Твердосплавная вставка-катенид
Владельцы патента RU 2347885:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту и может быть использовано в коронках для бурения шпуров ударно-вращательным методом. Техническим результатом является повышение производительности бурового инструмента. Указанный технический результат достигается тем, что вставка содержит цилиндрический участок и рабочий участок, который выполнен в виде тела вращения цепной линии вокруг оси симметрии - катенида. 1 ил.
Изобретение относится к горному делу, а именно к инструменту для разрушения горных пород при бурении.
Известны лезвийные вставки [1, стр.167, рис.5, 6, а, б, г], которые представляют собой вставки с явно заостренным лезвием. Острые кромки-лезвия, являясь концентраторами напряжений, подвержены быстрому разрушению, что определяет низкий ресурс инструмента.
Более близкими к предлагаемому изобретению являются цилиндросферические твердосплавные вставки [1, стр.167, рис.5, 6, в]. Такие вставки не имеют острых лезвий-концентраторов, что выгодно отличает их от лезвийных. Цилиндросферические вставки определяются диаметром цилиндра, радиусом полусферы и общей высотой вставки.
Недостатком известной вставки является высокая притупленность рабочего участка, вызванная тем, что в сечении плоскостью, проходящей через ось вставки, имеет место полуокружность с одинаковой кривизной по линии взаимодействия с забоем. Причем величина кривизны у окружности столь малая, что рабочий участок оказывается весьма «тупым», он имеет большой радиус кривизны. Внедрять такую вставку в забой весьма сложно, потребны значительные контактные воздействия.
Задачей изобретения является разработка твердосплавной вставки, содержащей рабочий участок большей кривизны, внедрение которой в забой не потребует значительных контактных воздействий, и повышение производительности бурового инструмента.
Сущность изобретения заключается в том, что в твердосплавной вставке, содержащей цилиндрический и рабочий участки, согласно изобретению последний выполнен в виде тела вращения цепной линии - катены [2, стр.829-833] вокруг оси симметрии Oy - катенида. Слово «катенид» здесь вводится с целью указания на отличие от известного понятия «катеноид» [2, стр.833], определяющего тело вращения катены вокруг горизонтальной оси Ох.
На чертеже изображена вставка, содержащая цилиндрический участок 1 и рабочий участок 2, выполненный в виде тела вращения цепной линии ВАС вокруг оси симметрии Oy.
При бурении вставка с рабочим участком 2 в виде катенида воздействует на забой, и, так как катенид при одних и тех же размерах известной вставки более «острый», т.е. имеет участки со значительно меньшими радиусами кривизны, обеспечивает большее проникание внутрь забоя и больший объем разрушения при одних и тех же нагрузках.
Геометрические элементы рабочего участка вставки задаются параметрами d и l. Параметр d определяет величину диаметра цилиндрического участка. Параметр l определяет величину длины рабочего участка.
Из [2, стр.830, формулы (2) и (2а)] известно уравнение цепной линии
где а - параметр цепной линии.
Радиус кривизны цепной линии определяется формулой [2, стр.832, формула (6а)]
Таким образом, согласно (2) а - это радиус кривизны острия рабочего участка твердосплавной вставки:
Теперь можно, задаваясь величинами d и а, согласно чертежу и (1) получить параметр l при помощи зависимости
Возможно и решение обратной задачи, т.е. определение параметра d через задаваемые параметры l и а, согласно чертежу и (I):
На чертеже пунктиром показана вписанная окружность - по [1]. Как видно, при любых значениях 
кривизны рабочего участка в крайних точках - окрестностях точки А(А') будут намного больше для катенида. Таким образом, при одинаковом диаметре d, выполняя рабочий участок твердосплавной вставки в виде тела вращения цепной линии вокруг ее оси симметрии - катенида, получают большую «остроту» рабочего участка, что позволяет повысить производительность бурового инструмента.
Источники информации
1. Гетопанов В.Н. Горные и транспортные машины и комплексы: учебник для вузов. / В.Н.Гетопанов, Н.С.Гудилин, Л.И.Чугреев. - М.: Наука, 1991.
2. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - М.: Наука, 1966.
Твердосплавная вставка, содержащая цилиндрический и рабочий участки, отличающаяся тем, что рабочий участок выполнен в виде тела вращения цепной линии вокруг оси симметрии - катенида.
