Породный бур для бурения с промывкой

Изобретение относится к породному буру и используется в качестве инструмента для абразивной разработки горной породы. Техническим результатом является разработка породного бура с промывочным отверстием, обеспечивающего передачу коротких ударных импульсов и высоких моментов вращения. Породный бур для абразивной отработки породы посредством, по меньшей мере, частично ударного и вращательного движения тела с расположенным на его торцевой стороне наконечником из твердого металла, расположенным на другом конце хвостовиком и, по меньшей мере, проходящим частично вдоль тела промывочным отверстием. Причем на хвостовике выполнены радиально выходящие на торцевую поверхность пазы передачи вращения. Общая поверхность пазов передачи вращения в виде выемок превышает общую поверхность перемычек и относительно усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения (А) каждая усредненная внутри аксиально значительно более длинных отрезков с аксиальной длиной (L), большей чем е-кратное внешнего диаметра (D). Остаточная плоскость поперечного сечения (А') образована в пределах диапазона, ограниченного половиной и двойным значением усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения (А). 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к породному буру в качестве инструмента для абразивной разработки горной породы посредством, по меньшей мере, частично ударного и вращательного движения с высокой мощностью с, по меньшей мере, частично проходящим вдоль тела промывочным отверстием.

Подобные породные буры с диаметром от 20 до 50 мм снабжены в большинстве случаев проходящим через тело промывочным отверстием для жидкого промывочного средства, чтобы, с одной стороны, охлаждать расположенный на торцевой стороне наконечник из твердого материала и, с другой стороны, отводить промывочным средством суспендированную в нем, абразивно снятую породу продольно вне тела. На другой торцевой стороне породный бур имеет хвостовик с выходящими на торцевую поверхность радиальными пазами для передачи вращения, чтобы обеспечить рассчитанное на передачу высоких моментов вращения, ограниченно аксиально-подвижное, жесткое на скручивание соединение с геометрическим замыканием с ротационно-приводимым и аксиально-направляемым зажимом для инструмента.

Используемый в качестве ударного инструмента в диапазоне высоких мощностей породный бур нагружается аксиально к оси инструмента короткими, вертикальными механическими ударами на торцевую поверхность хвостовика, причем ударная энергия распространяется в основном через продольные импульсы в форме ударных импульсов до противолежащей торцевой поверхности и позволяет обработку с помощью энергии, отдаваемой в подлежащий отработке материал. Передача ударных импульсов в соответствии с теорией, отражающей характеристику импульсов стержневых твердых тел, зависит от акустических свойств тел, находящихся в передающей импульс цепи. Для характеризующейся минимальным уровнем искажений передачи коротких вертикальных импульсов необходимо подгонка импеданса к участкам породного бура.

Согласно DE 2454261 используемый в качестве ударного инструмента и рассчитанный на передачу высоких моментов вращения породный бур имеет расположенный на торцевой стороне наконечника из твердого материала винт, а также выполненный для передачи вращения, радиально усиленный хвостовик с радиальными, сходящимися к торцевой поверхности пазами для передачи вращения с вертикальными со стороны направления вращения боковыми сторонами. Между рукояткой и хвостовиком расположен аксиально длинный и радиально значительно усиленный бурт, вследствие чего по длине породного бура вместе с радиально усиленным торцевым концом образуется несколько участков с различными плоскостями поперечного сечения.

Согласно GB 2120156 используемый в качестве ударного инструмента, не имеющий винта породный бур с различными по своей длине плоскостями поперечного сечения и с проходящим аксиально через тело промывочным отверстием имеет выполненную для передачи вращения, радиально усиленную шестигранную зону с лежащим внутри отрезком хвостовика и на цилиндрическом торцевом конце аксиально ограниченные фиксирующие пазы.

Породный бур с наконечником из твердого материала, хвостовиком и телом с винтом согласно ЕР 0048908 имеет проходящее, по меньшей мере, частично через тело всасывающее отверстие, которое переходит в расположенное смежно к хвостовику радиальное поперечное отверстие. Весь породный бур по своей длине имеет в основном одинаковое поперечное сечение.

Задачей изобретения является разработка породного бура с промывочным отверстием, обеспечивающего передачу коротких ударных импульсов и высоких моментов вращения.

