БУРОВОЙ СТАНОК Российский патент 2007 года по МПК E21B3/00 E21B19/84 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям устройств, предназначенных для бурения шпуров в кровле выработки.

Известен буровой станок, содержащий направляющую колонку, установленный на ней подвижно в продольном направлении вращатель с приводом подачи, включающим ведущий барабан, на который наматывается канат, конец которого соединен с корпусом колонки и механизмом расцепления кинематической связи каната с приводом подачи [1].

Недостатком известного устройства является то, что в процессе бурения при намотке каната на барабан «внавал» произвольно меняется диаметр навивки, а значит, произвольно изменяется и скорость подачи, что приводит к нарушению режима бурения и поломке бурового инструмента.

Наиболее близким техническим решением является буровой станок, содержащий установленную подвижно на направляющей колонке каретку, размещенные на ней вращатель с буровой штангой и привод подачи, ведущий вал которого кинематически соединен с буровой штангой, а на ведомом валу установлен шкив трения, охватываемый гибким элементом, соединенным с натяжным устройством [2].

Средства бурения, выполненные на основе этого технического решения, характеризуются сравнительно стабильным шагом подачи на каждый оборот буровой штанги. Конструкция обеспечивает возможность регулирования этого шага в зависимости от характеристики обуриваемых пород. Простая и компактная конструкция податчика может с успехом быть использована для работы в комплексе с широко применяемым сейчас ручным буровым инструментом, например горными электро- и пневмосверлами, а также с пневматическими переносными, колонковыми и телескопическими перфораторами ударно-поворотного действия. Дело в том, что применяемые в настоящее время для подачи перфораторов пневматические податчики постоянно прижимают буровую коронку к забою шпура, чем способствуют ее сильному абразивному износу в процессе поворота [3]. Применение рекомендуемого податчика с постоянным шагом подачи позволяет удерживать коронку в процессе удара и последующего поворота непосредственно у плоскости забоя шпура без постоянного поджатия, что значительно сократит абразивный износ ее лезвия. Это в свою очередь снизит расход коронок и увеличит среднюю рейсовую скорость бурения.

Наряду с указанными достоинствами приведенная выше конструкция обладает недостатком, суть которого заключается в следующем.

Вращатель бурового инструмента и привод подачи являются практически единым функциональным элементом, размещенным в одном корпусе. Шпиндель вращателя, в который вставлена буровая штанга, является одновременно ведущим валом червячного редуктора податчика. Такое конструктивное решение может быть использовано только для вращательного режима бурения, без наложения ударных нагрузок на привод подачи.

Целью изобретения является расширение области применения путем использования бурового инструмента с различными способами бурения, в том числе перфораторов ударно-поворотного действия.

Поставленная цель достигается тем, что ведущий вал подачи выполнен полым, с отверстием вдоль его оси, вращатель и привод подачи выполнены раздельно, причем вращатель установлен в нижней, а привод подачи в верхней части каретки так, что буровая штанга проходит сквозь отверстие ведущего вала.

В отличие от известных в рекомендуемой конструкции бурового станка ударные нагрузки от перфоратора по штанге передаются на забой, не воздействуя на узлы привода подачи. Это дает возможность использовать в качестве вращателя перфораторы с большой ударной мощностью.

На фиг.1 изображен общий вид (принципиальная схема) станка в исходном положении; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Буровой станок содержит размещенную на направляющей колонке 1 подвижную в осевом направлении каретку 2 и установленные на ней вращатель 3 (перфоратор ударно-поворотного действия) и привод подачи 4 (Фиг.1). Привод подачи представляет собой червячный редуктор, ведущим валом которого является полый шпиндель 12, на поверхности которого выполнен червяк, а в верхней части установлена ведущая муфта 13 (Фиг.2). На консольной части ведомого вала червячного редуктора установлен шкив трения 6 (Фиг.1). Буровая штанга 5 пропущена сквозь муфту 13, далее через осевое отверстие в шпинделе 12, а ее концевая часть установлена в поворотной буксе перфоратора. Канат 7 закреплен на верхнем конце направляющей колонки 1, огибает шкив трения 6 и соединен с натяжным устройством, включающим пружину 8 и рукоять 9, шарнирно установленные в нижней части направляющей колонки 1. Рукоять 9 обеспечивает регулирование натяжения троса так, что при нажатии рукояти 9 вниз (по стрелке) натяжение усиливается, а при обратном направлении натяжение троса ослабевает или совсем исключается. Перфоратор 3 установлен на кронштейне 10 так, что он опирается на упругий элемент 11, чем снижается интенсивность передачи вибрации на конструкцию станка. В муфте 13, сквозь которую проходит буровая штанга 5, выполнено отверстие, сечение которого конгруэнтно профилю буровой штанги, чем обеспечивается передача крутящего момента. Штанга свободно проходит сквозь это отверстие. Муфта 13 может быть соединена кинематически со шпинделем 12 различными способами, обеспечивающими их взаимную продольную подвижность в пределах, больших чем амплитуда колебаний буровой штанги. В виду большого разнообразия вариантов такой кинематической связи, в том числе и посредством упругих элементов, они на чертежах не показаны.

