АКТИВНОЕ ВОДЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ПРИВОДНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПОСРЕДСТВОМ ВСТАВНОГО УСТРОЙСТВА ОСОБОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ПРИ БУРЕНИИ АЛМАЗНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Российский патент 2020 года по МПК B23Q11/10 E21B10/38 

Изобретение относится к приводному валу станка, например, станка для колонкового бурения, выполненному с возможностью соединения с бурильным инструментом, в частности, сверлильной коронкой, и включающему полость, простирающуюся в основном по всей длине приводного вала и вдоль оси вращения (М), причем полость имеет по меньшей мере одно приточное отверстие, выполненное с возможностью подавать через него в бурильный инструмент воду (W) вдоль приводного вала.

Кроме того, изобретение относится к вставному устройству, предназначенному для введения и позиционирования приводного вала в указанную полость.

Система водоснабжения важна и необходима для выполнения почти любых работ, связанных с колонковым бурением, а также множества других работ, выполняемых с использование крупногабаритных высокопроизводительных обрабатывающих машин (например, отрезных станков, абразивноотрезных станков и т.п.). При использовании станков для колонкового бурения для выполнения отверстий в минеральной породе посредством сверлильной коронки, приводимой во вращение подобным станком, крайне необходима промывка сверлильной коронки. Посредством используемой для промывки воды из сверлильной коронки, а также из буровой скважины вымываются отделяющиеся при бурении породы частицы, а также образующаяся при этом пыль в виде бурового шлама. Без подобного вымывания бурового шлама происходил бы перегрев сверлильной коронки в течение чрезвычайно короткого времени и ее заклинивание в буровой скважине, вследствие чего продолжение бурения становилось бы невозможным.

Система водоснабжения, предназначенная для использования совместно со станком, например, станком для колонкового бурения, известна из уровня техники (смотри, например, немецкий патент DE 10 2006 035 345 А1).

Используемое для выполнения колонкового бурения оборудование часто обладает чрезвычайно высокой производительностью и в соответствии с этим имеет высокое энергопотребление. Кроме того, выделение тепла внутри устройств для колонкового бурения во время выполнения бурильных работ обусловливает возникновение серьезных проблем. Чрезмерно высокое тепловыделение внутри бурильного оборудования может существенно снижать его производительность, а, следовательно, эффективность колонкового бурения. Это может приводить также к долговременному выходу из строя устройства для колонкового бурения в целом или его отдельных деталей. Наряду с этим существует потенциальная опасность травмирования потребителей бурильного оборудования вследствие чрезмерного нагревания наружных стенок, обусловленного внутренним тепловыделением.

С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача найти решение указанных выше проблем и, в частности, предложить приводной вал для станка, например, станка для колонкового бурения, соединяемый с бурильным инструментом, в частности, сверлильной коронкой, что позволяло бы эффективно избегать повреждения станка и травмирования потребителей, обусловленного ее нагреванием. Другая задача изобретения состояла в том, чтобы предложить вставное устройство для введения и позиционирования приводного вала в указанную полость, с помощью которого можно было бы эффективно избегать повреждения станка и травмирования потребителей, обусловленного ее нагреванием.

Указанная задача решается благодаря объекту настоящего изобретения, приведенному в независимых пунктах 1 и 5 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы.

В изобретении предлагается приводной вал для станка, например, станка для колонкового бурения, соединяемый с бурильным инструментом, в частности, сверлильной коронкой, и включающий полость, простирающуюся в основном по всей длине приводного вала и вдоль оси вращения, причем полость имеет по меньшей мере одно приточное отверстие, выполненное с возможностью подавать через него в бурильный инструмент воду вдоль приводного вала.

Согласно изобретению приводной вал отличается тем, что в полости предусмотрено вставное устройство, через которое воду для охлаждения приводного вала сначала пропускают в первом направлении, а затем во втором направлении, причем вставное устройство включает первый изогнутый направляющий элемент и второй изогнутый направляющий элемент, которые предназначены для разобщения воды, пропускаемой в первом направлении, и воды, пропускаемой во втором направлении, и причем площадь поперечного сечения первого изогнутого направляющего элемента выполнена точечно-симметричной вокруг центральной продольной оси к площади поперечного сечения второго изогнутого направляющего элемента.

