УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОБИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ В МАССИВЕ Российский патент 2002 года по МПК E02F5/18 E21B7/26 B08B9/49 

Изобретение относится к области горной промышленности и строительства, в частности к устройствам для пробивания отверстий в массиве горных пород или искусственных образований. Например, для прокладывания кабелей телефонной, электро- и радиосвязи, дренажных труб. Кроме того, может быть использовано для пробивания образующихся пробок в сантехнических и промышленных коммуникациях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство по патенту на изобретение 2151259 РФ, основанное на использовании энергии сжатого воздуха.

Данный прототип характеризуется следующими моментами, отрицательно влияющими на эффективность его работы.

1. При опережающем заполнении рабочей камеры сжатым воздухом не исключено преждевременное выполнения условия Р₁S₁ ≥ P₂S₂+f и открывания сбрасывающего канала вспомогательной камеры и, как следствие этого, срабатывание устройства на ранней стадии процесса, т.е. истечение из рабочей камеры сжатого воздуха с относительно низким значением давления.

2. Под воздействием периодической импульсной силы, передающейся на питающий шланг, возникает опасность его отрыва от корпуса при резком движении устройства вперед.

Цель изобретения - повышение эффективности пробивания отверстий в массиве /грунте/ зa счет опережающего заполнения вспомогательной камеры устройства сжатым воздухом, а также обеспечения надежности и безопасности его работы за счет снижения пульсирующих нагрузок на питающий шланг.

Указанная цель достигается тем, что устройство для пробивания отверстий в массиве включает корпус с рабочей и размещенной в его хвостовой части вспомогательной камерой, разделенные дифференциальным золотником, установленным с возможностью периодического перекрытия выхлопных отверстий из рабочей камеры, механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в штуцере и сообщающуюся с источником сжатого воздуха воздухопроводную трубку, которая проходит через вспомогательную камеру, и механизм импульсного истечения воздуха в рабочую камеру, закрепленную в головной в головной части пику, диаметр которой превышает диаметр корпуса, причем со стороны вспомогательной камеры закреплен цилиндр с установленным в нем с возможностью перемещения подпружиненным шток-поршнем с центральным каналом, через который пропущена воздухопроводящая трубка, при этом на участке вспомогательной камеры в воздухопроводящей трубке выполнено отверстие /перфорация/, сечение которого превышает сечение воздухопроводящей трубки на входе в рабочую камеру, объем которой превышает или равен объему вспомогательной камеры.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства в разрезе, а на фиг.2 и фиг.3 - положение выхлопных отверстий, просверленных в корпусе и сориентированных под определенным углом относительно продольной оси корпуса и относительно поперечного сечения в тангенциальном направлении.

Устройство /фиг.1/ включает корпус с рабочей камерой 1 и вспомогательную камеру 2, расположенную в хвостовой части корпуса, разделенные дифференциальным золотником 3, перекрывающим выхлопные отверстия 4. Причем объем рабочей камеры V₁ ≥ V₂, где V₂ - объем вспомогательной камеры. Выхлопные отверстия 4 сориентированы под равнозначными углами относительно продольной оси корпуса и относительно поперечного сечения в тангециальном направлении /фиг. 2 и фиг.3/. Со стороны вспомогательной камеры 2 корпуса закреплен шток-поршень 6, поджатый пружиной 21, имеющий центральный канал, через который пропущена воздухоподводящая трубка 7, закрепленная в штуцере 8 и сообщающаяся с источником сжатого воздуха через гибкий шланг 9, сальниковый механизм и вентиль управления 11. В дифференциальном золотнике сквозной продольный канал 12 выполнен ступенчатым, и в нем размещен дифференциальный поршень 13, площадь которого со стороны рабочей камеры 1 равна S₁ и составляют механизм периодического истечения сжатого воздуха. Ход поршня ограничен стопором 14 и ступенью канала 12. Со стороны вспомогательной камеры 2 площадь канала 12 и дифференциального поршня 13 равна величине S₂, причем S₁>S₂. Канал 12 со стороны вспомогательной камеры перекрыт обратным клапаном 15, поджатым к пояску 16 усилием f пружины 17 и кинематически связанным с дифференциальным поршнем 13. В золотнике выполнено также калиброванное отверстие 18, сообщающее вспомогательную камеру 2 с атмосферой при соответствующем положении золотника 3 и обратного клапана 15. Воздухопроводная трубка 7 пропущена через вспомогательную камеру 2, клапан 15 и дифференциальный поршень 13 в рабочую камеру 1. Причем на участке вспомогательной камеры 2 трубка 7 имеет поперечное отверстие со значением d₁, а на входе в рабочую камеру сечение трубки имеет значение d₂. Причем d₁>d₂. В головной части корпуса закреплена пика 20 диаметром, превышающим диаметр корпуса устройства.

Устройство работает следующим образом.

