Бурильная машина Российский патент 2004 года по МПК E21B3/02 B23B45/16 

Изобретение относится к бурильной технике, в частности к ручным переносным электрическим или пневмоинструментам для производства бурильных работ в камне и бетоне, а также для работ с абразивными материалами при притирочном шлифовании.

Известен вращатель породоразрушающих станков, содержащий планетарный редуктор, возбудитель крутильных колебаний, ведомый и ведущий валы с дисками, имеющие сферическую и цилиндрическую поверхности соударения (авт.св. СССР № 901493, Е 21 В 3/02).

Недостатком данного устройства является неуправляемый характер крутильных колебаний и их зависимость от жесткости пружин.

Наиболее близким по технической сущности является буровой станок, содержащий корпус, приводной двигатель, породоразрушающий инструмент, связанный с инерционной трансмиссией привода вращения. Последняя включает механизм подачи, задающее устройство и импульсатор, выполненный на базе дифференциального механизма, имеющего неуравновешенные сателлиты для получения знакопеременных импульсов крутящих моментов, используемых для работы устройства(авт.св. СССР № 1504322 А2, Е 21 В 3/02).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и применение в импульсаторе 2-х муфт свободного хода, являющихся ненадежными и недолговечными элементами.

Цель изобретения - повышение эффективности работы буровой машины и расширение технологических возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в бурильной машине, содержащей корпус, двигатель, зубчатый редуктор, генератор крутильных колебаний и шпиндель, согласно изобретению генератор крутильных колебаний выполнен в виде планетарного механизма, имеющего переменное передаточное отношение с изменяющимся знаком и преобладанием области значений одного знака, два центральных колеса, одно из которых жестко закреплено на корпусе, а другое жестко закреплено на шпинделе, водило, являющееся приводным и несущее балансировочный противовес и ось 2-х рядных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральными колесами и обеспечивающих кинематическую связь водила со шпинделем.

В бурильной машине согласно изобретению в планетарном механизме одно из центральных колес смещено относительно своей оси вращения и имеет некруглую форму, а сопряженный с ним круглый сателлит эксцентрично смещен относительно своей оси вращения на такую же величину и имеет одинаковое число зубьев.

В бурильной машине согласно изобретению в планетарном механизме числа зубьев второго центрального колеса и сателлита выбираются исходя из межосевого расстояния, необходимого преобладающего направления вращения и удовлетворяют условию:

где е - величина смещения колес;

|Δ| - абсолютное значение разности радиусов начальных окружностей центральных колес, установленных без смещения.

Такое конструктивное выполнение бурильной машины обеспечит достижение заданного результата за счет применения передачи с некруглым колесом со средним значением передаточного отношения 1:1, обеспечивающей циклически изменяющееся, передаточное отношение. Применение зубчатой планетарной передачи позволяет получить переменное передаточное отношение, закон изменения которого выражается функцией, имеющей положительные, отрицательные и экстремальные значения. Применение балансировочного противовеса позволяет компенсировать дисбаланс, создаваемый сателлитами, и снизить вибрации при работе с высокими скоростями вращения.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

на фиг.1 изображена кинематическая схема бурильной машины;

на фиг.2 - схема положений начальных окружностей сателлитов относительно центральных колес для работы с преобладающим положительным переменным передаточным отношением;

на фиг.3 - схема положений начальных окружностей сателлитов относительно центральных колес с преобладающим отрицательным переменным передаточным отношением.

Бурильная машина содержит корпус 9, электрический или пневмодвигатель 10, связанный через зубчатый редуктор 8 с водилом В планетарного механизма, на котором закреплен балансировочный противовес 6 и подвижно установлена ось 5 2-х рядных сателлитов 2 и 3, находящихся в зацеплении с закрепленным на корпусе некруглым центральным колесом 1 и центральным колесом 4, жестко связанным со шпинделем 7.

Бурильная машина работает следующим образом. При включении двигателя 10 вращение через зубчатый редуктор 8 передается водилу В, которое несет ось 5 2-х рядных сателлитов 2 и 3 и сообщает последним движение обкатывания неподвижного центрального колеса 1 и центрального колеса 4, жестко связанного со шпинделем 7. В результате обкатывания эксцентричным сателлитом 2 закрепленного некруглого смещенного центрального колеса 1 возникают радиальные биения, которые вызывают несимметричное качательное движение центрального колеса 4 и связанного с ним шпинделя 7 с результирующим поворотом за каждый оборот водила в направлении, определяемом преобладанием области положительных или отрицательных значений переменного передаточного отношения планетарного механизма.

Среднее значение передаточного отношения планетарного механизма при ω₁=0 определяется по формуле:

где - угловые скорости соответственно некруглого центрального колеса 1, водила В и центрального колеса 4;

Z₁, Z_z, Z₃, Z₄ - числа зубьев колес 1, 2, 3, 4.

Мгновенное значение передаточного отношения определяется по формуле:

где - мгновенные значения радиусов начальных окружностей некруглого центрального колеса 1 и эксцентричного сателлита 2 в точке их соприкосновения;

R₃, R₄ - радиусы начальных окружностей сателлита 3 и центрального колеса 4.

Из формулы следует, что соотношение определяет мгновенное значение передаточного отношения и его знак.

При т.е. скорость центрального колеса 4 равна 0.

При передаточное отношение положительно, направления вращений водила и центрального колеса 4 одинаковые.

При передаточное отношение отрицательно, направления вращений водила и центрального колеса 4 противоположные.

