CC BY
27
© Л.И. Кантович, В.В. Божко, 2003
УДК 622.23.051
Л.И. Кантович, В.В. Божко
ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ ЗАТОЧКИ НА СТОЙКОСТЬ ЛЕЗВИЯ БУРОВЫХ КОРОНОК
Б
уровые коронки для бурения крепких пород, отечественного производства, имеют невысокую стойкость от 15 до 30 п.м., до 50 % которых выходят из строя вследствие разрушения и выпадения пластин твердого сплава. Причинами разрушения твердосплавных пластин является низкое качество изготовления и несоответствие их физико-меха-ническим свойствам буримых пород. В процессе бурения в горных породах встречаются включения, крепостью выше 20 по шкале проф. М.М. Протодъяконова, которые приводят к поломкам лезвий пластин твердого сплава (рис. 1).
С целью установления причин поломок твердосплавных пластин, проведены теоретические и экспериментальные исследования прочности пластин, имеющих прямолинейную и сферическую форму притупления лезвия.
На рис. 2 показано распределение напряжений в твердосплавной пластине, имеющей форму клина с прямолинейной и рис. 3 сферической площадкой притупления лезвия.
Рх
х р р8у р3^ . ,ріИЛ 4І ^Р3 ГчЫР *5
6К дЬг дЬ3 Ч\ Г чр*
дЬ4 дЬ5
//г дЬ6 дЬ,
I л^8 V V
а,МПа
4( 100 ах =19: 31IV
то- СТщ;
=о:
I 5
Верхняя часть пластины, имеющая вид клина, в процессе бурения подвергается действию максимальных нагрузок. В сечение площадки контакта с жестким забоем, ЛЪ1=1 мм, рис. 2, в лезвие пластины возникают напряжения а = 4250 МПа, а при контакте ЛЪ = 0,5 мм оно со-ставляетяет а = 8500 МПа. Допустимое напряжение изгиба для пластины твердого сплава ВК10КС составляет [аи] = 2780 МПа (для пластины прошедшей виброобработку), поэтому лезвие коронки ломается.
Рис. 1. Поломка твердосплавной пластины долотчатой буровой коронки
Рис. 2. Распределение напряжений в твердосплавной пластине, имеющей прямолинейную форму притупления лезвия
Рис. 3. Распределение напряжений в твердосплавной пластине, имеющей сферическую форму притупления лезвия
Рис. 4. Конструкция долотчатой буровой коронки с твердосплавной пластиной, имеющей сферическую форму притупления лезвия: Н - высота серийной коронки; Н - высота разработанной коронки; Ы высота твердосплавной пластины серийной коронки; ^ _ высота твердосплавной пластины разработанной коронки; Д- диаметр коронки; Rl-радиус внутреннего сопряжения; R2-радиус внешнего сопряжения; R3-радиус сферы притупления лезвия
По мере увеличения площадки контакта пластины с жестким забоем напряжения быстро убывают и при площадке контакта равной сечению торцевой части пластины ст = 386 МПа. На рис. 3 показана твердосплавная пластина со сферической формой притупления лезвия и возникающие при этом в нем напряжения. При работе буровой коронки, со сферической формой притупления радиусом R = 2 мм, величина контакта лезвия с жестким забоем в начальный момент составляет 2.2 мм.
При этом в лезвие твердосплавной пластины, от действия нагрузки 170 кН, возникает напряжение а = 1931 МПа, которое не превышает допустимого, поэтому лезвие пластины не разрушится. По мере увеличения площадки контакта лезвия твердосплавной пластины с жестким забоем до величины торцевой части Sтор. = В^, напряжение, также как и у пластины с прямолинейной площадкой притупления, составит а = 386 МПа.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что стойкость коронок с твердосплавной пластиной имеющей сферическую форму притупления, в 1.25 раза выше серийных имеющих прямолинейную форму притупления лезвия. На основании полученных результатов исследований буровые коронки, имеющие сферическую форму притупления лезвия, рис. 4., рекомендуется использовать для бурения крепких пород имеющих включения крепостью до и выше 20 по классификации проф. М.М. Протодъяконова.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Л.И. Кантович, В.Н. Гетопанов. Горные машины. М., Недра, 1989, с. 6-55
2. К.И. Иванов, В.А. Латышев,
В.Д. Андреев. Техника бурения при разра-
ботке месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1987, с. 193-220.
3. А.В. Дарков, Г.С. Шпиро. Сопротивление материалов. М., Высшая школа, 1989, с. 22-121.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Кантович Леонид Иванович — профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой, Московский государственный горный университет. Божко В.В. — аспирант, Московский государственный горный университет.
