БУРОВОЙ СТАНОК Российский патент 1995 года по МПК E21C1/00 E21B3/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым станкам.

Цель изобретения - увеличение долговечности рабочего оборудования за счет снижения нагрузки на мачту и исключение динамической нагрузки на мачту в режиме пуска привода в работу.

На фиг. 1 изображен буровой станок с механизмом разгрузки; на фиг.2 - тормозное приспособление в виде шинно-пневматической муфты; на фиг.3 - тормозное приспособление в виде гидромашины; на фиг.4 - гидравлическая схема привода гидромашины.

Буровой станок состоит из привода, размещенного на подвижной каретке 1 мачты (на фиг.1 не показана), имеющий верхний пояс 2 и нижний пояс 3, а также направляющие 4, расположенные вдоль продольной оси мачты. Каретка 1 посредством роликов 5, закрепленных в ней своими осями 6, установлена в мачте с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси. Привод вращения става станка включает: приводной электродвигатель 7 и планетарный механизм 8. Вал 9 электродвигателя 7 соединен с центральной шестерней 10 планетарного механизма 8, взаимодействующей с коронным колесом 11 посредством сателлитов 12, оси 13 которых закреплены на водиле 14, последнее установлено в опорах 15 и 16 каретки 1 и связано через зубчатую пару колес 17 и 18 со шпинделем 19, в свою очередь установленного в опорах 20, 21 и 22 подвижной каретки 1. Коронное колесо 11 планетарного механизма 8 закреплено на каретке 1 в опоре 23 и через хвостовик 24 связано с шестерней 25. Последняя находится в зацеплении с шестерней 26, жестко закрепленной на полом валу 27, установленном в опорах 28 и 29 каретки 1. Полый вал 27 соединен также и с венцом 30 упругой муфты 31. Ступица 32 упругой муфты 31 выполнена в виде обоймы, охватывающей стержень 33 некруглого сечения, который размещен вдоль продольной оси мачты и жестко закреплен своим шлицевым концом 34 через втулку 35 на нижнем поясе 3 мачты станка. Верхним своим концом 36 стержень 33 установлен шарнирно в опорах 37 и 38 верхнего пояса 2 мачты станка. Стержень 33, упругая муфта 31 и зубчатая передача шестерней 25 и 26 образуют устройство разгрузки мачты бурового станка от реактивного крутящего момента привода. Шпиндель 19 посредством амортизатора 39 соединен со ставом 40 станка, а каретка 1 посредством тросов 41 - с механизмом подачи.

При выполнении тормозного приспособления в виде шинно-пневматической муфты (фиг.2) нижний конец стержня 33 установлен в опоре и шлицевой частью 34 жестко связан с втулкой 35 шинно-пневматической муфты 42, последняя содержит баллон 43, размещенный между втулкой 35 и корпусом 44, закрепленным на нижнем поясе 3 мачты станка. Баллон 43 шинно-пневматической муфты 42 посредством пневмолинии 45 связан с пневмоемкостью 46, которая в свою очередь через предохранительный клапан 47 связана с атмосферой.

При выполнении тормозного приспособления в виде гидромашины 48, (фиг.3, 4), установленной на нижнем поясе 3 мачты станка и связанной своим валом 49 со шлицевой частью 34 стержня 33 посредством муфты 50, гидромашина 48 включает линии 51 низкого и 52 высокого давлений и управляемый дроссель 53, включающий входной 54 и выходной 55 коллекторы, поршень 56 со штоком 57 переменного сечения, дросселирующую кольцевую щель 58, камеру управления, разделенную поршнем 56 на две полости 59 и 60. Полость 59 расположена со стороны штока 57, снабжена пружиной 61 и гидравлически связана через обратный клапан 62 с выходным коллектором 55, а через регулируемый дроссель 63 - с баком 64. Полость 60 расположена со стороны поршня 56 и гидравлически связана через редукционный клапан 65 с входным коллектором 54, а через дроссель 66 - с баком 64. Линия 51 через дроссельный обратный клапан 67 связана с гидроаккумулятором 68, а через обратный клапан 69 - с входным коллектором 54. В свою очередь линия 52 через дроссельный обратный клапан 70 связана с гидроаккумулятором 71, а через обратный клапан 72 - с входным коллектором 54 управляемого дросселя 53. Входной коллектор 54 посредством предохранительного клапана 73 гидравлически связан с баком 64. Выходной коллектор 55 гидравлически связан с блоком подпитки 74 гидросистемы привода, а также через обратный клапан 75 с линией 51 и через обратный клапан 76 с линией 52 тормозной гидромашины 48.