Благодаря этому вода, подача которой в принципе предусматривается лишь для промывки сверлильной коронки, эффективно используется также для охлаждения приводного вала и последующего охлаждения устройства для колонкового бурения. Благодаря пропусканию воды в первом и втором направлениях она проходит через полость приводного вала более длинный путь, что способствует поглощению водой большего количества тепла, а, следовательно, более эффективному охлаждению. Благодаря изогнутой конфигурации первого и второго направляющих элементов может быть обеспечено улучшенное уплотнение вставного устройства в полости приводного вала.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вставное устройство может быть снабжено опорным элементом для опоры вставного устройства в полости. Использование опорного элемента способствует лучшей фиксации вставного устройства в полости.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вставное устройство может иметь по меньшей мере один позиционирующий элемент, выполненный с возможностью зацепления с соответствующим позиционным отверстием в полости посредством чего предотвращается относительное перемещение между вставным устройством и приводным валом.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения вставное устройство может иметь по меньшей мере один разделительный перегородочный элемент, предназначенный для пропускания воды в первом направлении, а также для блокировки вставного устройства в полости. Посредством разделительного перегородочного элемента обеспечивают течение поступающей в полость воды в заранее заданном направлении.

Задача настоящего изобретения относящаяся к вставному устройству решается благодаря тому, что вставное устройство обладает конфигурацией, подходящей для введения и позиционирования указанного выше приводного вала в полость.

Другие преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. На чертежах представлены разные примеры осуществления изобретения. Многочисленные отличительные признаки приведены на чертежах, в описании и формуле изобретения в комбинации. Имеет смысл также рассмотрение отличительных признаков специалистами по отдельности и их объединение в другие целесообразные комбинации.

На прилагаемых чертежах показано:

на фиг. 1 схематическое изображение части станка для колонкового бурения со сверлильной коронкой,

на фиг. 2 продольное сечение предлагаемого в изобретении приводного вала станка для колонкового бурения и составных элементов его корпуса.

на фиг. 3 продольное сечение предлагаемого в изобретении приводного вала станка для колонкового бурения в комбинации со вставным устройством,

на фиг. 4 первый вид сбоку вставного устройства,

на фиг. 5 первое поперечное сечение приводного вала и вставного устройства,

на фиг. 6 горизонтальная проекция вставного устройства,

на фиг. 7 второе поперечное сечение приводного вала и вставного устройства.

Пример осуществления изобретения

На фиг. 1 схематически показан станок 1 с бурильным инструментом 2. Станок 1 представляет собой станок для колонкового бурения с бурильным инструментом 2 в виде сверлильной коронки.

Основными узлами станка для колонкового бурения 1 являются корпус 3, электродвигатель 4, редуктор 5, приводной вал 6, промывочная головка 7 и зажим 8 для бурильного инструмента. Электродвигатель 4, редуктор 5 и часть приводного вала 6 находятся в корпусе 3.

Электродвигатель 4 создает крутящий момент и через редуктор 5 передает его на приводной вал 6, который приводится во вращение в направлении R. Приводной вал 6 имеет первый конец 6а и второй конец 6b. Первый конец 6а выступает из корпуса 3. Второй конец 6b для восприятия создаваемого электродвигателем 4 крутящего момента соединен с редуктором 5.

Зажим 8 бурильного инструмента расположен на первом конце 6а приводного вала 6 без возможности поворота. Приводной вал 6 посредством зажима 8 без возможности поворота соединен с выполненным в виде сверлильной коронки бурильным инструментом 2. Сверлильная коронка 2 имеет первый конец 2а и второй конец 2b.

Промывочная головка 7 имеет линию подачи (подвод) воды 9, по которой к станку для колонкового бурения 1, приводному валу 6 и, в частности, к сверлильной коронке 2 из непоказанного на чертежах сборника можно подавать используемую для охлаждения и промывки воду W. На первом (переднем) конце 2а сверлильной коронки 2 расположено отсасывающее устройство 10, посредством которого из сверлильной коронки 2 удаляют воду W в виде содержащего породу и пыль бурового шлама.

