Способ определения профиля торца матрицы алмазного породоразрушающего инструмента
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦРОФШ1Я ТОРЦА МАТРИЦЫ АЛМАЗНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий измерение его геометрических параметров , отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности способа иобеспечения оптимального профиля торца матрицы для данного класса горных пород, измеряют глубину разрушения образца данного класса горных пород единичным алмазом в за-висимости от нормальной нагрузки на алмаз при различных значениях линейной скорости алмаза, строят график кривых этих зависимостей и находят точку пересечения продолжения прямолинейных участков этих кривых с осью абсцисс, в зависимости от расположения этой точки относительно оси ординат определяют местонахождение точки профиля торца, в которой касательная к профилю перпендикулярна оси инструмента , далее строят график линейной зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной .скорости, из которого определяют показатель влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца как тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс и на основании полученных данных определяют искомый профиль торца матрицы инструмента для данного класса горных пород по формуле cos Ц аГ ( + i w где V - угол между касательной к профилю торца матрицы в рассматриваемой точке и плоскостью, перпендикулярной оси инструмента; N - значение нормальной нагрузки в точке пересечения продолжений прямолинейных участков кривых графика с осью абсцисс; N - максимальная нормальная нагрузка на зерно алмаза со в инструменте; R радиус инструмента, внутренний при N 0, наружный при N:, 70; расстояние от рассматриваег мой точки профиля до оси инструмента; показатель влияния линейoi ной скоцости алмаза на глубину разрушения образца.
„„SU„„1170109
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
WNINC
РЕСПУБЛИН (51)4 E 21 В О/46;.- :
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. ;- .
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной .скорости, из которого определяют показатель влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца . как тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс и на основании полученных данных определяют искомый профиль торца матрицы инструмента для данного класса горных пород по формуле
cos Q (N -Ngr + N R д
1 ш где Ч
R
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3701075/22-03 (22) 15.02.84 (46) 30.07,85. Бюл,. Р 28 (72) Н.Е.Тихонов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки Всесоюзного промышпенного объединения "Союзгсотехника" (53) 622.24.051.64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 794-159, кл. Е 21 В 10/46, 1979.
Исаев М.И., Онищин В.П. Бурение скважин со съемными перноприемниками. Л.: Недра, 1975, с. 128-130. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ
ТОРЦА МАТРИЦЫ АЛМАЗНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий измерение его геометрических параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа и обеспечения оптимального профиля торца матрицы для данного класса горных пород, измеряют глубину разрушения образца данного класса горных пород единичным алмазом в за висимости от нормальной нагрузки на алмаз при различных значениях линейной скорости алмаза, строят график кривых этих зависимостей и находят точку пересечения продолжения прямолинейных участков этих кривых с осью абсцисс, в зависимости от расположения этой точки. относительно оси ординат определяют местонахождение точки профиля торца, в которой касательная к профилю перпендикулярна оси инструмента, далее строят график линейной зависимости логарифма относительной угол между касательной к проФилю торца матрицы в рассматриваемой точке и плоскостью, перпендикуляр. ной оси инструмента; значение нормальной нагрузки в точке пересечения продолжений прямолинейных участков кривых графика с осью абсцисс; максимальная нормальная нагрузка на зерно алмаза в инструменте; радиус инструмента, внутренний при N (О, наружный при 1 „ 0 3 расстояние от рассматриваемой точки профиля до оси инструмента; показатель влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца.
1170109
cos Ч= (N1-N )г +NmR а с
Изобретение относится к горной промьппленности, в частности к бурению скважин алмазным породораэрушающим инструментом, и предназначено для использования при проектировании и изготовлении этого инструмента, преимущественно однослойного.
Цель изобретения — повышение достоверности способа и обеспечение оптимального профиля торца матрицы 10 для данного класса горных пород.
