Результат интеллектуальной деятельности: ЧЕТЫРЕХСТУПЕНЧАТЫЙ ТРЕХЛЕЗВИЙНЫЙ БУРОВОЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ

Настоящее изобретение относится к горному делу, а конкретнее к резцам, предназначенным для бурения шпуров в массивах горных пород.

Из существующего уровня техники известен резец для вращательного бурения шпуров [1, с.58, рис.3.22, резец РП-7], который представляет собой двухперый резец, включающий в себя две ступени: ступень резанья и замковая ступень. На первой ступени расположены симметрично твердосплавные пластины относительно оси резца. Вторая ступень выполнена в виде клинового участка с отверстием для закрепления резца на штанге.

Недостатком такого резца является невозможность его применения при бурении трещиноватых пород, когда лезвия резца могут попадать в продольные трещины породы и заклиниваться в них. Такое заклинивание может приводить к прекращению процесса бурения и к поломке лезвий резца.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является трехперый резец для бурения шпуров (Патент РФ на полезную модель №53702 от 22.12.2005 года), который включает в себя три ступени: ступень резанья, ступень экскавации и замковая ступень. На первой ступени расположены три твердосплавные пластины, устанавливаемые друг относительно друга на одинаковом расстоянии по окружности. На второй ступени лезвия твердосплавных пластин, подрезающие стенки шпура, формируют реборды трехзаходного шнека с шагом, который составляет не менее трех длин корпуса резца. Рабочие лезвия пластин выполняются в плане в виде клиньев, направленных остриями в сторону вращения резца.

Недостатками данного технического решения является цилиндричность шнека корпуса. Такая форма приводит к трению корпуса резца о стенки шпура. Вследствие чего изнашивается корпус резца и уменьшается его ресурс. А также отсутствует ступень, обеспечивающая установку и снятие резца со штанги.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение недостатков, повышение работоспособности и создание конструкции резца, способного производить бурение шпуров в массивах горных пород.

Поставленная задача решается за счет того, что заявляемый четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров, включающий в себя ступень резанья, ступень экскавации отбуренной породы, замковую ступень для крепления на буровой штанге, отличающийся тем, что он оснащен дополнительно зажимной ступенью, расположенной между ступенью экскавации и замковой ступенью, обеспечивающей силовое соединение резца со штангой, причем высоты каждой из четырех ступеней вдоль геометрической оси вращения резца выполнены в соотношениях 2/10:3/10:2/10:3/10 от общей высоты резца с допуском на каждую ступень ±0,5/10. На ступени резанья расположены твердосплавные пластины, имеющие форму семигранника, две из граней которого выполнены взаимно перпендикулярными и служат для закрепления их посредством припоя на конгруэнтном теле резца, две фронтальные грани, образующие между собой тупой угол, предназначены для прямого контакта с буримой горной породой, а три оставшихся грани образуют с двумя фронтальными режущие кромки с различными углами резанья. Реборда шнека ступени экскавации отбуренной породы выполнена по высоте с изменяющимся шагом и с уменьшающимся радиусом от ступени резанья к зажимной ступени. Зажимная ступень, предназначенная для крепления на буровой штанге, выполнена с шестью попарно-параллельными плоскими гранями, расстояния между которыми задано в соответствии со стандартными размерами под ключ. Замковая ступень выполнена в виде резьбового соединения с внутренним цилиндрическим отверстием.

Ребро, образованное одной фронтальной гранью и гранью, служащей для закрепления твердосплавной пластины, может быть выполнено в виде площадки.

Ступень экскавации может быть выполнена с промывочными отверстиями в углублениях шнека непосредственно под твердосплавными пластинами.

Зажимная ступень может быть выполнена с разными размерами между попарно параллельными гранями, что позволяет использовать различные стандартные ключи для силового соединения резца со штангой.

Внутреннее отверстие резца, расположенное в замковой ступени, может быть выполнено по параболическому или коническому закону с уменьшением диаметра к зажимной ступени, что обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является создание конструкции с улучшенной работоспособностью и повышенной стойкостью инструмента, а также с возможностью быстрой замены.

Конструкция поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг.1 - Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров.