Буровой станок работает следующим образом. Приводной электродвигатель 7 через вал 9, центральную шестерню 10 приводит во вращение сателлиты 12. Последние, обкатываясь по заторможенному коронному колесу 11 через оси 13, приводят в движение водило 14, которое через пару зубчатых колес 17 и 18 передает крутящий момент шпинделю 19, амортизатору 39 и ставу 40. Одновременно заторможенное коронное колесо 11 через хвостовик 24, зубчатую передачу шестерен 25 и 26, полый вал 27, упругую муфту 31, стержень 33, его шлицевой конец 34, втулку 35 передает реактивный крутящий момент привода нижнему поясу 3 мачты станка. При этом передаточное отношение зубчатой передачи шестерен 25 и 26 рассчитано по формуле
i = где R_вх - число ступеней передачи движения от вала приводного двигателя к входному валу планетарного механизма (R_вх=0,1,2,...,n);
R_вых - число ступеней передачи движения от выходного вала планетарного механизма к ставу станка (R_вых=0,1,2,...,m);
R - число ступеней передачи движения от звена планетарного механизма, воспринимающего его реактивный момент, к стержню некруглого сечения (R=1,2, ...,р);
i_Д - передаточное отношение планетарного механизма от его входного вала к выходному при заторможенном звене, воспринимающем реактивный момент планетарного механизма (при одном и том же направлении вращения входного и выходного валов i_Д>0, при различных - i_Д> 0);
i_вх - передаточное отношение передачи от вала приводного двигателя к входному валу планетарного механизма;
i_вых - передаточное отношение передачи от выходного вала планетарного механизма к ставу станка, обеспечивает равенство суммы моментов от сопротивления вращения става 40 и двигателя 7 реактивному моменту, действующему через упругую муфту 31 на стержень 33, что приводит к полной разгрузке мачты станка от действия реактивного момента привода. Непараллельность направляющих 4 и стрежня 33 при монтаже компенсируется сферической опорой 38 верхнего пояса 2, а при бурении (перемещении каретки 1 вдоль продольной оси мачты) - радиальной податливостью упругой муфты 31 в пределах зазора между ее ступицей 32 и полым валом 27.

При выполнении тормозного приспособления в виде шинно-пневматической муфты буровой станок работает следующим образом. Приводной электродвигатель 7 через вал 9, центральную шестерню 10 приводит во вращение сателлиты 12. Последние, обкатываясь по заторможенному коронному колесу 11, через оси 13 приводят в движение водило 14, которое через пару зубчатых колес 17 и 18 передает крутящий момент шпинделю 19, амортизатору 39 и ставу 40. Одновременно заторможенное коронное колесо 11 через хвостовик 24, зубчатую передачу шестерен 25 и 26, полый вал 27, упругую муфту 31, стержень 33, его шлицевой конец 34 и шинно-пневматическую муфту 42 передает реактивный крутящий момент привода нижнему поясу 3 мачты станка.

При выполнении тормозного приспособления в виде гидромашины буровой станок работает следующим образом. Перед пуском привода в работу поршень 56 со штоком 57 управляемого дросселя 53 под действием усилия, развиваемого пружиной 61, находится в крайнем правом положении, что соответствует максимальному проходному сечению дросселирующей кольцевой щели 58. При пуске привода в работу блок подпитки 74 подает рабочую жидкость из бака 64 в выходной коллектор 55, через обратные клапаны 75 и 76 соответственно в линии 51 и 52 гидромашины и через обратный клапан 62 в полость 59 управляемого дросселя 53. Включают электродвигатель 7, последний через вал 9, центральную шестерню 10, сателлиты 12, коронное колесо 11, зубчатую пару шестерен 17 и 18, полый вал 27, упругую муфту 31, стержень 33, муфту 50 приводит во вращение вал 49 гидромашины 42. Рабочая жидкость из рабочих камер гидромашины 48 поступает по линии 52 через дроссельный обратный клапан 70 в гидроаккумулятор 71, а через обратный клапан 72 - во входной коллектор 54 к предохранительному 73 и редукционному 65 клапанам. Далее рабочая жидкость поступает через дросселирующую кольцевую щель 58 в выходной коллектор 55 и через обратный клапан 75 в линию 51 к рабочим камерам гидромашины 48. При этом обратные клапаны 64 и 70 закрыты. Вступает в работу редукционный клапан 65. Рабочая жидкость от входного коллектора 57 через редукционный клапан 65 поступает в полость 60 к дросселю 66 и, преодолевая усилие пружины 61, перемещает поршень 56 со штоком 57 влево, при этом рабочая жидкость из полости 59, запирая обратный клапан 62 через регулируемый дроссель 63, вытесняется поршнем 56 в бак 64. Одновременно уменьшается проходное сечение дросселирующей кольцевой щели 58, что приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости в гидромашине 48. По мере уменьшения расхода через управляемый дроссель 53 уменьшается и скорость вращения вала 49 гидромашины 48. Когда поршень 56 со штоком 57 займет крайнее левое положение, расход через управляемый дроссель станет равным нулю. Одновременно с этим скорость вращения вала 49 гидромашины 48 и кинематически связанного с ним через вал 34, упругую муфту 31 и пару шестерен 25 и 26 коронного колеса 11 снижается практически до нуля. Вращающиеся сателлиты 12 передают весь крутящий момент привода, соответствующий давлению рабочей жидкости в линии 52 гидромашины 48, водилу 14, далее через зубчатую пару колес 17 и 18 - шпинделю 19 и ставу 40 бурового станка, а через гидромашину 48 реактивный момент привода воспринимается нижним поясом 3 мачты.

