УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОБИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ В МАССИВЕ Российский патент 2000 года по МПК E21B7/26 E02F5/18 

Изобретение относится к пробиванию отверстий круглого сечения в горном массиве, а также прокладыванию кабелей телефонной, электро- и радиосвязи, дренажных труб. Кроме того, может быть использовано для пробивания образующихся пробок в сантехнических и промышленных коммуникациях.

Известны устройства для пробивания скважин в грунте, основанные на использовании энергии взрывчатых веществ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство по авторскому свидетельству СССР N 484289, кл. E 02 F 5/18, 1975 , которое предназначено для пробивания отверстий в массиве (грунте), основанное на использовании сжатого воздуха. Известное устройство включает корпус с рабочей и вспомогательными камерами, механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха и закрепленную в головной части корпуса пику. При этом вспомогательная камера с механизмом импульсного истечения сжатого воздуха размещено в хвостовой части устройства.

В данном устройстве функцию силового воздействия на рабочий орган - головку выполняет гидравлическое импульсное давление, а сжатый воздух является источником, сжимающим минеральное масло в гидроцилиндре до расчетного давления. Сжатый воздух воздействует на головку только через промежуточный элемент, а движение головки происходит за счет разности масс внутреннего цилиндра и головки.

Целью изобретения является повышение эффективности пробивания отверстий в массиве (грунте) за счет повышения скорости проникания пневмоимпульсного устройства в массив под действием реактивной силы истекающего из него в импульсном режиме сжатого воздуха высокого давления, а также обеспечения непрерывности процесса воздействия на массив.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит корпус с рабочей и размещенной в хвостовой части корпуса вспомогательной камерой с механизмом периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в головной части корпуса пику, причем рабочая и вспомогательная камеры разделены дифференциальным золотником, имеющим калиброванный канал для связи упомянутых камер и расположенным с возможностью периодического перекрывания выхлопных отверстий из рабочей камеры, которые направлены под углом > 90 < 180^o относительно продольной оси корпуса, а рабочая камера сообщена с источником сжатого воздуха со стороны вспомогательной камеры через пропущенную соответственно в ней и механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха сквозную воздухопроводящую трубку, причем золотник имеет ступенчатый продольный канал для размещения в последнем дифференциального поршня.

На фиг. 1 и 2 изображены общие виды устройства для пробивания отверстий в массиве.

Устройство включает корпус с рабочей камерой 1 и вспомогательную камеру 2, расположенную в хвостовой части корпуса, разделенные золотником 3, перекрывающим выхлопные отверстия 4, ориентированные под углом > 90 < 180^o относительно продольной оси корпуса.

Рабочая камера сообщена с гибким питающим шлангом 5 через пропущенную во вспомогательной камере сквозную трубку. Рабочая и вспомогательная камеры сообщены между собой калиброванным отверстием 7 в золотнике 3. Сквозной продольный канал 8 в золотнике 3 выполнен ступенчатым и в нем размещен дифференциальный поршень 9, площадь которого со стороны рабочей камеры 1-S₁. Ход дифференциального поршня ограничен стопором 10 и ступенью канала 8. Со стороны вспомогательной камеры площадь канала 8 и дифференциального поршня 9 равна величине S₂. Причем S₁ > S₂. Канал 8 со стороны вспомогательной камеры перекрыт обратным клапаном 11, поджатым к пояску 12 усилием f пружины 13 и кинематически связанным с дифференциальным поршнем 9.

В золотнике выполнено также калиброванное отверстие 14, сообщающее вспомогательную камеру 2 с атмосферой при соответствующем положении золотника и обратного клапана 11. В головной части корпуса закреплена пика 15 диаметром, превышающим диаметр корпуса. Поступление сжатого воздуха из гибкой питающей сети осуществляется через вентиль 16.

На фиг. 2 представлена модификация устройства, в котором роль пружины выполняет сжатый воздух, заключенный в пространстве пневмоцилиндра 17 между его стенками и поршнем 18. Сжатый воздух поступает под поршень 18 через канал 19 из рабочей камеры 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство приставляют к объекту пикой вперед.

При открытии вентиля 15 сжатый воздух из сети по гибкому шлангу 5 поступает через трубку 6 в рабочую камеру 1 и далее через канал 7 во вспомогательную камеру 2. Одновременно с этим давление сжатого воздуха воспринимает поршень 9.

При выполнении условия P₁ • S₁ ≥ P₂ • S₂ + f, где P₁ и P₂ давление воздуха соответственно в рабочей и вспомогательной камерах, поршень 9 перемещается и, отжимая пружину 13, открывает клапан 11. При этом воздух из вспомогательной камеры 2 истекает через калиброванные отверстия 14 и выхлопные отверстия 4 в атмосферу. Давление во вспомогательной камере падает, в связи с чем золотник перемещается, открывает выхлопные отверстия 4, через которые сжатый воздух вытекает из рабочей камеры в атмосферу в импульсном режиме. Поскольку истечение происходит под углом > 90 < 180^o относительно продольной оси корпуса, то под действием формирующейся реактивной силы истекающего воздуха устройству сообщается скорость, с которой оно, перемещаясь вперед, внедряется пикой в массив. После истечения воздуха из рабочей камеры обратный клапан 11 вместе с поршнем 9 возвращается в исходное положение. В свое первоначальное положение возвращается и золотник 3. На этом заканчивается период открытия золотником 3 выхлопных отверстий 4, а вместе с этим и первый импульс воздействия и проникания устройства в массив на определенную глубину. Поскольку рабочее тело - сжатый воздух непрерывно поступает в рабочую камеру устройства через гибкий питающий шланг, перемещающийся вместе с устройством, то последнее, действуя периодически, углубляет отверстие и планомерно проникает в массив. Очевидно, что процесс прекратится только в случае прекращения поступления сжатого воздуха в рабочую камеру устройства. Превышение диаметра пики над диаметром корпуса позволяет разрыхленному массиву размещаться в зазоре между корпусом и стенками отверстия и далее выбрасываться наружу через устье отверстия под действием истекающего расширяющегося воздуха.

Изобретение относится к области горной промышленности и строительства, в частности, к устройствам для пробивания отверстий в массиве горных пород или искусственных образований. Сущность изобретения: устройство включает корпус с рабочей и вспомогательной камерами с механизмом периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в головной части корпуса пику, при этом рабочая и вспомогательные камеры разделены дифференциальным золотником, расположенным с возможностью периодического перекрытия выхлопных отверстий рабочей камеры, которые направлены под углом >90<180^o относительно продольной оси корпуса. Изобретение обеспечивает повышение скорости пробивания отверстий в массиве под действием реактивной силы истекающего из него в импульсном режиме сжатого воздуха высокого давления, а также обеспечения непрерывности процесса воздействия на массив. 2 ил.

Устройство для пробивания отверстий в массиве, включающее корпус с рабочей и размещенной в хвостовой части корпуса вспомогательной камерой с механизмом периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в головной части корпуса пику, отличающееся тем, что рабочая и вспомогательная камеры разделены дифференциальным золотником, имеющим калиброванный канал для связи упомянутых камер и расположенным с возможностью периодического перекрывания выхлопных отверстий из рабочей камеры, которые направлены под углом > 90^o < 180^o относительно продольной оси корпуса, а рабочая камера сообщена с источником сжатого воздуха со стороны вспомогательной камеры через пропущенную соответственно в ней и механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха сквозную воздухопроводящую трубку, причем золотник имеет ступенчатый продольный канал для размещения в последнем дифференциального поршня.