Исследование буровых долот с дисковыми и зубчато-дисковыми шарошками, страница 11

          При скорости бурения 2 м/мин и n = 100 об/мин,  т.е. за 1 минуту,  зуб входит в контакт с забоем 5,3 раза (таблица 2.3) и находится в контакте  мин, а остальное время 0,63 мин охлаждается.

          Путь трения зуба шарошки определить достаточно сложно, так как за минутный интервал каждый зуб очерчивает несколько спиральных траекторий с переменным радиусом, зависящим от глубины внедрения зубьев h и крепости породы f. Если принять средний радиус спиральной  траектории r_ср, то путь трения каждого зуба

.

Учитывая (2.34), имеем:

                                                   .                                                              (2.37)

При r_ср = d_ш/2 путь трения

                                                       .                            (2.38)

Учитывая, что   , то

                                            .                                  (2.39)                              

          Из (2.39) следует, что с увеличением толщины среза (h) путь трения  зубьев, а значит их износ, уменьшается. Это может достигаться  увеличением осевой нагрузки и уменьшением скорости вращения долота n_д, что указывает на целесообразность силовых режимов резания.

          Сопоставим пути трения зубьев долот с зубчато-дисковыми шарошками l_T и периферийных резцов режущих долот со стационарными резцами L_Т  одинакового диаметра.

          Из (2.32) и (2.37) следует соотношение

                                                    .           (2.40)

Из (2.33) находим .  Вставляя это в (2.40) и учитывая, что при одинаковых диаметрах сравниваемых долот d_ш = r, получаем:

                                                          = 2.          (2.41)

          Сравнение путей трения показывает, что износостойкость вооружения долот с зубчато-дисковым вооружением, с учетом режимов трения, по крайней мере в 2 раза выше, чем у РД со стержневыми резцами, что совпадает с утверждением работы [24], относящейся к дисковым долотам.

          Поскольку величина n_ш изменяется пропорционально значениям V_б и h, то из (2.37) и (2.38) следует, что для долот заданного диаметра путь трения (а значит, и К_т = 2) будет постоянным для всех условий (f  и V_б) бурения, указанных в табл. 2.3.

Для конкретных условий (табл.2.4) применительно к зубчато-дисковому долоту  диаметром 244,5 мм, при d_ш = 0,12 м, V_б = 2 м/мин, f = 3 - 4, n_ш = 5,32 об/мин имеем по формуле (2.38):

.

Путь трения периферийного резца обычного режущего долота такого же диаметра согласно (2.32) составит:

а соотношение .

          Таким образом, выполненные выше теоретические выкладки  и построенные формулы верны.

Представляет интерес более точно определить пути трения зубчато-дисковых шарошек с учетом всей системы сложных спиральных траекторий движения зубьев с последующим построением формулы износостойкости.

          Значительное повышение износостойкости  характеризуют также высокие значения коэффициентов эффективности резания К_э и запаса рабочей кромки К_з, рассчитываемых по формулам (2.3) и (2.5).

          Для определения коэффициентов: эффективности резания К запаса рабочей кромки К и формы К составим схему  (рис. 2.24), с помощью которой определим компоненты, содержащиеся в формулах (2.3) – (2.5), (табл. 2.5).

 Расчетные значения коэффициентов К, К и К для зубчато-дисковых долот, армированных твердосплавными штырями (первый вариант)  и пластинами (второй вариант) приведены в табл. 2.6.

Рис. 2.24. Схема к определению параметров зубчато-дисковой шарошки, характеризующих эффективность резания породы

Таблица 2.5

Параметры зубчато-дисковой шарошки, характеризующие эффективность резания породы

h, м/об	F, мм	мм	В, мм	Р, мм	С, мм
0,0283	3000		120		377
0,0200	2300		120		377
0,0150	1700		120		377
0,0100	1250		120		377
0,005 – 0,0075	910		120		377

Примечание: h – внедрение долота в породу за 1 оборот; F – площадь поперечного сечения среза;  - часть периметра режущей кромки, находящейся в зоне резания; В – проекция участка контактирующей с породой режущей кромки на плоскость, перпендикулярную направлению подачи шарошки; Р – суммарная длина режущих кромок зубьев при прерывистой форме вооружения; С – длина окружности сплошной режущей кромки; в числителе - значения для штыревого вооружения; в знаменателе – значения для вооружения, выполненного из полукруглых пластин.

Из табл. 2.6 можно видеть, что величины коэффициентов К_ф и К_з при штыревом вооружении значительно выше, чем при пластинчатом. Соответственно выше К_э. Во всех случаях (для разного вооружения) коэффициент  эффективности резания К_э уменьшается с ростом крепости пород, что объясняется уменьшением площади поперечного сечения реза F. В породах с f = 1 - 2 величина h может превышать вылет штыря. В крепких породах (f = 8 - 10) соотношение между h и вылетом штыря иное. В этих условиях повышение К_э можно  достигнуть переходом на более низкие скорости вращения долота (80 – 50 об/мин) и повышенные осевые нагрузки, т.е. применением  силовых режимов резания.

Таблица 2.6

Величины коэффициентов эффективности резания К_э запаса рабочей кромки К_з и коэффициентов формы К_ф для режущих долот с зубчато-дисковыми шарошками диаметром 244,5 мм при n= 100 об/мин

Степень крепости пород	Коэффициент крепости, f	Внедрение долота h, м/об	Типы вооружения шарошек
			Штыри (головка-клин)			Пластины полукруглые
			Кэ	Кз	Кф	Кэ	Кз	Кф
Мягкие и довольно мягкие	1 - 2	0,0283	60	3,6	0,42	31	1,9	0,80
Средние	3 - 4	0,02	46	3,9	0,42	24	2,1	0,80
Средние и довольно крепкие	5 - 7	0,015	34	4,2	0,42	18	2,3	0,80
Крепкие	8	0,01	25	4,7	0,42	13	2,5	0,80
Крепкие	10	0,005 – 0,0075	18	5,2	0,42	9	2,7	0,80