УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21C1/08 E21B3/02 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к машинам для вращательно-импульсного бурения шпуров и скважин.

В горнотехнической литературе нет четкого определения для вращательно-импульсного бурения. Этим термином обозначают и вращательное бурение и с периодически прикладываемым импульсом силы в осевом направлении, и вращательное бурение с переменной угловой скоростью вращения инструмента. В данном случае имеется в виду последнее.

В качестве прототипа для предлагаемого изобретения выбран гидравлический патрон для буровых станков no авт. свид. СССР N 282217. Указанный патрон содержит связанный с механизмом вращения шпиндель, в котором устанавливается бурильная труба. Между бурильной трубой и шпинделем размещен упругий элемент, предназначенный для передачи вращения от шпинделя к бурильной трубе /инструменту/. В качестве упругого элемента использована пружина. Такой патрон не обеспечивает возможности сколько-нибудь существенного углового смещения инструмента относительно шпинделя.

В основу изобретения положена задача создать устройство для бурения, конструкция которого обеспечивает адаптивную вариацию скорости вращения по отношению к процессу циклического разрушения породы в забое шпура.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в устройстве для бурения, содержащем механизм вращения со шпинделем, в котором размещен хвостовик бурового инструмента, причем между шпинделем и хвостовиком расположен упругий элемент, передающий вращение от шпинделя к инструменту, упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, один конец которой закреплен на шпинделе, а другой на хвостовике бурового инструмента.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для бурения, разрез.

Полый шпиндель 1 связан с механизмом вращения. В полости шпинделя 1 располагается хвостовик 2 штанги, на другом конце которой закреплен резец /коронка/, контактирующий с породой. Между шпинделем 1 и хвостовиком 2 расположен передающий крутящий момент упругий элемент, например спиральная пружина 3, установленная соосно с хвостовиком 2. Один конец пружины 3 жестко закреплен на шпинделе 1, а другой на хвостовике 2.

Устройство действует следующим образом.

Под действием активного момента вращения М_а шпиндель совершает непрерывное вращение с постоянной угловой скоростью ω_a. С помощью пружины 3 вращение передается штанге, на которой находится резец, преодолевающий реактивный момент сопротивления разрушаемой породы М_р. Во время наибольшего сжатия породы, перед сколом, М_а М_р и пружина 3 находится в состоянии полного сжатия /закручивания/.

Посла скола породы сопротивление ее перед резцом резко падает и М_а>М_р, вследствие чего эластичный элемент, растягиваясь /раскручиваясь/, быстро проворачивает вперед инструмент до тех пор, пока на возрастает М_р. В этот момент инструмент остановится, а шпиндель начнет сжимать эластичный элемент /закручивать пружину/ до тех пор, пока не сравняются вращающие моменты М_а М_р, после чего снова начнется сжатие породы, образование ядра уплотнения и скол участка породы, вследствие чего падает М_р, и т.д. В течение этого цикла во время сжатия эластичного элемента /закручивания пружины/ инструмент будет иметь минимальную угловую скорость, близкую к нулю, вследствие чего, как указывалось выше, инструмент совершит наибольшее осевое внедрение в породу. Это в свою очередь приведет к увеличению толщины стружки и при неизменном числе оборотов к увеличению скорости бурения.

Расчет конструктивных размеров эластичного элемента должен обеспечить наибольшую скорость растяжения /раскручивания /эластичного элемента на участке свободного /с М_р/ движения резца.

Использование: предлагается устройство для бурения, содержащее механизм вращения со шпинделем, в котором размещен хвостовик бурового инструмента, причем между шпинделем и хвостовиком расположен упругий элемент, передающий вращение от шпинделя к инструменту. Сущность изобретения: упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, закрепленной одним концом на шпинделе, а другим - на хвостовике бурового инструмента. Такое выполнение позволяет повысить скорость бурения за счет обеспечения цикличности процесса разрушения породы в забое шпура. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для бурения, содержащее механизм вращения со шпинделем, буровой инструмент, размещенный в шпинделе и установленный между шпинделем и инструментом с возможностью передачи вращения, упругий элемент в виде пружины, один конец которой закреплен на шпинделе, отличающееся тем, что второй конец пружины закреплен на буровом инструменте. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде спиральной цилиндрической пружины.