БУРИЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК E21C1/12 E21C1/00 E21C37/18 

Изобретение относится к буровому оборудованию и может быть использовано, в частности, в горнорудной промышленности.

Известны бурильные машины вращательно-ударного действия (например, перфоратор ручной ПР-27В), состоящие из цилиндра, геликоидального стержня, поршня-ударника и буровращателя [1]
Недостатком таких бурильных машин является малый КПД. Кроме того, в бурильных машинах типа ПР-27В сила удара бойка ограничивается габаритами цилиндра, не регулируется и не является оптимальной.

Значительно более эффективными бурильными машинами являются машины, использующие в своей конструкции энергию электрогидравлического эффекта, высвобождающуюся при высоковольтном электрическом разряде в замкнутой полости, заполненной жидкостью.

К такому типу бурильных машин относится электрогидравлический рыхлитель конструкции КИСИ [2] принятый за прототип. Машина КИСИ включает корпус, в котором размещена гильза цилиндра с установленным в ней поршнем, образующая с ним полость, заполненную жидкостью. В боковой поверхности корпуса имеются два отверстия для электродов, размещенных в полости с жидкостью.

Недостатком этой машины является неэффективное использование энергии электрогидравлического эффекта, что приводит к снижению КПД машины. Это обусловлено тем, что при прохождении электрического разряда в жидкости эффект ударной волны имеет объемный характер и, следовательно, воздействует не только на поршень, но и на стенки и крышку цилиндра, т.е. используется менее половины ударного фронта волны.

Целью изобретения является повышение эффективности бурильной машины.

Цель достигается тем, что в бурильной машине, содержащей корпус с редуктором привода вращения и гильзой цилиндра, в котором размещен связанный с ударником поршень, а также заполненную жидкостью полость с расположенными в ней электродами, поршень выполнен из двух частей, одна из которых подпружинена относительно коpпуса, а вторая связана с ударником, при этом обращенные друг к другу торцовые поверхности частей поршня выполнены вогнутыми и образуют между собой и внутренними стенками гильзы цилиндра полость для размещения в последней электродов.

Возмущающее усилие, возникающее в жидкости при высоковольтном разряде, носит объемный характер с очень крутым фронтом. Эффективность его использования и КПД зависят от формы и величины поверхности поршня. Так, выполнение торцовой поверхности поршня вогнутой позволяет увеличить поверхность поршня без увеличения его диаметра, что позволяет более полно использовать объемный гидродинамический эффект. Кроме того, в предлагаемом техническом решении поршень состоит из двух частей. При гидродинамическом ударе части поршня перемещаются в противоположных направлениях.

Часть поршня, связанная с ударником, перемещаясь, наносит удар по рабочему инструменту. Другая часть поршня перемещается в противоположном направлении, при этом ее кинематическая энергия превращается в потенциальную энергию сжимаемой пружины. Затем происходит обратное преобразование энергий, за счет чего происходит дополнительный удар, что повышает эффективность работы машины.

На чертеже схематично представлена бурильная машина в разрезе.

Бурильная машина содержит корпус 1 с размещенной в нем гильзой цилиндра 2, внутри которой находится цилиндрический поршень, состоящий из частей 3 и 4, имеющих вогнутые торцовые поверхности, образующие совместно с внутренними стенками гильзы цилиндра полость 5. В этой полости, заполненной жидкостью, размещены электроды 6, которые подключаются к внешнему источнику электроэнергии (на чертеже не показан). Жидкость заливается в полость 5 через гидропробку 7, снабженную клапаном 8.

Часть 4 поршня связана с ударником 9, взаимодействующим с хвостовиком рабочего инструмента 10. Между частью 4 поршня и корпусом 1 помещена резиновая прокладка 11, а между частью 3 поршня и корпусом установлена пружина 12. Вращение рабочего инструмента осуществляется двигателем 13 через редуктор 14.

Бурильная машина работает следующим образом.

При подаче разности потенциалов на электроды 6, размещенные в жидкости, между ними возникает искра электрического разряда. Так как при высоковольтном электрическом разряде жидкость не сжимается, то энергия ударной волны вызывает перемещение обеих частей поршня в противоположные стороны. Часть 4 поршня, перемещаясь в сторону хвостовика рабочего инструмента 10, воздействует на него через ударник 9, заставляя рабочий инструмент совершать полезную работу разрушения породы. Энергия перемещения части 3 поршня преобразуется в потенциальную энергию сжимаемой пружины 12, которая, разжимаясь, толкает часть 3 поршня и через часть 4 поршня и ударник 9 передает энергию удара хвостовику рабочего инструмента, повышая тем самым КПД бурильной машины. Резиновая прокладка 11 предотвращает утечку жидкости из машины.

Жидкость в полости 5 находится под давлением, несколько превышающим атмосферное, что позволяет при любом пространственном положении бурильной машины обеспечить хороший контакт ударника 9 с хвостовиком рабочего инструмента.

Энергию ударного импульса можно регулировать, изменяя величину напряжения, подводимого к электродам 6, или емкость конденсатора в схеме питания. Частоту следования импульсов несложно регулировать, изменяя величину межискрового промежутка. В простейшем случае это можно осуществить с помощью набора свечей с различной длиной электрода.

Вогнутая торцовая поверхность поршня значительно увеличивает площадь активной зоны рабочей поверхности, в результате чего энергия электрогидравлического эффекта используется с наибольшим КПД. Кроме того, непосредственное превращение электрической энергии в механическую является несомненным достоинством предлагаемой конструкции бурильной машины.

Таким образом, бурильная машина предлагаемой конструкции имеет более высокий КПД по сравнению с прототипом, достигаемый за счет увеличения рабочей поверхности поршня без увеличения его геометрических размеров. Кроме того, использование потенциальной энергии сжатия пружины и преобразование в кинематическую энергию удара по хвостовику рабочего инструмента дополнительно повышают эффективность и КПД бурильной машины. Конструкция бурильной машины позволяет в значительных пределах изменять как мощность, так и частоту возмущающих усилий, что расширяет область ее применения.

Использование: бурильная машина относится к буровому оборудованию и может быть использована, в частности, в горной промышленности. Сущность изобретения: в корпусе бурильной машины размещены гильза цилиндра с поршнем, состоящим из верхней части и нижней. Внутренние поверхности поршней имеют вогнутую форму и образуют замкнутую полость, заполненную жидкостью, в которую помещены электроды. Выше верхней части поршня в гильзе цилиндра установлена пружина. Нижняя часть поршня переходит в ударник. Привод вращения осуществляется через редуктор. 1 ил.

БУРИЛЬНАЯ МАШИНА, содержащая корпус с редуктором привода вращения и гильзой цилиндра, в котором размещен связанный с ударником поршень, заполненную жидкостью полость с расположенными в полости электродами, отличающаяся тем, что поршень выполнен из двух частей, одна из которых подпружинена относительно корпуса, а вторая связана с ударником, при этом обращенные одна к другой торцевые поверхности частей поршня выполнены вогнутыми и образуют между собой и внутренними стенками гильзы цилиндра полость для размещения в последней электродов.