Устройство приставляют к объекту пикой 20 вперед. При открытии вентиля 11 сжатый воздух из сети по гибкому шлангу 9 поступает через сальниковый механизм 10, штуцер 8 и воздухораспределительную трубку 7 во вспомогательную камеру 2 через отверстие 19 и в рабочую камеру 1. Поскольку d₁>d₂, а также V₂ ≤V₁, то осуществляется опережающее, по отношению к рабочей камере, заполнение вспомогательной камеры 2 сжатым воздухом и соответственно силовое воздействие на поршень 13 через клапан 15. При этом выравнивание давления в системе протекает от вспомогательной камеры 2 к рабочей камере 1, т.е. Р₂-->P₁/в противовес прототипу, в котором протекает процесс в обратную сторону, т. е. Р₁-->Р₂ /. Поэтому условие P₁S₁≥ P₂S₂+f выполняется с некоторой задержкой, следовательнo, при относительно высоком давлении воздуха в рабочей камере 1 Р₁≈Р₂. Далее, при этом условии дифференциальный поршень 13 перемещается и, отжимая пружину 17, открывает клапан 15. Воздух из вспомогательной камеры 2 истекает через калиброванное отверстие 18 и выхлопные отверстия 4 в атмосферу. Давление во вспомогательной камере падает, в связи с чем золотник 3 перемещается, открывает выхлопные отверстия 4, через которые сжатый воздух вытекает из рабочей камеры 1 в атмосферу в импульсном режиме. Поскольку выхлопные отверстия сориентированы под определенным углом относительно продольной оси корпуса и относительно его продольного сечения в тангециальном направлении, то под действием формирующейся реактивной силы истекающего воздуха устройству сообщается скорость с вращающимся моментом, с которой оно, внедряясь в массив, поворачивается на некоторый угол, меняя при этом свое положение в шпуре. Одновременно с этим, при движении корпуса вперед в импульсном режиме, последний, сжимая пружину 5, плавно снижает пульсирующие нагрузки на питающий шланг 9 и защищает его от динамических растягивающих усилий. После истечения воздуха из рабочей камеры обратный клапан 15 вместе с поршнем 13 возвращаются в свое первоначальное положение. В свое первоначальное положение возвращается золотник 3 с пpyжиной 17 и шток-поршень 6 с пружиной 21 в цилиндре 5. На этом заканчивается период открытия золотником 3 выхлопных отверстий 4, а вместе с этим и первый импульс воздействия и проникания с поворотом устройства в массив на определенную глубину. Поскольку рабочее тело - сжатый воздух непрерывно поступает в устройство через гибкий питающий шланг, перемещающийся вместе с устройством, то последнее, действуя периодически, углубляет отверстие и постепенно проникает в массив. Очевидно, что процесс прекратится только в случае прекращения поступления сжатого воздуха в рабочие полости устройства. Превышение диаметра пики 20 над диаметром корпуса позволяет разрыхленному массиву размещаться в зазоре между корпусом и стенками отверстия /шпура/ и далее выбрасываться наружу через устье отверстия под действием истекающего расширяющегося воздуха. При этом поворот корпуса на некоторый угол снижает опасность застревания головки в отверстии /шпype/.

Устройство для пробивания отверстий в массиве относится к области горной промышленности и строительства и предназначено для пробивания отверстии в массиве горных пород или искусственных образований. Сущность изобретения: устройство для пробивания отверстий в массиве включает корпус с рабочей и размещенной в хвостовой части корпуса вспомогательной камерой с механизмом периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в головной части корпуса пику диаметром, превышающим диаметр корпуса, дифференциальный золотник с возможностью периодического перекрывания выхлопных отверстий из рабочей камеры, закрепленный со стороны вспомогательной камеры корпуса цилиндр с перемещающимся в нем подпружиненным шток-поршнем с центральным каналом и пропущенным через него, вспомогательную камеру и механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха в рабочую камеру, воздухопроводящую трубку, закрепленную в штуцере и сообщающуюся с источником сжатого воздуха, причем на участке вспомогательной камеры в воздухопроводящей трубке имеется поперечное отверстие (перфорация) сечением d₁≥d₂, где d₂ - сечение воздухопроводящей трубки на входе в рабочую камеру, а объем вспомогательной камеры V₂≤V₁, где V₁ - объем рабочей камеры. Изобретение обеспечивает повышение эффективности пробивания отверстий за счет опережающего заполнения вспомогательной камеры сжатым воздухом. 3 ил.

Устройство для пробивания отверстий в массиве, включающее корпус с рабочей и размещенной в его хвостовой части вспомогательной камерой, разделенные дифференциальным золотником, установленным с возможностью периодического перекрытия выхлопных отверстий из рабочей камеры, механизм периодического импульсного истечения сжатого воздуха, закрепленную в штуцере и сообщающуюся с источником сжатого воздуха воздухопроводящую трубку, которая проходит через вспомогательную камеру и механизм импульсного истечения воздуха в рабочую камеру, закрепленную в головной части корпуса пику, диаметр которой превышает диаметр корпуса, отличающееся тем, что со стороны вспомогательной камеры закреплен цилиндр с установленным в нем с возможностью перемещения подпружиненным шток-поршнем с центральным каналом, через который пропущена воздухопроводящая трубка, при этом на участке вспомогательной камеры в воздухопроводящей трубке выполнено отверстие или перфорация, сечение которого(ой) превышает сечение воздухопроводящей трубки на входе в рабочую камеру, объем которой превышает или равен объему вспомогательной камеры.