Эта задача решается тем, что общая поверхность пазов передачи вращения в виде выемок превышает общую поверхность перемычек и относительно усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения А каждая усредненная внутри аксиально значительно более длинных отрезков с аксиальной длиной (L), большей чем е-кратное внешнего диаметра (D), остаточная плоскость поперечного сечения (А') образована в пределах диапазона, ограниченного половиной и двойным значением.

Выполненный в основном в качестве инструмента для абразивной разработки породы посредством ударного и вращательного движения породный бур с продольным телом, с расположенным на одной торцевой стороне наконечником из твердого материала, с расположенным на другой торцевой стороне хвостовиком с выполненными для передачи вращения радиальными, выходящими на торцевую поверхность поводковыми пазами (пазами передачи вращения), и с проходящим, по меньшей мере, частично через тело промывочным отверстием, содержит относительно определенной внутри радиальных пазов передачи вращения кольцевой плоскости поперечного сечения, общей остаточной поверхности перемычек более большую, снабженную выемками поверхность пазов передачи вращения, причем каждая усредненная по отрезкам с аксиальной длиной, большей чем е-кратное внешнего диаметра, плоскость поперечного сечения образована в пределах диапазона, ограниченного половиной и двойным значением усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения.

Благодаря более большой по отношению к остаточной поверхности перемычек поверхности пазов передачи вращения при заданной радиальной глубине зацепления заходящих с геометрическим замыкание в пазы передачи вращения перемычек зажима инструмента можно передавать более высокий момент вращения без необходимости более высокой нагрузки на перемычки для передачи вращения, чем на остальные перемычки. Эти более вырезанные поверхности пазов передачи вращения значительно снижают плоскость поперечного сечения хвостовика в основном цилиндрического породного бура с в основном одинаковым внешним диаметром. Благодаря распространенному по длине бура, включая граничный хвостовик с промывочным отверстием внутри длинных участков, в основном одинаковому относительному соотношению плоскостей поперечного сечения обеспечивается подгонка акустического импеданса к свободной от отражения и искажения передаче коротких ударных импульсов. Участки длиной меньше, чем е-кратное внешнего диаметра, приводят к значительному изменению акустического импеданса, причем е является основанием натурального логарифма.

Подгонка акустического импеданса производится по формуле

A₂/A₁=√E₁/E₂·ρ₁/ρ₂ и

L₂/L₁≥√E₁/E₂·ρ₁/ρ₂

причем (L₁, L₂) представляют собой длины, (A₁, A₂) - соотношения остаточных плоскостей поперечного сечения, Е - модуль упругости и р - плотность, причем индекс 2 характеризует ударяемое тело.

Согласно предпочтительной форме выполнения усредненная остаточная плоскость поперечного сечения тела больше, чем плоскость поперечного сечения хвостовика, вследствие чего предотвращается возникновение ограничивающих срок службы пиков напряжения при растяжении в переходной зоне.

Согласно предпочтительной форме выполнения радиальная глубина захвата пазов передачи вращения больше, чем 1/12 диаметра хвостовика, вследствие чего ограничивается боковое сжатие остаточных перемычек до значения ниже границы текучести.

Согласно предпочтительной форме выполнения измеренная в арифметическом среднем радиальной глубины захода длина дуги, по меньшей мере, одного паза передачи вращения больше, чем максимальная длина дуги остаточной перемычки, вследствие чего нагрузка на взаимодействующую с пазом передачи вращения перемычку меньше, чем на остаточную перемычку.

Согласно предпочтительной форме выполнения пазы передачи вращения распределены равномерно и симметрично по окружности, вследствие чего может передаваться максимальный момент вращения.

Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения предусмотрено четыре паза передачи вращения, вследствие чего длины дуг более π/4 пазов передачи вращения обеспечивают более высокое время сопротивления износу перемычек для передачи вращения при достаточной точности направления.

Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения тело снаружи выполнено в форме гладкого цилиндра, вследствие чего обеспечивается более высокая прочность к усталости вследствие коротких ударных импульсов.

Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения аксиальное расстояние между промывочным отверстием и пазами передачи вращения меньше, чем е-кратное диаметра, вследствие чего этот переходный участок не оказывает существенного влияния на акустический импеданс. Далее предпочтительным является также выполнение, при котором аксиальное расстояние более половины диаметра, вследствие чего только возникает малая дифракция проходящего аксиально фронта волн при их переходе от хвостовика к рукоятке.