На фиг. 2 показано сечение приводного вала 6 в вырезе корпуса 3 станка для колонкового бурения 1. Приводной вал 6 имеет цилиндрическую полостью 11 в виде глухого отверстия. Глухое отверстие 11 имеет первый конец Па и второй конец 11b. Первый конец Па представляет собой свободный выход из глухого отверстия 11. Второй конец 11b является замкнутым концом глухого отверстия 11. Как показано на фиг. 2 и 3, цилиндрическая, или, соответственно, внутренняя стенка 6 с приводного вала 6 снабжена сквозным отверстием 12. Через сквозное отверстие 12 внутрь приводного вала 6, или, соответственно, в полость 11, выполненную в виде глухого отверстия, может поступать вода W.

В глухое отверстие 11 помещено вставное устройство 14 с возможностью его повторной фиксации(). Вставное устройство 14 предназначено для подачи воды W внутрь приводного вала 6 с целью его охлаждения, причем воду пропускают сначала в первом направлении А, а затем во втором направлении В.

Как показано на фиг. 2, 3, 4 и 6, вставное устройство 14 имеет первый конец 14а, второй конец 14b, первую поверхность 14с и вторую поверхность 14d. Первый конец 14а преимущественно перпендикулярен продольному направлению вставного устройства 14. Второй конец 14b преимущественно обладает остроконечной формой. В частности, как показано на фиг. 2 и 3, плотное плоскостное смыкание второго конца 14b вставного устройства 14 и второго конца 11b глухого отверстия 11 отсутствует, то есть в случае, если вставное устройство 14 находится внутри глухого отверстия 11, между вторым концом 14b вставного устройства 14 и вторым концом 11b глухого отверстия 11 имеется паз S. Паз S предназначен для того, чтобы вода W могла обтекать второй конец 14b вставного устройства 14. Иначе говоря, вода W течет через паз S от первой поверхности 14с ко второй поверхности 14d, то есть первое направление А течения воды изменяется на второе направление В течения воды (смотри фиг. 3).

Кроме того, вставное устройство 14 имеет первый направляющий элемент 13 и второй направляющий элемент 15, расположенные напротив друг друга вдоль всей длины вставного устройства 14. Первый и второй направляющие элементы 13, 15 предназначены для разобщения воды W, пропускаемой в первом направлении А, и воды W, пропускаемой во втором направлении В.

Как первый направляющий элемент 13, так и второй направляющий элемент 15 выполнены преимущественно в виде изогнутого плоского профиля. Первый направляющий элемент 13 выгнут наружу от центральной продольной оси М вставного устройства 14 в направлении С, в то время как второй направляющий элемент 15 выгнут наружу от центральной продольной оси М вставного устройства 14 в направлении D. При этом первый направляющий элемент 13 и второй направляющий элемент 15 соответственно обладают такой шириной, чтобы при находящемся в глухом отверстии 11 вставном устройстве 14 изогнутый передний участок плоского профиля первого направляющего элемента 13, или, соответственно, второго направляющего элемента 15, прижимался к цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенке 6 с глухого отверстия 11 (смотри фиг. 5). При этом плоский профиль первого направляющего элемента 13 и плоский профиль второго направляющего элемента 15 выполнены таким образом, что они обладают упругим пружинящим действием в направлении С, или, соответственно, D. Прижим изогнутого переднего участка плоского профиля первого, соответственно второго направляющего элемента 13, 15 обеспечивает плотный контакт вставного устройства 14 со стенкой 6 с глухого отверстия 11.

Как показано на фиг. 5 и 7, первый изогнутый направляющий элемент 13 имеет поперечное сечение Q1, а второй изогнутый направляющий элемент 15 имеет поперечное сечение Q2. При этом поперечное сечение Q1 выполнено центрально симметричным вокруг центральной продольной оси М относительно поперечного сечения Q2. Таким образом, поперечное сечение

вставного устройства 14 преимущественно обладает S-образной формой (смотри фиг. 5 и 7).

