Перфоратор Российский патент 2004 года по МПК E21B6/06 

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может применяться для бурения шпуров некрепких пород с пониженной прочностью скалывания и твердыми включениями, например, апатитонефелиновой руды, для пород, имеющих при бурении шпуров и скважин забой с неровной поверхностью.

Известно гидропневматическое устройство ударного действия (а.с № 713969, М.кл. Е 02 F 9/22, БИ № 5, 1980, авторы: В.Г. Кузнецов и др.) включающее: корпус, боек с наконечником, рабочий и тормозной поршни, рабочий и тормозной поршни аккумулятора, поршень компенсатора рабочей камеры и поршень компенсатора тормозной камеры, подпружиненный золотник, переливные и управляющие каналы. Однако это устройство предназначено только для работы в режиме отбойного молотка либо пневмолома и его невозможно использовать для бурения.

Известен также двухпоршневой перфоратор (а.с. № 140228, М.кл. Е 21 С 3/04, БИ № 7, 1989, авторы: А.А. Манин и В.И. Чирьев), включающий корпус, два поршня, кулачковую муфту, гранбуксу, воздухораспределительное устройство и уплотнительное кольцо. Такое устройство снабжается двухмассовым ударником с целью снижения вибрации, передаваемой на корпус, и не способно решать задачи по интенсификации режимов бурения по породам, состоящим из твердых и мягких компонентов.

Известен также телескопный перфоратор (Васильев В.М. Перфораторы. М.: Недра, 1989, с. 48, 49), который наиболее близок к заявленному устройству и может быть принят за прототип. Телескопный перфоратор с промежуточным бойком включает породоразрушающий инструмент, расположенный на штанге, корпус, воздухораспределительную систему, поршень-ударник, промежуточный боек, поворотный механизм, поворотную и концевую буксы. Наличие промежуточного бойка не направлено на повышение производительности, а служит средством позволяющим использовать при бурении штанги без буртов. Такой перфоратор может работать со штангами без буртов, однако имеет следующие недостатки: наличие неуправляемого по перемещению бойка снижает КПД удара и усложняет ствол корпуса перфоратора, имеет пониженную производительность.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышения КПД удара.

Задача решается тем, что перфоратор, содержащий породоразрушающий инструмент, закрепленный на штанге, корпус с размещенными в нем на воздухопроводной трубке, поворотным механизмом и сдвоенным поршнем-ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы, согласно изобретению снабжен защелкой, закрепленной на основном бойке со стороны вспомогательного бойка, дополнительной рабочей полостью, образованной между двумя бойками в поворотной буксе, снабженной расточкой для утапливания защелки, а воздухопроводная трубка имеет прорезь, связывающую ее канал с дополнительной рабочей полостью в месте соединения основного и вспомогательного бойков, при этом соотношение масс и сечений бойков выбирают из неравенства:

где S₁ - площадь сечения вспомогательного бойка, м²;

S₂ - площадь сечения основного бойка, м²;

m₁ - масса вспомогательного бойка, кг;

m₂ - масса основного бойка, кг.

Благодаря этому:

1) осуществляется плотное прилегание долота (инструмента) к забою;

2) равномерно распределяется разрушающее усилие от воздействия поршня-ударника перпендикулярно плоскости скола после предварительного внедрения породоразрушающего инструмента за счет прижатия перфоратора к забою;

3) увеличивается производительность бурения.

При разрушении пород, состоящих из мягких и крепких ингредиентов, например апатитонефелиновой руды, “двойной” удар с опережающим раскерниванием забоя позволит повысить скорость бурения не менее чем в 1,5 раза по сравнению с прототипом.

Перфоратор поясняется чертежами, где на фиг.1 показан фронтальный разрез перфоратора; на фиг.2 показано положение основного и вспомогательного бойков поршня-ударника после начала рабочего хода; на фиг.3 показано положение основного и вспомогательного бойков в конце рабочего хода; на фиг.4 показан узел соединения основного и вспомогательного бойков поршня-ударника; на фиг.5 дан разрез А-А по узлу, указанному на фиг.4; на фиг.6 – узел В на фиг.4.

Перфоратор предназначен для бурения шпуров и скважин, имеющих забой с неровной поверхностью, обусловленной выкрашиванием мягких пород, с выступами из более твердых. Перфоратор содержит: штангу 1, на которой закреплен породоразрушающий инструмент (на чертеже не показан), корпус 2, поршень-ударник, включающий два бойка (основной 3 и вспомогательный 4), соединяемых между собой при холостом ходе защелкой 5 (например, пружинного типа), поворотный механизм 6, поворотную 7 и концевую 8 буксы. В корпусе 2 расположена воздухораспределительная система 9. Прорезь 10 в воздухопроводной трубке 11 через канал 12 соединяет рабочую полость 13 и дополнительную рабочую полость 14. Основной боек 3 со стороны воздухораспределительной системы 9 имеет гайку 15. В поворотной буксе 7 выполнена расточка 16 для утапливания защелки 5. Для осуществления двойного удара вспомогательный боек при рабочем ходе двигается с большим ускорением, чем основной. Ускорение определяется выражением:

где Р - давление сжатого воздуха, МПа,

S - площадь поверхности, на которую действует давление сжатого воздуха, м²,

m - масса поршня ударника, кг,

где d - диаметр поверхности, на которую действует давление сжатого воздуха, м.