Предпочтительный вариант выполнения заключается также в том, что переходный участок от тела к хвостовику имеет радиально выступающий, имеющий аксиальную длину, меньшую чем е-кратное внешнего диаметра бурт, который может аксиально перехватываться запорными элементами гнезда для инструмента, вследствие чего гнездо не оказывает существенного влияния на акустический импеданс бура.

При этом бурт расположен аксиально вблизи поперечного соединения с промывочным отверстием и/или аксиального конца промывочного отверстия, вследствие чего предотвращается механическое ослабление переходного участка.

Изобретение поясняется с помощью примеров выполнения, изображенных на следующих чертежах:

Фиг.1 показывает породный бур с промывочным отверстием.

Фиг.2 показывает хвостовик породного бура с промывочным отверстием.

Фиг.3 показывает поперечное сечение хвостовика.

Согласно фиг.1 породный бур 1 имеет продольное, имеющее снаружи цилиндрическую форму гладкое тело 2, расположенный на его торцевой стороне наконечник 3 из твердого материала и расположенный на другой торцевой стороне хвостовик 4 с пазами передачи вращения 5 (поводковыми пазами).

На фиг.2 хвостовик 4 имеет выходящие к торцевой поверхности пазы передачи вращения 5, имеющие глубину внедрения Т в 1/10 диаметра D хвостовика 4, со смежными остаточными перемычками 6 и проходящее частично продольно через хвостовик 4 промывочное отверстие 7 с поперечным выходом 8 наружу. Имеющий аксиальное расстояние Х переход от тела 2 к хвостовику 4 соответствует внешнему диаметру D. Рукоятка 2 содержит узкий, радиально выступающий бурт 9 с аксиальной длиной L меньшей, чем е-кратное внешнего диаметра D. Относительно усредненной по длине бура 1 остаточной плоскости поперечного сечения А каждая, усредненная внутри аксиального продольного участка длиной е×D остаточная плоскость поперечного сечения А' отклоняется по своей величине на 20%, причем усредненная остаточная плоскость поперечного сечения А' в зоне хвостовика 4 меньше, чем в зоне тела 2.

Согласно фиг.3 относительно определяемой внутри радиальных пазов передачи вращения 5 кольцевой плоскости поперечного сечения общая остаточная поверхность 10 больше вырезанной поверхности пазов 11, причем измеренная в арифметической средней радиальной глубины захода Т длина дуги N по меньшей мере одного паза передачи вращения 5 больше, чем максимальная длина дуги R перемычки 6.

1. Породный бур для абразивной отработки породы посредством, по меньшей мере, частично ударного и вращательного движения тела с расположенным на его торцевой стороне наконечником из твердого металла, расположенным на другом конце хвостовиком и, по меньшей мере, проходящим частично вдоль тела промывочным отверстием, причем на хвостовике выполнены радиально выходящие на торцевую поверхность пазы передачи вращения, отличающийся тем, что общая поверхность пазов передачи вращения в виде выемок 11 превышает общую поверхность перемычек 10 и относительно усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения (А) каждая усредненная внутри аксиально значительно больше длинных отрезков с аксиальной длиной (L), большей чем е-кратное внешнего диаметра (D), остаточная плоскость поперечного сечения (А') хвостовика образована в пределах диапазона, ограниченного половиной и двойным значением усредненной по длине бура остаточной плоскости поперечного сечения (А).

2. Породный бур по п.1, отличающийся тем, что усредненная остаточная плоскость поперечного сечения (А') хвостовика 4 одинакова или меньше остаточной плоскости поперечного сечения тела 2.

3. Породный бур по п.1 или 2, отличающийся тем, что измеренная в арифметической средней радиальная глубина захода Т длина дуги (N) по меньшей мере одного паза передачи вращения 5 больше, чем максимальная длина дуги (R) остаточной перемычки 6.

4. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пазы передачи вращения 5 равномерно и симметрично распределены по окружности.

5. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрено четыре паза передачи вращения 5.

6. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что тело 2 выполнено снаружи цилиндрическим и гладким.

7. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что аксиальное расстояние x между промывочным отверстием 7 и пазами передачи вращения 5 меньше чем е, умноженное на диаметр (D).

8. Породный бур по п.7, отличающийся тем, что аксиальное расстояние x длиннее половины диаметра (D).

9. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что переход от тела 2 к хвостовику 4 содержит узкий, радиально выступающий бурт 9.

10. Породный бур по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бурт 9 расположен аксиально вблизи поперечного соединения 8 с промывочным отверстием 7 и/или аксиального конца промывочного отверстия 7.