На фиг.2 - Семигранная твердосплавная пластина.

На фиг.3 - Ступень экскавации.

На фиг.4 - Сечение зажимной ступени с исполнением под один ключ.

На фиг.5 - Сечение зажимной ступени с исполнением под два ключа.

На фиг.6 - Сечение зажимной ступени с исполнением под три ключа.

На фиг.7 - Замковая ступень с внутренним цилиндрическим промывочным отверстием.

На фиг.8 - Замковая ступень с внутренним параболическим промывочным отверстием.

На фиг.9 - Замковая ступень с внутренним коническим промывочным отверстием.

Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров изготавливается следующим образом.

Резец состоит из четырех ступеней: ступени резанья, ступени экскавации, зажимной ступени и замковой ступени (фиг.1). Ступени по длине выполнены в соотношении: h₁:h₂:h₃:h₄=2/10:3/10:2/10:3/10, причем допуск для каждой ступени составляет ±0,5/10.

На первой ступени, ступени резанья, установлены друг относительно друга на одинаковом расстоянии по окружности три семигранные твердосплавные пластины 1. Семигранная пластина двумя взаимно перпендикулярными гранями 4 и 5 закрепляется посредством припоя на конгруэнтном теле резца (фиг.2). Фронтальные грани 6 и 7 образуют между собой тупой угол. Они предназначены для прямого контакта с буримой горной породой. Грани 8, 9, 10 с двумя фронтальными 6 и 7 образуют режущие кромки с различными углами резанья. Ребро 11, образованное одной фронтальной гранью 7 и гранью 4, служащей для закрепления твердосплавной пластины, может быть выполнено в виде площадки.

На второй ступени, ступени экскавации, твердосплавных пластины 1 формируют реборды 3 трехзаходного шнека. Реборда шнека выполняется по высоте с изменяющийся шагом t и с уменьшающимся радиусом r от ступени резанья к зажимной ступени, а также с переменным углом α подъема винтовой линии (фиг.3). Промывочные отверстия 2 в углублениях шнека могут быть выполнены непосредственно под припаянными твердосплавными пластинами 1.

Третья ступень, зажимная ступень, предназначенная для крепления резца на буровой штанге, выполнена с шестью попарно-параллельными плоскими гранями таким образом, что расстояние между параллельными гранями изменяются в соответствии со стандартными размерами под ключ. Возможно три различных исполнения. С одним размером под ключ s₁, когда расстояния между попарно параллельными гранями равные (фиг.4). С двумя размерами s₁ и s₂, когда расстояния между двумя парами параллельных граней равные (фиг.5). И тремя s₁, s₂ и s₃, когда все расстояния между попарно параллельными гранями разные (фиг.6).

Четвертая ступень, замковая ступень, выполнена в виде резьбового соединения 12 и внутреннего цилиндрического отверстия 13 (7). Для равномерного распределения нагрузки на витках резьбы внутреннее отверстие 14 может быть выполнено переменного радиуса по параболическому закону с уменьшением диаметра к зажимной ступени (фиг.8). Для упрощения изготовления возможно коническое исполнение отверстия 15 (фиг.9).

Резец работает следующим образом. Замковой ступенью резец соединяется со штангой с помощью резьбы. Резцу задается вращение и одновременно осевое движение на забой. Ступень резанья срезает горную породу тремя твердосплавными пластинами на забое, двигаясь остриями клиньев пластин в плане в сторону вращения. Чтобы разрушенный материал не мешал резцу двигаться дальше в сторону вращения, он перемещается по шнеку, расположенному на ступени. Коническая форма шнека предотвращает трение корпуса о шпур, что уменьшает износ резца. Зажимная ступень - шестигранная, с переменным размером позволяет снять резец при необходимости обычным гаечным ключом, причем размеры подходящих ключей могут быть разными.

Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров может быть использован для бурения шпуров в массивах горных пород для крепления кровли угольных шахт.

Источники информации

1. Крапивин М.Г. Горные инструменты. Изд. «Недра», Москва, 1979, с.263.

2. Алимов О.Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины Изд. «Машиностроение», Москва, 1976, с.295.