Тема для самостоятельного изучения

ВООРУЖЕНИЕ ДОЛОТ ДРОБЯЩЕ-СКАЛЫВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ И. КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ ПО НАЗНАЧЕНИЮ

Шарошечные долота имеют вооружение шарошек в виде зубча­тых или дисковых венцов. Элементы вооружения могут быть сталь­ными, выфрезерованными в теле шарошки, или твердосплавными, запрессованными в отверстия на венцовых поверхностях шарошек.

Стальное зубчатое вооружение венцов выполняют в виде притупленных клиньев (рис. 3, а) фрезерованием. Основные па­раметры вооружения: начальное притупление b, длина зубьев l (совпадает с шириной венца), начальная высота зубьев h_o, угол при вершине клина 2γ, шаг размещения зубьев в венце s.

Площадка bl является рабочей поверхностью притупленного клина.

Параметры зубьев зависят от размера и типа долота. Дли долот диаметром от 93 до 490 мм Ь изменяется от 1 до 2,8 мм, I — от 5 до 19 мм (на первых венцах первых шарошек I — от 10 до 48 мм), h_о — от 5 до 25 мм, 2-у— от 36 до 56° и шаг — от 10 до 80 мм.

Для повышения износостойкости зубья могут быть наплавлены твердым сплавом. Схема наплавки, разработанная во ВНИИБТ, показана на рис. 3, а. Высота наплавки одной из граней и внешнего торца зуба не менее 0,7ho, а второй грани — не менее 0,3h_o- Исследования, выполненные в производственном объедине­нии «Куйбышевбурмаш», показали, что у долот типа М и С целе­сообразно наплавлять оба торца зубьев и одну боковую грань.

Рабочими поверхностями периферийных зубьев являются не только площадки притупления, но и торцы зубьев со стороны, обратного конуса, фрезерующие стенку скважины. Поэтому эти зубья выполняются как в виде клина, так и специальной формы:

Г-, Т-, П-образные и поперечные (см. рис.3). Со стороны обратного конуса эти зубья имеют твердосплавные цилиндриче­ские вставки и наплавку твердым сплавом. Для улучшения охлаж­дения на обратном конусе шарошки выполнены канавки.

Твердосплавное зубчатое вооружение венцов выполняется в ви­де вставных зубков из сплава ВК8-В. Конструкции зубков и схема их установки в теле шарошки приведены на рис. 4. Зубки формы Г25 (рис.4, а) имеют радиус скругления рабочей поверхности R₁=1 мм и предназначены для разрушения от мяг­ких до твердых горных пород. Зубки Г26 с полусферической голов­кой (рис. 4, б) изготовляют для разрушения крепких и очень крепких пород. Зубки названных форм выпускаются диаметром от 3,2 до 14,3 мм. В настоящее время применяются ограниченно. Зубки формы К (рис.4,в) в отличие от зубков формы Г26 имеют практически постоянный радиус сферы (у зубков диаметром 8 мм R_с = 3 мм, а у остальных R_с = 4,2 мм). Сфера поднята на конусе, что позволило увеличить высоту h головки зубка.

Зубки формы М (рис. 4, г) выполняются конусно-клиновыми и предназначены для разрушения мягких горных пород. Радиус скругления рабочей поверхности постоянный и составляет R_ц=2,5-2,6 мм.

Зубки формы С (рис. 4,d) также конусно-клиновые и предна­значены для разрушения пород средней твердости. Радиус скругления рабочей поверхности (R_ц) увеличивается с ростом диаметра зубков от 2,6 до 3,2 мм.

Зубки формы Т (рис.4, е) клиновые со скругленной радиусами R₁ и R₂ вершиной. Причем радиус R₁ постоянный и равен 1,8 мм. Эти зубки предназначены для разруше­ния твердых горных пород.

Зубки форм М, С, Т и К выпуска­ются с условными диаметрами 3, 10, 11, 12, 13 и 14 мм. Из рис. 4 видно, что у зубков от М к Т высо­та h уменьшается. Например, для зубков с условным

диаметром 12 мм высота головки зубка следующая:

Важнейшие характеристики твердосплавного вооружения — диаметр зубков d, радиус кривизны рабочих поверхностей, вылет зубков h₀ над телом шарошки и шаг s размещения в вен­це. С точки зрения прочности зубков и надежности крепления их в теле шарошки важными характеристиками являются диаметр d и глубина запрессовки h₁ (см. рис. 4, а).

Вооружение периферийных венцов отличается тем, что зубки установлены под наклоном к плоскости забоя, а со стороны обратного конуса запрессованы цилиндрические твердосплавные зубки с плоскими торцами (см. рис. 2). Такая конструкция вооружения обеспечивает сохранение диаметра долота неизменным при бурении абразивных пород.

Вооружение шарошек может быть выполнено в виде сплошных дисков. Теория и описание конструкций таких долот даны в [28].

Для бурения в различных горных породах по ГОСТ 20692—75 выпускают долота тринадцати типов. Ниже приведена классифи­кация шарошечных долот по назначению.

Долота типов от М до Т выпускают со стальным фрезерован­ным вооружением, они предназначены для бурения в мало- и среднеабразивных горных породах. Для бурения высокоабразив­ных горных пород выпускают долота с твердосплавным вооруже­нием соответствующих типов (МЗ, СЗ, ТЗ). Буква 3 означает, что вооружение этих долот выполнено из клиновидных твердо­сплавных зубков.

Для разрушения наиболее твердых пород вооружение выпол­няют из зубков с полусферической рабочей поверхностью. В шифре долота такое вооружение обозначается буквой К. К этим долотам относятся типы К и ОК.

Для переслаивающихся по твердости пород предназначены долота с комбинированным вооружением: МСЗ — фрезерованные зубья и зубки формы М, ТКЗ — вставные зубки форм С и К.

Фрезерованное вооружение долот различных типов отличается по величине угла 2γ, высоте зубьев h₀ по их шагу 5 в венце, а твердосплавное—типом зубков, их вылетом над телом шарошки h₀ (см. рис.4, а) и шагом.

Угол при вершине зубьев 2γ (см. рис.3) должен быть ми­нимальным, чтобы уменьшить интенсивность прироста площади контакта зубьев по мере их износа по высоте, но достаточным с точки зрения прочности зубьев на сжатие с изгибом. Фактические углы 2γ для разных типов долот приведены ниже.

Шаг зубьев в венце должен быть тем больше, чем больше ожи­даемая глубина их внедрения в породу, и может быть рассчитан из условия, чтобы в момент вертикального положения рассматри­ваемого зуба соседние по венцу зубья не воспринимали нагрузку. Это условие запишем в виде

(1)

где δ_тах — максимальное внедрение зуба в породу; z — число зубьев в венце.

Выбранный шаг корректируется с учетом необходимого запаса вооружения венца и схемы поражения забоя.

Высота зубьев определяется шагом, углом 2γ и ограничива­ется минимально допустимой толщиной тела шарошки, т. е. зави­сит и от размеров внутренней полости шпонки, где размещаются цапфа и опора. В та6л.3 приведены относительные высота и шаг зубьев на основном и периферийном конусах шарошек по типам долот.

Стоимость долота зависит главным образом от размера и ма­териала вооружения. Долота с твердосплавным вооружением в 1,5—2 раза дороже долот со стальным.