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет увеличить долговечность рабочего оборудования за счет снижения нагрузки на мачту и исключить динамическую нагрузку на мачту в режиме пуска привода в работу. Для этого буровой станок снабжен механизмом разгрузки мачты от реактивного крутящего момента, размещенного на каретке с возможностью продольного перемещения вдоль мачты привода вращения бурового става. Выполнен механизм разгрузки мачты в виде шестерни, жестко закрепленной на полом валу, связанном с упругой муфтой. Ступица муфты имеет вид обоймы и охватывает размещенный вдоль продольной оси мачты стержень. Верхний конец стержня установлен шарнирно посредством опор в верхнем поясе мачты, а нижний конец размещен в нижнем поясе и связан с ним посредством тормозного приспособления. Шестерня связана с воспринимающим реактивный момент звеном планетарного механизма, посредством которого приводной электродвигатель привода связан с буровым ставом. Тормозное приспособление выполнено в виде шинно-пневматической муфты, которая посредством пневмолинии связана с пневмоемкостью, имеющей предохранительный клапан для связи с атмосферой. Через хвостовик, шестерню, вал, муфту, стержень, его шлицевой конец и шинно-пневматическую муфту заторможенное коронное колесо передает реактивный крутящий момент привода нижнему поясу мачты станка. Возможен другой вариант выполнения тормозного приспособления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. БУРОВОЙ СТАНОК, содержащий мачту с верхним и нижним поясами и размещенный на каретке с возможностью продольного перемещения вдоль мачты привод вращения бурового става, включающий в себя приводной двигатель, который кинематически связан посредством многозвенного планетарного механизма, имеющего звено, воспринимающее реактивный момент, с буровым ставом, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности рабочего оборудования путем снижения нагрузки на мачту, буровой станок снабжен механизмом разгрузки мачты от реактивного крутящего момента привода, который выполнен в виде шестерни, жестко закрепленной на полом валу, связанном с упругой муфтой, ступица которой имеет вид обоймы и охватывает стержень, размещенный вдоль продольной оси мачты, причем верхний конец стержня установлен шарнирно посредством опоры в верхнем поясе мачты, а нижний конец размещен в нижнем поясе и связан с ним посредством тормозного приспособления, при этом шестерня механизма разгрузки связана со звеном планетарного механизма, воспринимающим его реактивный момент. 2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что тормозное приспособление выполнено в виде шинно-пневматической муфты, которая посредством пневмолинии связана с пневмоемкостью, имеющей предохранительный клапан для связи с атмосферой. 3. Станок по п.1, отличающийся тем, что, с целью исключения динамической нагрузки на мачту в режиме пуска привода в работу, тормозное приспособление выполнено в виде гидромашины, линии высокого и низкого давления которой связаны между собой посредством управляемого дросселя, при этом вал гидромашины кинематически связан со стержнем механизма разгрузки мачты от реактивного крутящего момента. 4. Станок по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение кинематической связи шестерни механизма разгрузки мачты со звеном планетарного механизма, воспринимающим его реактивный момент, определяется по формуле

где R_вх - число ступеней передачи движения от вала приводного двигателя к входному валу планетарного механизма, R_вх = 0, 1, 2, ..., n;
R_вых - число ступеней передачи движения от выходного вала планетарного механизма к ставу станка, R_вых = 1, 2, 3 ..., m;
R - число ступеней передачи движения от звена планетарного механизма, воспринимающего его реактивный момент к валу некруглого сечения, R = 1, 2, . .., p;
i_D - передаточное отношение планетарного механизма от его входного вала к выходному при заторможенном звене, воспринимающим его реактивный момент (при одном и том же направлении вращения входного и выходного валов i_D > 0 при различных - i_D < 0);
i_вх - передаточное отношение передачи от вала приводного двигателя к входному валу планетарного механизма;
i_вых - передаточное отношение передачи от выходного вала планетарного механизма к ставу станка.