Кроме, того, вставное устройство 14 имеет разделительный перегородочный элемент 16 (смотри фиг. 2, 3, 4, 6 и 7). Разделительный перегородочный элемент 16 выполнен преимущественно в виде полукруглой пластины, прикрепленной к первой поверхности 14с вставного устройства 14. Наружная кромка разделительного перегородочного элемента 16 по форме соответствует цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенке 6с цилиндрической полости (глухого отверстия) 11. Помимо этого разделительному перегородочному элементу 16 приданы несколько избыточные размеры, а также упругие пружинящие свойства, в связи с чем при введении вставного устройства 14 в глухое отверстие 11 приходится преодолевать определенное сопротивление, причем вставное устройство 14 прижимает разделительный перегородочный элемент 16 к цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенке 6с. Это позволяет надежно фиксировать вставное устройство 14 в глухом отверстии 11 и затрудняет слишком легкое извлечение этого устройства из глухого отверстия 11. Кроме того, благодаря избыточным размерам полукруглой пластины, а также указанному выше сопротивлению достигается оптимальное уплотнение зоны контакта полукруглой пластины с цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенкой 6с. Таким образом, разделительный перегородочный элемент 16 обеспечивает плотный контакт вставного устройства 14 с цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенкой 6с цилиндрической полости (глухого отверстия) 11, благодаря чему вода W, поступающая через сквозное отверстие 12 в глухое отверстие 11, может течь только в направлении А (смотри фиг. 3).

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вставное устройство 14 снабжено также опорным элементом 17 (смотри фиг. 2, 3, 4 и 7). Опорный элемент 17 преимущественно обладает формой бойка, гидравлически благоприятно проходящего вдоль продольного направления вставного устройства 14. Опорный элемент 17 предназначен для опоры находящегося в цилиндрической полости (глухом отверстии) 11 вставного устройства 14.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вставное устройство 14 имеет также позиционирующий элемент 18 (смотри фиг. 2, 3, 4 и 7). Позиционирующий элемент 18 преимущественно обладает формой цилиндрического выступа, расположенного на первой поверхности 14с вставного устройства 14. Свободный конец позиционирующего элемента 18 предназначен для введения в соответствующую (сопрягающуюся) выемку в цилиндрической полости (глухом отверстии) 11, что позволяет обеспечить максимально точное позиционирование, или, соответственно, ориентацию вставного устройства 14 в цилиндрической полости (глухом отверстии) 11 (то есть в предварительно установленном месте и в предварительно заданном направлении). Сопрягающаяся выемка в цилиндрическом глухом отверстии 11 на чертежах не показана.

Первая поверхность 14с вставного устройства 14 предназначена для пропускания воды W, которую подают в приводной вал 6 для охлаждения и промывки, в первом направлении А, в то время как вторая поверхность 14d вставного устройства 14 предназначена для пропускания воды W во втором направлении В. С помощью первой поверхности 14 с вода W перемещается ко второму концу 11b выполненной в виде глухого отверстия полости 11 (в направлении А). При этом с целью охлаждения приводного вала 6 вода W находится между первой поверхностью 14с и цилиндрической, или, соответственно, внутренней стенкой 6с полости 11.

После достижения второго конца 14b вставного устройства 14 поступившая с первой поверхности 14с вода W через паз S между вторым концом 14b вставного устройства 14 и вторым концом 11b полости 11 поступает ко второй поверхности 14d вставного устройства 14. Как указано выше, благодаря наличию паза S вода W может обтекать вставное устройство 14, поступая от первой поверхности 14с ко второй поверхности 14d в направлении, показанном на фиг. 3 изогнутой стрелкой.

Вода W перемещается вдоль второй поверхности 14d в направлении В к первому концу 11а полости 11, выполненной в виде глухого отверстия. При этом для охлаждения приводного вала 6 вода W находится между второй поверхностью 14d и цилиндрической, или. соответственно, внутренней стенкой 6с полости 11.

Вода W через открытый первый конец 6а приводного вала 6 и далее через полый зажим 8 поступает к выполненному в виде сверлильной коронки бурильному инструменту 2 для его охлаждения и промывки.

При пропускании воды W вдоль первой, или, соответственно, второй поверхности 14с, 14d вставного устройства 14 вода W поглощает тепловую энергию станка для колонкового бурения 1 и, в частности, приводного вала 6, а, следовательно, охлаждает станок для колонкового бурения 1 и приводной вал 6.

В случае если вода W, предназначенная для промывки сверлильной коронки 2, через сквозное отверстие 12 поступает в полость 11 приводного вала 6, она может эффективно охлаждать приводной вал 6, а, следовательно, устройство для колонкового бурения 1 в целом. Благодаря пропусканию воды W в первом направлении А и втором направлении В удлиняется путь ее перемещения через полость 11 приводного вала 6, что способствует поглощению водой W большего количества тепла, а, следовательно, эффективному охлаждению приводного вала 6 и устройства для колонкового бурения 1 в целом.

