Qattiq togʻ jinsi va tuproqda burilish samaradorligiga turli xil burgʻu uchlari tishlari dizayni qanday taʼsir qiladi

Asosiy mexanik prinsiplar: Tish geometriyasi energiya uzatish va qirilish rejimini qanday boshqaradi

Burgʻu uchlari tishlari dizayni toʻgʻridan-toʻgʻri energiya samaradorligini belgilaydi, chunki uning geometrik parametrlari togʻ jinslarining qirilish mexanikasini boshqaradi. Optimal tish konfiguratsiyasi energiya sarfini minimal darajada saqlab, vayron boʻlishni samarali qirilish rejimiga yoʻnaltiradi — energiya talab qiladigan siqilishga emas.

Uch burchagi, orqa qiyalik va yon qiyalik: Ularning qirilishga asoslangan va siqilishga asoslangan togʻ jinsi vayron boʻlishiga bevosita taʼsiri

Uch burchagi qanday qilib shikastlanishlar boshlanishiga katta ta'sir ko'rsatadi. 90 gradusdan kam bo'lgan o'tkir burchaklar stress nuqtalarini jamlashga intiladi, bu esa yorilishlarning tog' jinslarida tez tarqalishiga yordam beradi. Keyin, orqa qiyalik (back rake) bor — bu kesuvchi tishning jinsga nisbatan qanday burchakda joylashganligini anglatadi. Bu aslida burg'ulash operatsiyalari davomida qanday turdagi vayronlik sodir bo'lishini belgilaydi. 15–25 gradus oralig'idagi past burchaklarda asosan siqilish natijasida maydonning qirilishi kuzatiladi. Lekin burchak 35–45 gradus atrofida keskinlashganda, taranglikka bog'liq qirilish orqali siljish vayronligi uchun yaxshiroq sharoit yaratiladi. Yon qiyalik (side rake) ham muhim ahamiyatga ega, chunki u burilma materiallarining teshikdan chiqarilishini va burilish qismi yuzasiga to'g'ri keladigan yon kuchlarning taqsimlanishini ta'sirlaydi. 20 gradusdan yuqori bo'lgan faol yon qiyalik burchaklari yopishqoq jinslarda 'topor' (balling) muammolarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Maydon sinovlari shuni ko'rsatdiki, bu parametrlarning barchasini birgalikda to'g'ri sozlash, asosan siqilish mexanizmi o'rniga siljish ustuvor bo'lgan sharoitlarda burg'ulashda xos energiya iste'molini taxminan 18–22 foizga kamaytirishi mumkin (bu natija «Journal of Petroleum Technology» jurnali 2023-yilgi sonida e'lon qilingan).

FEA dalillari: Granitda past orqa qiyalik (15°) dizaynida maʼlum energiya 27% yuqori, optimal (35°) dizaynga nisbatan

Chekli elementlar usulidan foydalanish qattiq togʻ jinslari bilan ishlashda shaklning samaradorlikka qanday ta'sir qilishini aniqlashga yordam beradi. Masalan, eski 15 gradusli orqa burilishli dizaynlar granitda yangi 35 gradusli versiyalarga nisbatan taxminan 27 foiz ortiqcha energiya talab qiladi, chunki ular siqilishni shunday yaxshi boshqara olmaydi. To'g'ri burchakni tanlash haqiqatan ham katta farq qiladi. Bu yaxshiroq kesish tekisliklarini hosil qiladi va ishlashni sekinlashtiruvchi shu noqulay siqilish muammolarini kamaytiradi. Kuchlanish tarqalishining namunalari ham qiziqarli natijalarni ko'rsatadi: 35 gradusli dizaynlar kesish chetidagi von Mises kuchlanishini taxminan 41 foizga kamaytiradi, bu esa issiqlikning kamroq to'planishiga va vaqt o'tishi bilan kesish qurollarining sekinroq izdan chiqishiga olib keladi. Buni asosan energiya iste'moli eng muhim ahamiyatga ega bo'lgan qattiq geologik shakllanishlar bilan ishlashda kesish qurollarining haqiqiy shakli umumiy samaradorlikka faqat g'ayrioddiy qattiq materiallardan foydalanishga tayanishga qaraganda katta ta'sir ko'rsatadi.

Burg'ulash burmasi tishlari Qattiq togʻ jinslarida (granit, kvartsit, bazalt) loyihalash va burgʻilash samaradorligi

Volfram karbidli qoʻshimcha (TCI) burmalari: yuqori siqilish bosimi ostida ishqalanishga chidamlilik va shikastlanish xavfi oʻrtasidagi muvozanat