Для того, чтобы ускорение а₁ вспомогательного бойка было больше, чем ускорение а₂ основного (а₁ > а₂) при равном давлении, действующем на оба бойка, соотношение масс и сечений вспомогательного и основного бойка поршня-ударника выбирают из неравенства:

где S₁ - площадь сечения вспомогательного бойка, м²;

S₂ - площадь сечения основного бойка, м²;

m₁ - масса вспомогательного бойка, кг;

m₂ - масса основного бойка, кг.

Перфоратор работает следующим образом. В начале бурения основной 3 и вспомогательный 4 бойки находятся в левом положении, воздух из воздухораспределительной системы 9 поступает в рабочую полость 13 и давит слева на основной боек 3 поршня-ударника, а также по каналу 12 воздухопроводной трубки 11 поступает через прорезь 10 в дополнительную рабочую полость 14. Вспомогательный боек 4 поршня-ударника приходит в движение, причем соотношение масс и сечений основного 3 и вспомогательного 4 бойков поршня-ударника таковы, что движение вспомогательного бойка 4 происходит с большим ускорением, чем движение основного бойка 3. Вспомогательный боек 4 самостоятельно наносит удар по штанге 1 в первую очередь. Вслед за ударившим и чуть отскочившим вспомогательным бойком 4 ударяет основной боек 3 слитным ударом, т.е. удар основного бойка 3 происходит совместно с вспомогательным бойком 4. Затем оба бойка соединяются защелкой 5 (например, пружинного типа) и происходит отвод основного 3 и вспомогательного 4 бойков поршня-ударника назад (в исходное положение) совместно. После отхода обоих бойков в крайнее левое (исходное) положение защелка 5 разъединяет бойки, утапливаясь в расточке 16 поворотной буксы 7. Далее цикл повторяется.

Благодаря такому решению осуществляется плотное прилегание долота (инструмента) к забою, равномерно распределяется разрушающее усилие от воздействия поршня перпендикулярно плоскости скола после предварительного внедрения породоразрушающего инструмента за счет прижатия перфоратора к забою, увеличивается производительность бурения. При разрушении пород, состоящих из мягких и крепких ингредиентов, например апатитонефелиновой руды, “двойной” удар с опережающим раскерниванием забоя позволит повысить КПД, а именно скорость бурения не менее чем в 1,5 раза по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может применяться для бурения шпуров некрепких пород с пониженной прочностью скалывания и твердыми включениями, например апатитонефелиновой руды, для пород, имеющих при бурении шпуров и скважин забой с неровной поверхностью. Перфоратор содержит породоразрушающий инструмент, закрепленный на штанге, корпус, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы. В корпусе на воздухопроводной трубке размещены поворотный механизм и сдвоенный поршень-ударник, включающий основной и вспомогательный бойки. Перфоратор также содержит защелку, закрепленную на основном бойке со стороны вспомогательного бойка, дополнительную рабочую полость, образованную между двумя бойками в поворотной буксе, снабженную расточкой для утапливания защелки. Воздухопроводная трубка имеет прорезь, связывающую ее канал с дополнительной рабочей полостью в месте соединения основного и вспомогательного бойков. Соотношение масс и сечений основного и вспомогательного бойков выбирают из неравенства: (S₁/m₁)>(S₂/m₂), где S₁ - площадь сечения вспомогательного бойка, м²; S₂ - площадь сечения основного бойка, м²; m₁ - масса вспомогательного бойка, кг; m₂ - масса основного бойка, кг. Изобретение обеспечивает повышение КПД удара. 6 ил.

Перфоратор, содержащий породоразрушающий инструмент, закрепленный на штанге, корпус с размещенными в нем на воздухопроводной трубке поворотным механизмом и сдвоенным поршнем-ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы, отличающийся тем, что он снабжен защелкой, закрепленной на основном бойке со стороны вспомогательного бойка, дополнительной рабочей полостью, образованной между двумя бойками в поворотной буксе, снабженной расточкой для утапливания защелки, а воздухопроводная трубка имеет прорезь, связывающую ее канал с дополнительной рабочей полостью в месте соединения основного и вспомогательного бойков, при этом соотношение масс и сечений основного и вспомогательного бойков выбирают из неравенства

где S₁ - площадь сечения вспомогательного бойка м²;

S₂ - площадь сечения основного бойка м²;

m₁ - масса вспомогательного бойка кг;

m₂ - масса основного бойка кг.