Предложенный способ включает измерение геометрических параметров алмазного породоразрушающего инструмента и глубины разрушения образца 15 горной породы единичным алмазом в зависимости от нормальной нагрузки линейной скорости; определение нормальной нагрузки N графическим пу1 тем по указанным зависимостям и мес- 20 тонахождения точки профиля торца матрицы, касательная к профилю в которой перпендикулярна оси инструмента; определение показателя влияния линейной скорости алмаза на глу- 25 бину разрушения образца графическим путем, а также определение оптимального профиля торца матрицы по формуле где — угол между касательной к профилю торца матрицы в рассматриваемой точке и плоскостью, перпендикулярной оси инструмента;
N, — значение нормальной нагруз-<0
1 ки в точке пересечения продолжений прямолинейных
I участков кривых графика с осью абсцисс;
N . — максимальная нормальная
03 нагрузка на зерно алмаза;
R — радиус инструмента, внутренний при N„c О, наружный при N1)0;
oL - показатель влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца;
r — расстояние от рассматриваемой точки профиля до оси инструмента.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Пример 1.Требуется определить оптимальный профиль торца матрицы алмазной буровой коронки диаметром
59 мм со стандартной п1ириной матрицы (внутренний радиус R1, = 21 мм) для бурения по магнетитовым роговикам. В коронке планируется использовать природные алмазы крупностью 4060 шт/карат. Число торцовых алмазов в коронке для достаточного перекрытия забоя скважины зонами разрушения должно быть 175 шт. Коронка отрабатывается со следующим оборудованием: буровой станок ЗИФ-650М, бурильные трубы — ЛБТН. Исходя из того, что максимально допустимая осевая нагрузка на коронку диаметром 59 мм при применении указанного оборудования составляет примерно 25 кН, принимаем максимальную нормальную нагрузку на один алмаз в коронке N 140 Н.
Экспериментально определенные глубины разрушения образца магнетитового роговика единичным зерном названных алмазов при различных значениях нормальной нагрузки и линейной скорости приведены в табл. 1.
По данным табл . 1 построен график зависимости глубины разрушения образца магнетитового роговика от нормальной нагрузки N при следующих фиксированных значениях линейной скорости: 1,20; 2,3 1 и 3,75 м/с (фиг. 1). Продолжив прямолинейные участки кривых на этом графике до пересечения с осью абсцисс, получаем значение параметра N1 = -37,5 Н.
Так как параметр имеет отрицательное значение, то точка профиля торца матрицы, касательная к профилю в который перпендикулярна оси коронки, должна находиться на ее внутреннем крае, т.е. в формулу (1) при расчете подставляем значение внутреннего радиуса R коронки. По данным табл. 1 вычисляем значения логарифмов относительных глубин разрушения и величин, обратных относительным линейным скоростям. Результаты вычислений сводим в табл. 2, в соответствии с которой строим график зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной скорости (фиг. 2), из которого определяем значение показателя влияния линейной скоростИ алмаза на глубину разрушения образца как тангенс угла наклона получен109 у = 0 (2) г, -ro е V
2 1-2
CP. Ч ° + 20
jan
r Ф2 ri!
У;= =о
r; — à -
Qg .) 1= 2ф 3) ° ° ° 9
30
Таблица 1
Глубина разрушения h, мкм,при линейной скорости Ч, м/с
Нормальная нагрузка И ., Н
2,31
5,00
10
10
65
23
27
3 1170 ной прямой к оси абсцисс (в данном случае = 0,83). Далее на основании полученных данных по формуле (1) вычисляем значения cos 9 для различных значений расстояния r рассматриваемой точки профиля до оси коронки, Зная
cos 9 в зависимости от расстояния
r рассматриваемой точки профиля до оси коронки, построить искомый профиль в прямоугольных декартовых 10 координатах можно, например, воспользовавшись следующей формулой: где у. — ордината рассматриваемой
1 точки профиля; номера рассматриваемых точек профиля.
Расчет представлен в табл. 3. Построенный по данным табл. 3 искомый профиль приведен на фиг.. 3.
Пример 2. Требуется определить оптимальный профиль торца матрицы алмазной буровой коронки диаметром 59 мм со стандартной ширинрй матрицы для бурения по гнейсам. В коронке планируется использовать синтетические алмазные марки APC-3 крупностью 1600/1250 мкм. Число торцовых алмазов в коронке для достаточного перекрытия забоя скважины зонами разрушения должно быть 156 шт, Коронка отрабатывается с тем же оборудованием, что и в примере 1. Рас,суждая так же, как в примере 1, принимаем максимальную нормальную нагрузку на один алмаз в коронке N
170 Н.
Экспериментально определенные глубины разрушения образца гнейса единичным зерном названных алмазов при различных значениях нормальной нагрузки и линейной скорости приведены в табл. 4.
По данным табл. 4 построен график зависимостей глубины разрушения образца гнейса от нормальной нагрузки при следующих фиксированных значениях линейной скорости: 0,96; 1,85 и
3,00 м/с (фиг. 4). Продолжив прямолинейные участки кривых на этом графике до пересечения с осью абсцисс
t получаем значение параметра N
72 Н. Так как параметр N имеет положительное значение, то точка профиля торца матрицы, касательная к профилю в которой перпендикулярна оси коронки, должна находиться на ее наружном крае, т.е. в формулу (1) при расчете подставляем значение наружного радиуса Кя коронкй.
