12. Влияние кинематики долота

При перемещении по забою разрушающего инструмента, в зависимости от его конструкции и числа рабочих элементов, одновременно взаимодействующих с породой, сопротивляемость последней разрушению изменяется в той или иной степени.

По данным В. С. Федорова и И. С. Финогенова, предельное расстояние между поражениями, когда не сказывается их друг на друга, описывается уравнением:

где S - площадь контакта штампа (величина притупления зуба в квадрате) в мм².

При величине расстояния между поражениями меньше на 1 мм, твердость Р_ш породы уменьшается на 10  12 %. Если расстояние меньше на 2 мм, то Р_ш уменьшается на 30  34 %.

В результате экспериментов установлено, что изменением шага зубцов одной шарошки можно в 1,4  1,7 раза увеличить эффективность работы долота.

Для определения шага зубцов долота проф. В. С. Федоровым предложено следующее соотношение:

где G - осевая нагрузка на долото;

а_z - половина угла приострения зубцов;

 - угол трения материала зубцов о породу;

 - коэффициент перекрытия долота;

D -диаметр долота;

 - критическое напряжение породы.

У некоторых долот применяется шахматное расположение зубцов. Такое расположение зубцов на шарошках приводит к дроблению шага, увеличению поражаемости забоя и в определенной мере предотвращает попадание зубцов след в след, тем самым способствуя повышению эффективности разрушения горных пород.

Однако, в этом случае наблюдается увеличение угла встречи зуба с забоем, что в ряде случаев может значительно понизить эффективность разрушения горных пород. У серийных долот угол  изменяется от 60⁰ до 85⁰, а из-за дробления шага - от 75⁰ до 85⁰.

С увеличением шага размещения зубцов на венцах шарошек (с уменьшением угла ) увеличивается время контакта их с породой, что позволяет полнее использовать энергию, затраченную на разрушение. Большой шаг расположения зубцов увеличивает так же динамический эффект ударов по забою, что приводит к более полному и интенсивному воздействию зубца на породу.

Для некоторых типов долот поворот зубцов под определенным углом относительно образующей конуса шарошек увеличивает производительность долота на 15-60% за счет более благоприятного распространения перекрывающихся трещин и уменьшения воротников. При повороте зубцов перпендикулярно к направлению его движения увеличивается эффект фрезерования (у долот со смещением осей шарошек , что способствует проскальзыванию шарошек по забою). В первую очередь это относится к долотам типа М, МС, С, Используемых при бурении мягких пород, мягких пород с пропластками пород средней твердости и пород средней твердости.

Оптимальное расположение режущих кромок зубьев, перпендикулярно направленных проскальзыванию, можно определить по формуле (предложенной кафедрой бурения СамГТУ):

где  - угол разворота режущей кромки зубьев относительно образующей шарошки;

К - осевое смещение шарошки;

h - расстояние по оси шарошки от венца (точка М) до вершины конуса шарошки (точка 0);

_ф - фактическая конусность венца;

 - угол наклона оси шарошки;

 - угол, образованный прямой, проходящей через точки 0 и М, с осью 00₁, координатный угол в системе координат (на рис.12 шарошки показаны все вершины, входящие в формулу по определению tg).

Такое расположение зубцов позволяет повысить эффект фрезирования и общую работоспособность долота. (Отчет КПтИ за 1971 г.)

Рис.12

Лекция №4