Режуще-скалывающего типа
При бурении в породах, не обладающих большой твердостью, применяются долота, режущая часть которых представляет собой односторонний клин.
Геометрическая форма режущей части у таких долот характерна углом заострения (b) и углом резания (a). Оптимальная величина угла b = 200, а угла a порядка 700 - для легкобуримых, мягких; b = 220, a = 750 - для мягких и средних пород; b = 250, a = 850 - для средних пород.
Долота режущего типа под стати ческой нагрузкой, действующей вдоль оси, погружается в породу, а при вращении скалывает ее по всей длине забоя. Таким образом, каждая точка, лежащая на режущей кромке долота, совершает одновременно два вида движения: вращение по кругу радиува (а) (расстояния от центра оси вращения) и поступательное - в направлении, перпендикулярным к плоскости этого круга, т. е. каждая точка при бурении описывает в пространстве винтовую линию.
Для простоты рассмотрения движения долота можно заменить движением по наклонной плоскости с углом наклона, равным углу подъема винтовой линии в данной точке долота, тогда картина
забоя будет выглядеть так (рис.49): в - толщина стружки; g - угол наклона плоскости. | Рис.49 |
После поворота двухлопастного долота на 1800 забой будет представлять вид двух наклонных плоскостей. Перед каждой лопастью долота образуется уступ с той максимальной высотой, которая соответствует суммарной глубине погружения за 1/2 оборота долота и называется толщиной стружки(в).
Если глубину разрушения за один оборот долота обозначим через h, то толщина стружки для двухлопастных долот будет h/2, а для трехлопастных - h/3 и т. д.
Рассмотрим силы, действующие на долото в процессе бурения.
b - угол заострения;
a - угол резания;
Р1 - усилие резания (окружное усилие;
Рис.50 | R - величина сопротивления породы вдавливанию. Сила R раскладывается на две силы: - нормальная сила к поверхности резания и сила Т. Под действием нормальной силы N на поверхности резания возникают силы трения fN, где f - коэффициент трения. |
Горизонтальному перемещению долота будет противодействовать сила Q, нормальная к передней грани долота, а сила трения fQ (на ней возникающая) будет действовать в том же направлении, что и сила R.
Рис.51 | Теперь рассмотрим силы, действующие на элемент стружки (рис.51): a - угол резания; b - угол между передней гранью долота и плоскостью скалывания; b/ - дополнительный угол к углу b. Сумма углов a + b = Const = 155-1600 - называется углом скалывания. |
Силы: Р1 = R + Qf
R2 = Q + fNCosg ( 1 )
Заменяя N через , получим:
Р2 = Q + fRCos2g ( 2 )
Величина силы в момент скалывания элемента стружки определяется сопротивлением, возникающим по плоскости скалывания.
Так как на отдельный элемент стружки действуют только две силы Q и fQ, то их можно заменить силами А и В (А -нормальное сопротивление скалыванию, В - сила, прижимающая стружку к плоскости скалывания, которая вызывает увеличение сопротивления скалывания на коэффициент внутреннего трения f/.
Если площадь сечения стружки на единицу длины режущей кромки долота обозначить через F, то то площадь скалывания будет , а усилие скалывания , где Кs - сопротивление скалыванию. Можно записать:
.
Силы А и В определяются из следующих уравнений:
А = Qsinb - fcosb
В = fQsinb + Qcosb ( 4 )
Подставляя значения А и В в уравнение 3, получим:
(5)
или
(6)
откуда
Напряжение сжатия в плоскости скалывания обычно мало, поэтому f можно принять равным нулю, тогда
После обозначения получим:
Так как F пропорциональна толщине стружки (в), то на единицу длины режущей кромки долота противодействия сила будет равна:
( 7 )
Исходя из уравнений 1, 2, и 7 усилия подачи и давление резания будут равны:
( 8 )
( 9 )
Силу R можно заменить выражением рS, где
р - сопротивление вдавливанию, т. е.твердость;
S - площадь контакта.
Угол g для долот большого диаметра очень мало отличается от нуля, поэтому cosg = 1.
Внося эти изменения в уравнения 8 и 9, получим в окончательном виде:
(10 )
(11 )
Таким образом, при бурении долотами скалывающе-режущего типа, приходится преодолевать сопротивление вдавливанию и сопротивление чистому скалыванию (сдвигу).
Сила Р2 (усилие резания) обычно меньше силы Р1 (усилие подачи - нагрузка). При этом виде бурения исключительно большое значение имеют силы трения (fpS), которые очень велики и распределяются на небольшой площади.
Соприкосновение между передней гранью долота и породой происходит по всей толщине стружки.. В начальный момент после скалывания очередного элемента стружки соприкосновение незначительно, а затем, по мере вращения долота и разрушения породы под его передней кромкой, площадь соприкосновения увеличивается до тех пор, пока возникающее при этом усилие не превзойдет
предела прочности породы по плоскости скалывания, и в этот момент происходит образование нового элемента стружки, можно назвать шагом долота, величину которого обозначают через а (рис.52). Шаг долота можно считать прямо пропорциональным, что вытекает из чисто геометрических соображений. | Рис.52 |
Дата добавления: 2021-11-16; просмотров: 354;