Благодаря тому, что первый направляющий элемент 13 и второй направляющий элемент 15 выполнены преимущественно в виде изогнутого плоского профиля, может быть обеспечено улучшенное уплотнение вставного устройства 14 в глухом отверстии 11.

Позиции на чертежах

1 станок

2 бурильный инструмент

2а первый конец бурильного инструмента

2b второй конец бурильного инструмента

3 корпус

4 электродвигатель

5 редуктор

6 приводной вал

6а первый конец приводного вала

6b второй конец приводного вала

6с цилиндрическая стенка / внутренняя стенка цилиндрической полости (глухого отверстия)

7 промывочная головка

8 зажим бурильного инструмента

9 подача воды

10 отсасывающее устройство

11 полость / глухое отверстие

11а первый конец полости / глухого отверстия

11b второй конец полости / глухого отверстия

12 сквозное отверстие

13 первый направляющий элемент

14 вставное устройство

14а первый конец вставного устройства

14b второй конец вставного устройства

14с первая поверхность вставного устройства

14d вторая поверхность вставного устройства

15 второй направляющий элемент

16 разделительный перегородочный элемент

17 опорный элемент

18 позиционирующий элемент

А первое направление

В второе направление

Q1 поперечное сечение первого направляющего элемента

Q2 поперечное сечение второго направляющего элемента

R направление вращения

Приводной вал (6) станка (1), например станка для колонкового бурения, предназначен для соединения с бурильным инструментом (2), в частности сверлильной коронкой, и включает полость (11), простирающуюся в основном по всей его длине и вдоль оси вращения (М). Полость (11) имеет по меньшей мере одно приточное отверстие, выполненное с возможностью подавать через него в бурильный инструмент воду (W) вдоль приводного вала. В полости (11) предусмотрено вставное устройство (14), выполненное с возможностью пропускания через него воды (W) для охлаждения приводного вала (6) сначала в первом направлении (А), а затем во втором направлении (В), причем вставное устройство (14) включает первый изогнутый направляющий элемент (13) и второй изогнутый направляющий элемент (15), предназначенные для разобщения воды (W), пропускаемой в первом направлении (А) и во втором направлении (В). Площадь поперечного сечения (Q1) первого изогнутого направляющего элемента (13) выполнена точечно-симметричной вокруг центральной продольной оси М к площади поперечного сечения (Q2) второго изогнутого направляющего элемента (15). Достигается снижение повреждений станка в результате нагрева. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Приводной вал (6) станка (1), выполненный с возможностью соединения с бурильным инструментом (2) и с полостью (11), простирающейся в основном по всей длине приводного вала (6) и вдоль оси вращения (М), причем полость (11) имеет по меньшей мере одно приточное отверстие, выполненное с возможностью подачи через него в бурильный инструмент воды (W) вдоль приводного вала, отличающийся тем, что он снабжен вставным устройством (14), размещенным в полости (11) и выполненным с возможностью пропускания через него воды (W) для охлаждения приводного вала (6) сначала в первом направлении (А), а затем во втором направлении (В), причем вставное устройство (14) включает первый изогнутый направляющий элемент (13) и второй изогнутый направляющий элемент (15), которые предназначены для разобщения воды (W), пропускаемой в первом направлении (А), и воды (W), пропускаемой во втором направлении (В), при этом поперечное сечение (Q1) первого изогнутого направляющего элемента (13) выполнено центрально-симметричным вокруг центральной продольной оси М относительно поперечного сечения (Q2) второго изогнутого направляющего элемента (15).

2. Приводной вал (6) по п. 1, отличающийся тем, что он предназначен для станка для колонкового бурения.

3. Приводной вал (6) по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью соединения с бурильным инструментом в виде сверлильной коронки.

4. Приводной вал (6) по п. 1, отличающийся тем, что вставное устройство (14) имеет опорный элемент (17) для опоры вставного устройства (14) в полости (11).

5. Приводной вал (6) по п. 1, отличающийся тем, что вставное устройство (14) имеет по меньшей мере один позиционирующий элемент (18), выполненный с возможностью зацепления с соответствующим позиционным отверстием в полости (11) для предотвращения относительного перемещения между вставным устройством (14) и приводным валом (6).

6. Приводной вал (6) по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что вставное устройство (14) имеет по меньшей мере один разделительный перегородочный элемент (16) для пропускания воды в первом направлении (А) и для фиксации вставного устройства (14) в полости (11).