Принцип действия и порядок работы бурового станка заключаются в следующем.

В исходном положении, перед началом бурения каретка 2 с перфоратором 3 находится в нижней части направляющей колонки 1, канат 7 при этом находится в натянутом положении. Включением перфоратора 3 приводится во вращение буровая штанга 5, от нее крутящий момент через ведущую муфту 13 и шпиндель - червяк 12 (Фиг.2) передается через редуктор на шкив трения 6. Происходит синхронное вращение буровой штанги 5 и шкива трения 6, но с разной частотой оборотов, отличающейся друг от друга величиной передаточного отношения редуктора.

Жесткая кинематическая связь штанги и шкива трения 6 обеспечивает постоянство шага подачи на каждый оборот буровой штанги. Поворот буровой штанги в перфораторах ударно-поворотного действия происходит в момент холостого хода ударника, т.е. когда через штангу не проходит ударный импульс. Именно в этот момент, когда штанга находится в относительно «спокойном» состоянии, и происходит взаимный контакт штанги 5 и ведущей муфты 13, т.е. передача импульса крутящего момента. Это и определяет тот факт, что осевые ударные нагрузки на трансмиссию червячного редуктора практически не передаются. По окончании бурения поворотом рукояти 9 ослабляем канат 7 и перфоратор 3 возвращается вниз.

Сравнение рекомендуемого бурового станка с базовым объектом, а именно с используемыми в настоящее время телескопическими перфораторами, показывает, что применение рекомендуемой конструкции обеспечивает повышение эффективности бурения за счет снижения затрат мощности при вращении буровой штанги и уменьшения износа лезвий буровых коронок. Это обеспечивается путем исключения постоянного прижатия их к забою шпура, характерного для подачи посредством пневмоцилиндра. Многочисленными исследованиями установлено, что затраты мощности, необходимой на работу механизмов подачи при ударных способах бурения крепких пород, составляют ориентировочно 5% от общей мощности перфоратора [4]. Это говорит о том, что отбор мощности от буровой штанги, используемый на работу механизма подачи, не оказывает значительного влияния на работу перфоратора.

Источники информации

1. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник - М., Недра, 1989 г. - с.480-481.

2. RU 2256761 С1, 31.03.2004 г.

3. Медведев И.Ф. Режимы бурения и выбор буровых машин. М., Недра, 1975 г., стр.175-177.

4. Алимов О.Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины. М., Машиностроение, 1976 г., стр.191.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для бурения шпуров в кровле выработки. Станок содержит установленную подвижно на направляющей колонке каретку, размещенные на ней вращатель с буровой штангой и привод подачи, ведущий вал которого кинематически соединен с буровой штангой, а на ведомом валу установлен шкив трения, охватываемый гибким элементом, соединенным с натяжным устройством. Ведущий вал привода подачи выполнен полым, с отверстием вдоль его оси, вращатель и привод подачи выполнены раздельно, причем вращатель установлен в нижней, а привод подачи в верхней части каретки так, что буровая штанга проходит сквозь отверстие ведущего вала. Обеспечивает повышение эффективности бурения за счет снижения затрат мощности при вращении буровой штанги и уменьшения износа лезвий буровых коронок. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровой станок, содержащий установленную подвижно на направляющей колонке каретку, размещенные на ней вращатель с буровой штангой и привод подачи, ведущий вал которого кинематически соединен с буровой штангой, а на ведомом валу установлен шкив трения, охватываемый гибким элементом, соединенным с натяжным устройством, отличающийся тем, что ведущий вал привода подачи выполнен полым, с отверстием вдоль его оси, вращатель и привод подачи выполнены раздельно, причем вращатель установлен в нижней, а привод подачи в верхней части каретки так, что буровая штанга проходит сквозь отверстие ведущего вала.2. Буровой станок по п.1, отличающийся тем, что выполненное в ведущем валу осевое отверстие снабжено участком, внутреннее сечение которого конгруэнтно профилю сечения буровой штанги.3. Буровой станок по п.1, отличающийся тем, что в качестве вращателя использован серийный буровой инструмент (горное сверло, перфоратор).