(2.17)
где n – показатель степени, всегда меньший единицы.
В реальных условиях усилие резания зависит от соотношения толщины среза, шага среза, шага резания, формы и остроты режущих органов, схем резания, усилия подачи, скорости резания и других факторов. Наибольшее влияние на величину усилия резания оказывает крепость горных пород.
В установившемся режиме резания среднее значение площади сечения среза, независимо от его формы, равно
, см2 , (2.18)
где tср – ширина среза, среднее значение шага резания, см.; hср – среднее значение толщины среза, см.
При tср, превышающем в 3 – 4 раза hср, изменяются (как показано в работе [29]) условия развала породы, и тогда в формуле (2.17) меняется значение показателя степени n в большую сторону.
Учитывая существование критических скоростей резания, установленных в ИГД им. А.А. Скочинского, из рассмотренных закономерностей следует вывод о целесообразности разрушения горных пород в режиме силового резания [29]. Аналогичный вывод о выгодности силовых режимов разрушения пород сделан В.Д. Буткиным применительно к шарошечному инструменту [30].
Выполненный
анализ позволяет сформулировать ряд следующих положений по созданию режущих
долот с расширенной областью применения по крепости пород, включая довольно
крепкие породы (f =
6 - 8), возможно, крепкие (f 
10), а также уступы сложноструктурного
строения, характеризующиеся преобладанием слабых и средней крепости пород (f = 2 - 5), содержащих
включение крепких и абразивных песчаников (c
f = 8 - 10):
1. Наиболее целесообразно использование в буровом долоте вращающихся шарошек зубчато-дисковой формы.
2. Угол разворота зубчато-дисковой шарошки должен обеспечивать наибольший режущий эффект и образование круговой формы забоя скважины.
3. Устранение форсированного износа периферийных резцов существующих режущих долот (со стационарными резцами) достигается, благодаря переменному контакту зубьев (штырей) зубчато-дисковых шарошек с забоем скважины.
4. Скорость резания горных пород, определяемая скоростью вращения долота, не должна превышать критических значений, установленных исследованиями в ИГД им. А.А. Скочинского.
5. Долото должно быть рассчитано на разрушение горных пород в режиме силового резания со срезами достаточно больших сечений при сравнительно небольших скоростях резания. В породах повышенной крепости предпочтительны силовые режимы бурения, обеспечивающие разрушение пород крупным сколом (отколом).
6. Учитывая, что при силовых режимах бурения образуются частицы разрушенной породы значительной крупности, должен применяться увеличенный вылет зубчато-дисковых шарошек относительно корпуса долота, исключающий повторное перемалывание шлама на забое. Соответственно, параметры пневмотранспортной системы станка и пневмоканалов бурового долота должны обеспечивать интенсивное удаление из скважины потока буровой мелочи повышенной весовой концентрации.
7. Переменный контакт зубчато-дисковых шарошек с породой, оптимальный кольцевой зазор между поверхностью корпуса и стенками скважины, а также высокие значения коэффициента эффективности резания (Кэ) и коэффициента запаса рабочей кромки (Кз) обеспечивают значительное увеличение ресурса износостойкости долота.
2. 4. Особенности конструкции и кинематика работы бурового долота с зубчато-дисковыми шарошками
Первая модель режущего долота с зубчато-дисковыми шарошками (ДЗДШ) показана на рис. 2.14. Долото состоит из корпуса 1, сменных зубчато-дисковых шарошек (вращающихся резцов) 2 и опор скольжения. Шарошка имеет зубья. Разрушение горной породы производится пластинами твердого сплава, напаянными на торцевую (профильную) часть зуба.
Рис. 2. 14. Режущее буровое долото с зубчато-дисковыми шарошками (разборное)
Шарошка имеет простейшую опору скольжения, состоящую из оси 3 и двух шайб 4, и устанавливается в щелевом пазу корпуса. Ось 3 фиксируется шплинтом 5. В корпусе 1 долота выполнена резьба для соединения с буровой штангой и каналы 6 для подачи сжатого воздуха к забою скважины. Корпус изготавливался литьем, шарошки (тело) – штамповкой.
В отличие от шарошечного долота (с конусными шарошками), у которого ось конусной шарошки находится в диаметральной плоскости долота (или смещена параллельно ей на некоторое расстояние), ось вращения у режущей зубчато-дисковой шарошки перпендикулярна диаметральной плоскости долота. Такая ориентация плоскости вращения зубчато-дисковой шарошки коренным образом изменяет кинематику работы долота по сравнению, как с шарошечными долотами, так и с применяемыми режущими долотами со стационарными резцами.
Рассмотрим кинематические особенности функционирования режущих долот с принятой ориентацией плоскости вращения зубчато-дисковых шарошек более подробно, с конкретными оценками применительно к долотам диаметром 245 мм.
Зубчато-дисковые
шарошки, установленные в корпусе долота, в скважине совершают перемещение по
сложной траектории (рис. 2.15). Каждый зуб шарошки (т. М
) вращается с частотой n
относительно
ее оси (т. О
) и вместе с шарошкой также вращается
относительно оси скважины О
- О с частотой n
. Кроме того, под действием осевого усилия шарошка
совершает поступательное движение и перемещается вдоль оси скважины О- О сверху
вниз со скоростью, равной скорости бурения V
, и за один оборот вращения долота (за один оборот
вращения шарошки вокруг оси О- О) проходит вертикальный участок, равный
величине внедрения долота в породу h. При этом зуб за один оборот
вращения шарошки вокруг вертикальной оси скважины О-
О также перемещается вниз на
определенный отрезок, а за один оборот шарошки проходит вертикальный участок 
(без учета сил трения в опоре
скольжения на оси Ои возможного
проскальзывания по стенкам скважины).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.