset relative to the plane passing through the radius of the bit by the value α _i , determined by the ratio:

where Q _i - the magnitude of the reaction of the rock to the introduction of the cutting element, t;
Q _i - in our case, for all cutting elements is constant;
S is the contact area of the armament of the bit, m ² ;
G - axial load on the bit, t;
l is the radius of the cutting element, m;
R _i is the distance from the center of the bit to the center of the i-th cutting element, m;
φ _i - the angle of inclination of the axis of the i-th cutting element to the axis of the bit, rad.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено долото со стороны рабочего торца; а на фиг.2 - его сечение по А-А. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows the bit from the side of the working end; and figure 2 is a section along aa.

Долото состоит из корпуса 1, на котором монолитно выполнены лопасти 2, армированные режущими элементами 3. Режущие элементы смещены на каждой лопасти относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на угол α_i, который определяется вышеуказанным соотношением.The bit consists of a housing 1, on which the blades 2 are reinforced, reinforced by the cutting elements 3. The cutting elements are displaced on each blade relative to the plane passing through the radius of the bit by an angle α _i , which is determined by the above ratio.

Работа долота осуществляется следующим образом. The work of the bit is as follows.

Долото вращают и создают на него осевую нагрузку. Режущие элементы 3 располагаются по всей рабочей поверхности долота согласно вышеуказанному соотношению. Это вызывает более рациональное распределение удельных контактных нагрузок по радиусу долота. Если перед передней гранью радиально расположенной лопасти порода разрушается в виде одновременных сколов, то в предложенном долоте процесс разрушения распределяется на отдельные акты по длине режущей части. The bit is rotated and creates an axial load on it. The cutting elements 3 are located along the entire working surface of the bit according to the above ratio. This causes a more rational distribution of specific contact loads along the radius of the bit. If the rock is destroyed in the form of simultaneous chips in front of the front face of the radially located blade, then in the proposed bit the fracture process is distributed into separate acts along the length of the cutting part.

Это обеспечивает более плавный характер вращения лопастного инструмента, что положительно сказывается на стойкости вооружения. Смещение режущих элементов друг относительно друга способствует появлению дополнительных поверхностей обнажения, что повышает эффективность ядра уплотнения и снижает удельные затраты энергии на разрушение горной породы. Особенно облегчаются условия работы удаленных от оси вращения периферийных режущих элементов, которые обычно подвержены значительному опережающему износу. This provides a smoother rotation of the blade tool, which positively affects the durability of weapons. The offset of the cutting elements relative to each other contributes to the emergence of additional exposure surfaces, which increases the efficiency of the core compaction and reduces the specific energy costs for the destruction of the rock. Particularly facilitated are the working conditions of the peripheral cutting elements remote from the axis of rotation, which are usually subject to significant anticipated wear.

Преимуществом заявляемого долота по сравнению с известным является снижение моментоемкости и динамичности процесса бурения, что обеспечивает повышение механической скорости бурения. The advantage of the inventive bit in comparison with the known is the reduction of the moment intensity and dynamics of the drilling process, which provides an increase in the mechanical drilling speed.

Claims (1)

Долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами, отличающееся тем, что каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на величину α_i, определяемую соотношением

где Q_i - величина реакции породы на внедрение режущего элемента, т;
Q_i - в нашем случае для всех режущих элементов постоянна;
S - контактная площадь вооружения долота, м²;
G - осевая нагрузка на долото, т;
l - радиус режущего элемента, м;
R_i - расстояние от центра долота до центра i-го режущего элемента, м;
φ_i - угол наклона оси i-го режущего элемента к оси долота, рад.A bit for rotary drilling, consisting of a body with stepped blades reinforced with cutting elements, characterized in that each cutting element is offset relative to the plane passing through the radius of the bit by α _i , determined by the ratio

where Q _i - the magnitude of the reaction of the rock to the introduction of the cutting element, t;
Q _i - in our case, for all cutting elements is constant;
S is the contact area of the armament of the bit, m ² ;
G - axial load on the bit, t;
l is the radius of the cutting element, m;
R _i is the distance from the center of the bit to the center of the i-th cutting element, m;
φ _i - the angle of inclination of the axis of the i-th cutting element to the axis of the bit, rad.

Images