Соотношение имеет максимальные значения при максимальной разности мгновенных значениях радиусов начальных окружностей в точке их соприкосновения

На фиг.2 изображены 4 экстремальных положения начальных окружностей сателлитов 2 и 3 относительно центральных колес 1 и 4. Радиусы начальных окружностей центрального колеса1 (установленного без смещения и имеющего круглую форму) и сателлита 2 определяются из условия равенства чисел зубьев: Z₁=Z₂. Радиусы начальных окружностей центральных колес 1 и 4 связаны условием: 0 |Δ|<е;

где: |А| - абсолютное значение разности радиусов начальных окружностей центральных колес 1 и 4, установленных без смещения;

е - величина смещения колес.

Для верхнего по схеме положения соотношения радиусов начальных окружностей:

при

Это положение соответствует максимальной скорости вращения центрального колеса 4 и связанного с ним шпинделя 7 в одинаковом с водилом В направлении вращения.

Поворот водила В на угол α сопровождается уменьшением скорости ω₄ до нуля.

В этом положении соотношение

Дальнейший поворот водила В на угол β связан с изменением направления вращения центрального колеса 4 на противоположное и увеличением скорости ω₄ до максимального значения в нижнем положении, имеющем соотношение радиусов:

при

Максимальное значение скорости с отрицательным знаком в этом положении меньше максимального значения с положительным знаком при нахождении сателлитов в верхнем положении, т.к. Δ₁>Δ₂.

Поворот водила В на угол β соответствует положению сателлитов, при котором =0. Дальнейший поворот водила на угол α связан с изменением направления вращения центрального колеса 4 и увеличением скорости до максимального значения в верхнем по схеме положении сателлитов.

Непрерывное вращение водила В преобразуется в несимметричное качательное движение шпинделя с установленным в нем инструментом, состоящее из поворота на угол, пропорциональный углу поворота водила 2α в направлении, совпадающем с направлением вращения водила (с положительным знаком), и поворота на угол, пропорциональный углу 2β в противоположном направлении (с отрицательным знаком). В результате за каждый оборот водила В происходит поворот шпинделя в направлении, совпадающем с направлением вращения водила и пропорциональный разности углов 2α и 2β и среднему передаточному отношению планетарного механизма.

На фиг.3 изображены 4 экстремальных положения начальных окружностей сателлитов 2 и 3 относительно начальных окружностей центральных колес 1 и 4 при работе планетарного механизма с преобладающим отрицательным переменным передаточным отношением. Изменение соотношений радиусов (Δ₁ <Δ₂) позволяет изменить направления вращений шпинделя на противоположные. Работа устройства, выполненного по этой схеме, аналогична работе устройства, выполненного по схеме по схеме 2.

Закрепление центрального колеса 4 на корпусе, а некруглого центрального колеса 1 на шпинделе вызывает изменение знаков переменного передаточного отношения. Работа устройства аналогична вышеописанной.

Изменение направления вращения инструмента в течение каждого оборота водила повышает эффективность бурения за счет удаления разрушенного обрабатываемого материала, находящегося между рабочей частью инструмента и обрабатываемой поверхностью, обладающего абразивными свойствами и ухудшающего контакт, а также повышает стойкость инструмента за счет его самозаточки. Плавное изменение направлений вращения шпинделя и применение балансировочного противовеса позволяет осуществлять работу с высокими скоростями, а также использовать устройство для работ с абразивными материалами и пастами при притирочном шлифовании.

Изобретение относится к бурильной технике, в частности к ручным переносным электрическим или пневмоинструментам для производства бурильных работ в камне и бетоне, а также для работ с абразивными материалами при притирочном шлифовании. Устройство содержит корпус, двигатель, генератор крутильных колебаний и шпиндель. Генератор крутильных колебаний выполнен в виде планетарного механизма, имеющего переменное передаточное отношение с изменяющимся знаком и преобладанием области значений одного знака, два центральных колеса, одно из которых некруглое и может быть закреплено на корпусе или на шпинделе, приводное водило, несущее балансировочный противовес и ось 2-х рядных сателлитов, обеспечивающих кинематическую связь водила со шпинделем. Работа устройства основана на преобразовании равномерного вращения водила в циклическое знакопеременное вращение шпинделя, имеющее преобладающее направление вращения с положительным или отрицательным знаком. Повышается надежность и долговечность работы бурильной машины, при этом повышается эффективность бурения и расширяются технологические возможности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Бурильная машина, содержащая корпус, двигатель, зубчатый редуктор, генератор крутильных колебаний и шпиндель, отличающаяся тем, что генератор крутильных колебаний выполнен в виде планетарного механизма, имеющего переменное передаточное отношение с изменяющимся знаком и преобладанием области значений одного знака, два центральных колеса, одно из которых жестко закреплено на корпусе, а другое жестко закреплено на шпинделе, водило, являющееся приводным и несущее балансировочный противовес и ось двух рядных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральными колесами и обеспечивающих кинематическую связь водила со шпинделем.2. Бурильная машина по п.1, отличающаяся тем, что в планетарном механизме одно из центральных колес смещено относительно своей оси вращения и имеет некруглую форму, а сопряженный с ним круглый сателлит эксцентрично смещен относительно своей оси вращения на такую же величину и имеет одинаковое число зубьев.3. Бурильная машина по п.1, отличающаяся тем, что в планетарном механизме числа зубьев второго центрального колеса и сателлита выбираются, исходя из межосевого расстояния, необходимого преобладающего направления вращения шпинделя, и удовлетворяют условию

0<|Δ|<е,

где е - величина смещения колес;

|Δ| - абсолютное значение разности радиусов начальных окружностей центральных колес, установленных без смещения.