Далее заполняем табл. 5 зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной скорости при различных значениях нормальной нагрузки и по данным табл. 5 строим график этой зависимости (фиг. 5),иэ которого определяем значение показателя: влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца горной породы (в данном примере о(0,90).
Далее на основании полученных данных по формулам (1) и (2), аналогично примеру 1, определяем параметры искомого профиля (табл. 6). Построенный по данным табл. 6 оптимальный профиль алмазной коронки для бурения гнейсов представлен на фиг. 6 °
1170109
Продолжение табл.1
Глубина разрушения Ь, мкм,при линейной
2,31 3 75
Нормальная нагрузка Hr>
1,20
5,00
19
107
22
128
149
13
42
l Таблица 2
Логарифмы относительной глубины разрушения при логарифмах величины обратной относительной линейной скорости
Иормальная нагрузка N, Н
-0,28
-0,49
-0,62
44
86
107
-0,22
128
О
-О, 22
149
Таблица 3
Значения параметров оптимального профиля при расстоянии r рассматриваемой точки профиля до оси коронки, мм
Параметры профиля. (гг
24
О, 8429
cos Ч
0,7293 0,6432
0,5757
32, 55
43, 17 49,97
54,85
Ч, град.
0,6383
1,4202
0,9381
1, 1905 2, 17 0,32 3,48 -0,22 -0,23 -0,24 -0,20 -0,24 -0,46 -О, 41 -0,39 "0,40 -0,42 -0,40 -О, 52 -О, 52 -0,.52 -О, 52 -О, 51 1170109 Продолжение табл.3 Значения параметров оптимального профиля прн рас» стоянии r рассматриваемой точки профиля до оси коронки, мм Параметры профиля 27 28 29 29 5 0,3933 0,4767 0,4393 со М, град. О, 5214.61, 53 63,94 66,84 58, 57 2, 0449 2,3377 1, 844.1 1,6363 6,75 8,69 11,.97 5,01 у, мм Таблица 4 Глубина разрушения, мкм, при линейной скорости,м/с 096 (((Нормальная нагрузка N, Н ° 1,85 3,00 4 00 5,60 23 14 25 107 128 15 149 55 15 39 170 14 44 191 80 17 Таблица 5 -О, 29 Логарифмы относительной глубины разрушения при логарифмах величины обратной относительной линейной скорости Нормальная нагрузка N, Н О ° 50 Ое 62 -О, 77 107 128 -0,25 -О, 25 "0,25 -0,25 -О, 46 -0,44 -0,44 -0,44 0,4075 65,95, 2,2408 10,83 -О, 58 -О, 55 -О, 57 -О, 57 -О, 66 -О, 70 -0,70 -О, 71 1170109 Продолжение табл.5 Логарифмы относительной глубины разрушения при логарифмах величины обратной относительной линейной скорости -т т -О, 29 --О, 50 -О, 62 -0,77 149 -0,44 -О, 45 170 -0,26 -О, 56 -О, 44 -0,67 и ц а 6 191 Табл Значения параметров оптимального профиля при расстоянии r рассматриваемой точки профиля до оси коронки, мм 28 27 J 26 29,5 О, 8724 О, 9056 О, 9412 0,9796 29, 26 19, 74 25,10 11, 58 О, 4684 О, 5602 О, 3589 О, 2049 О. 1,26 0,75 0,05 0,33 Продолжение табл,6 профиля при расстоянии параметров относительного триваемой точки профиля до оси коронки, мм О, 7854 О, 7360 О, 7600 О, 8415 0,8126 42,61 40, 54 38, 24 32, 70 35,65 О, 9198 0,8552 0,7880 0,6421 О, 7173 5,00 4,12 3,29 2,54 1,86 Нормальная нагрузка 1, Н Параметры профиля сов Ч "(,град Параметрь профиля ) 28 —.О, 26 -О, 25 -0,56 -0,57! -О, 74 -0,70 11701 09 Ь, ле мо ио и — 02 -0,4 -О, 0 — 08 И Фиа 2 11701 09 О 0 ГГ УЗ 34 Z5 N 87 2В 29 М f, мм Фиг. 5 Ь,,ФМ Р, 10 1I70l09 — Р,6 — 04 — а,z — az — u4 — ua фига о 12 О 24 29 И 37 Za Zs Ж Р;,мм Фыю Заказ 4682/29 Тирам 540 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.укгород, ул.Проектная,4 Составитель А.Сергачев Редактор Н.Швыдкая. Техред О.Неце Корректор Л.Пилипенко