TCI burilish qismlari qattiq tog‘ jinslarida burilish uchun ayniqsa yaxshi tanlovdir, chunki ular yaxshi abraziv chidamlilikka ega. Lekin biz juda chuqur quduqlarga tushganimizda, bosim juda yuqori darajaga yetganda, karbid tishlarda stress singari shikastlanish belgilari paydo bo'ladi. Bizning FEA natijalarimizga ko'ra, past orqa qiyalik burchakli (taxminan 15 gradus) konstruksiyalar granitda ishlashda ideal 35 graduslik sozlamaga nisbatan taxminan 27 foizga ko'proq energiya talab qiladi. Bu qo'shimcha kuchlanish ham o'rnatilgan qismlarning tezroq izdan ketishiga sabab bo'ladi. Bir marta yer ostiga 1500 metrdan o'tsak, vaziyat yanada qiyinlashadi, chunki atrofdagi tog‘ jinsi bosimi 50 MPa dan oshib ketadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, kvartsit shakllanishlarida har qo'shimcha 10 MPa bosim o'rnatilgan qismlarning shikastlanishini taxminan 18% ga oshiradi. To'g'ri karbid darajasini tanlash bu yerda juda muhim. G'ayrioddiy katta donali variantlar birdaniga ta'sir etuvchi yuklarga yaxshiroq chidamli, lekin vaqt o'tishi bilan tezroq yeyiladi; shuning uchun operatorlar bajarilayotgan ish turiga qarab mustahkamlik va xizmat muddati o'rtasida muvozanatni saqlashga majbur bo'ladi.

Milling qilinadigan tishli burmalar qachon ajoyib natija beradi: 80 MPa kvartsitda aylanma-uruvchi ishlash va makro-geometriyaning chidamliligi ahamiyati

Haqiqatan ham qattiq kvartsit togʻ jinslarini, ya'ni siqilish kuchi 80 MPa dan yuqori bo'lgan jinslarni burg'ulashda, o'ralgan tishli burg'ular odatda an'anaviy TCI (tungsten karbidli insertlar) bilan jihozlangan burg'ularga afzal ko'riladi. Bu burg'ular shakli ularga shunday struktural qattiqlik beradiki, ular bunday qiyin ishlarni bajarish uchun kerakli mustahkamlikka ega bo'ladi. Po'lat tishlar shaffof karbidli insertlarga nisbatan takrorlanuvchi kuchlanishlarga chidamliligi yuqori bo'lib, chunki ular bir vaqtda parchalanib ketmasdan, balki nazorat qilinadigan tarzda maydalar trog'lar hosil qiladi. Maydon sinovlari shuni ko'rsatdiki, bu usul umumiy burg'ularning vafot etishini taxminan 40% ga kamaytiradi. Yana bir katta afzallik — ularning kengroq gullet (o'ralgan tishlar orasidagi bo'shliq) dizayni, bu esa qayta ishlangan bazalt jinslarida burilma materiallarining bir-biriga qo'yingan holda to'planishini oldini oladi. Natijada, shu kabi sharoitlarda standart TCI burg'ular bilan ishlashda 78% samaradorlikka erishilganda, o'ralgan tishli burg'ular bilan ishlashda samaradorlik taxminan 92% ni tashkil qiladi. Seysmik tadqiqotlar o'tkazayotgan yoki aralash qattiq tog' jinslaridan tunnellarni qurayotgan kompaniyalar uchun o'ralgan tishli burg'ularga o'tish ko'pincha ixtiyoriy tanlov emas, balki zaruriyatga aylanadi.

Burg'ulash burmasi tishlari Yumshoqdan o'rtacha qatlamli shakllanishlarda (g'isht, shifer, parchalanayotgan qumtosh) loyihalash va burg'ulash samaradorligi

Toporlanishni oldini olish va chiplatmalarini olib tashlashni yaxshilash: hujumkor yon qirg'oz va o'ralma geometriyasining muhim ahamiyati

Glinali va shiferli qatlamlar bilan ishlash burg'ulashchi uchun haqiqiy bosh og'rig'iga sabab bo'ladi, chunki chiplar to'g'ri chiqarilmaganda biz burg'uvchi burilishda qo'polash muammolariga duch kelamiz. Bu hamma shu chiplarning burg'uvchi burilishiga yopishib qolganida sodir bo'ladi, bu esa burg'uvchi burilishni kerakidan ortiq aylantirishga va chuqurligini kamaytirishga olib keladi. Burg'uvchi burilishning yon qismidagi 35–45 graduslik kuchli qirqish burchaklaridan foydalanish chiplarni burg'uvchi burilishning o'ziga yig'ilishiga yo'l qo'ymasdan, ularni g'or kanallariga yon tomonga itaradi. Agar bu burchaklar yaxshiroq loyihalangan, kengroq qismlarga va tikroq devorlarga ega g'or kanallari bilan birlashtirilsa, material burg'uvchi burilishga yopishib qolmasdan ancha tez o'tadi. Sinerjilangan qumtoshda o'tkazilgan sinovlar oddiy jihozlar bilan solishtirganda qo'polash muammolarining 40 foizga kamayganligini ko'rsatdi. Yaxshi oqim yo'llari bizni eski chiplarga qayta-qayta burg'ulashdan saqlaydi, bu esa ishlarimizni silliq o'tishiga yordam beradi va shu murakkab qatlamlarda isitilish tufayli vujudga keladigan ishlashni kamaytiradi.

Material va tuzilma kompromisslari: doimiy burilish samaradorligini ta'minlash uchun TCI va frezalangan tish

Karbid bog'lanishining butunligi, issiqlikdan charchash va siklik yuklanish ostida po'lat tishning mikrotroshilishi

Burilish qirg'ochi tishlarining dizayni va ularning ishlash samaradorligi asosan operatsion kuchlanishlarga uchraganda materialning vayron bo'lishini nazorat qilishga bog'liq. Issiqlikka chidamlilik — TCI qirg'ochlar uchun katta muammo bo'lib, takroriy isitish va sovutish karbid bilan asos o'rtasidagi birikishni zaiflatadi, bu esa uzun burilish sessiyalari natijasida qo'shimcha elementlarning qulashiga olib kelishi mumkin. Milllangan po'lat tishlar ham o'z muammolariga ega: ular tez-tez urilishlar natijasida vaqt o'tishi bilan mayda troshinlar hosil qiladi, ayniqsa bosim 750 MPa dan yuqori bo'lganda granit shakllanishlarida bu troshinlar aniqroq ko'rinadi. Chekli elementlar tahlili shuni ko'rsatadiki, qiyin qazilma sharoitlarida TCI-lar buzilishgacha taxminan 1,8 marta uzunroq xizmat qiladi; ammo agar geometriya juda hujumkor bo'lsa, issiqlik muammolari aksincha tezroq sodir bo'ladi. Po'lat tishlar boshqa vaziyatni namoyish etadi: abraziv qazilmalarda doimiy urilish natijasida mikrotroshinlar har 100 soatlik ishlash davomida 0,3 dan 0,5 mm gacha o'sadi; shuning uchun ular boshida arzon bo'lsada, tezroq almashtirilishi kerak. Umumiy samaradorlik uchun to'g'ri muvozanat topish — bajarilayotgan ishga mos vositani tanlashni anglatadi. TCI-lar temperaturaning keskin o'zgarishlari bo'lmasa va asosiy muammo sifatida yopishib qolish (yeyilish) mavjud bo'lganda eng yaxshi ishlaydi. Po'lat tishlar esa sindirishga chidamlilik va birdaniga kuchli urilishlarga chidash qobiliyatiga e'tibor beriladigan vaziyatlarda maqsadga muvofiqdir.

Ko'p beriladigan savollar

Drill bit tishlarining geometriyasi energiya samaradorligiga qanday ta'sir ko'rsatadi?

Drill bit tishlarining geometriyasi tog' jinsini sindirish mexanikasini belgilab, energiya samaradorligiga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir ko'rsatadi. Optimallashtirilgan konfiguratsiyalar energiya sarfini kamaytirish uchun samarali kesish rejimlarini rag'batlantirib va energiya talab qiladigan siqish usulidan qochish orqali ortiqcha energiya sarfini minimal darajada saqlaydi.

Uch burchagi, orqa kesish burchagi va yon kesish burchagi drill bilan tog' jinsini sindirish jarayonida qanday ta'sir ko'rsatadi?

Uch burchagi sindirish boshlanishini ta'sirlaydi: o'tkirroq burchaklar kuchlanishni konsentratsiyalash va trostikka tarqalishni rag'batlantiradi. Orqa kesish burchagi sindirish turini ta'sirlaydi: chuqurroq burchaklar tortish kuchi orqali kesish sindirishini afzal ko'radi. Yon kesish burchagi chiplar chiqarilishini va yon kuchlarning taqsimlanishini ta'sirlaydi: kuchliroq burchaklar to'p-shaklli (balling) muammolarni kamaytiradi.

Chekli elementlar tahlili (FEA) drill bit ishlashini tushunishga qanday hissa qo'shadi?

FEA stress tarqalishi va energiya sarfi tahlili orqali ishlash samaradorligini baholashga yordam beradi. U, masalan, orqa qiyalik burchagi kabi dizayn o'zgarishlarining samaradorlik, yeyilish va stress namunalari ustidagi ta'sirini ko'rsatadi va shuning orqali asbob shaklini va energiya sarfini optimallashtirishga yordam beradi.

Qattiq tog' jinslarida burg'ulashda millovchi tishli burmalar (milled tooth bits) an'anaviy TCIs (tungsten carbide inserts) ga nisbatan qanday afzalliklarga ega?

Millovchi tishli burmalar struktural jihatdan barqaror bo'lib, nazorat ostida troshinlar hosil qilish orqali avariya holatlarni kamaytiradi. Ular qattiq tog' jinslarida burg'ulashda yuqori samaradorlikni saqlab turadi va an'anaviy TCIsdagi fragil volfram karbid qo'shimchalarga xos bo'lgan to'planish muammolarini kamaytiradi.

Yuqori bosimli burg'ulash muhitida to'g'ri karbid darajasini tanlash nima uchun muhim?

Yuqori bosimli muhitda karbid darajalari yeyilish va sindirishga chidamlilikni ta'sirlaydi. Yirik donali karbidlar urushlarga yaxshi chidasa ham, tezroq yeyiladi. To'g'ri darajani tanlash urushlarga chidamlilik va xizmat muddati o'rtasida muvozanat o'rnatib, optimal ishlashni ta'minlaydi.