Ударно-поворотный механизм Российский патент 2021 года по МПК E21B6/06 

Изобретение относится к горной и строительной промышленности, а именно к ударным механизмам перфораторов, предназначенных для бурения шпуров.

Известно устройство ударного действия [Патент RU 2020054, опубликован 1994.09.30, МПК B25D 11/00], которое предназначено для передачи поступательного и вращательного ударных импульсов, содержащее соленоид, инструмент, выполняющий функцию вала, боек, пружину. На шлицевой поверхности инструмента соосно с ним с возможностью продольного перемещения расположен переходник, один торец которого обращен к конусной (гладкой или зубчатой) поверхности бойка, а другой торец - к упругому элементу (пружине). Обмотка соленоида включена в схему через диод. Переходник и головка инструмента имеют одинаковые шлицевые поверхности (или цилиндрические со шпонкой) с возможностью скольжения относительно друг друга.

Недостатком известного механизма является сложность и высокая стоимость обмотки соленоида, обеспечивающего одновременно поступательное и вращательное движение бойка, потери энергии на трение в механизме зацепления бойка с ударником в случае зубчатого исполнения.

Известно устройство ударного действия [Авторское свидетельство SU 1791108, опубликовано 1993.01.30., МПК B25D 17/24], которое предназначено для передачи поступательного и вращательного ударных импульсов. Содержит корпус, ударный узел, состоящий из обмотки, включенной через диод каждые половины периода, якорь-боек, поджатый пружиной, расположенный под углом 0°-90° к продольной оси, тяговый барабан с зубьями, насаженного на ось, поджатого демпфирующей пружиной и соединенного с храповым устройством.

Недостатком известного механизма является высокая стоимость обмотки соленоида, обеспечивающая ударные нагрузки по тяговому барабану под углом 0°-90° и зацепление бойка с барабаном происходит по отдельным зубьям на большом расстоянии от линии удара, что приводит к заметному понижению КПД передачи энергии ударом.

Наиболее близким к устройству того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для разрушения горных пород отрывом от массива [Патент RU 2079653 С1, опубликован 25.03.1988, МПК Е21С 37/02], который состоит из гидроцилиндра (корпус), упорного гидропоршня (поршень-ударник), механизма поворота (храповый механизм), состоящего из храповой буксы, находящейся во взаимодействии своими выступами с геликоидальной (винтовой) нарезкой на штоке, храповых собачек с пружинами и стержнями и торцевого упора на свободном конце в виде буровой коронки.

Недостатками известного технического решения, принятого за прототип, является сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей и сопряжении, сложность гидравлической схемы устройства, а также низкая скорость бурения.

Проблемой горнодобывающей отрасли, на сегодняшний день, с учетом увеличения объемов буровых работ является поиск более энергоэффективных способов бурения горных пород и конструкций механизмов, которые могли бы обеспечить бурение с достаточно высокими показателями скорости.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сколообразования буримой породы и, следовательно, скорости бурения.

Технический результат достигается тем, что ударно-поворотный механизм включает корпус, поршень-ударник, выполненные в виде геликоидальной пары хвостовик бура и поворотную буксу, храповый механизм, установленный на поворотной буксе, причем поворотная букса соединена со штоком поршня-ударника шлицевым соединением и выполнена с возможностью обеспечения поворота хвостовика бура относительно поворотной буксы по геликоидальной нарезке без проворота во время рабочего хода поршня-ударника и с возможностью ее поворота с поршнем-ударником и хвостовиком бура во время холостого хода поршня-ударника.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого ударно-поворотного механизма.

На фиг. 2 - разрез поворотной буксы с дополнительным храповым механизмом.

На фиг. 3 - разрез хвостовика бура и поворотной буксы.

Ударно-поворотный механизм включает в себя корпус 1, поршень-ударник 2, на шток (на фиг. 1 не обозначен) которого шлицевым соединением насажена поворотная букса 3, имеющая храповый механизм с собачками 4 и стержнями 5. Поворотная букса 3 соединена с небольшим зазором с хвостовиком бура 6 и имеет с ним одинаковую геликоидальную нарезку.

Механизм работает следующим образом.

При движении вправо поршень-ударник 2 (рабочий ход) совершает ударные воздействия по хвостовику бура 6. При этом расположенный на поворотной буксе 3 храповый механизм с храповыми собачками 4 и стержнями 5 запирают поворотную буксу 3, что исключает проворачивание хвостовика бура 6 относительно поворотной буксы 3 во время рабочего хода и обеспечивает поворот по геликоидальной нарезке хвостовика бура 6 относительно поворотной буксы 3. В результате этого обеспечивается движение хвостовик бура 6 и, следовательно, бурового инструмента (на чертеже не показан), по винтовой нарезке, позволяющей внедрять буровой инструмент в породный массив по винтовой траектории. Так как предел прочности пород на сдвиг и растяжение существенно меньше прочности пород на сжатие, то можно ожидать, что при такой картине силового воздействия бурового инструмента на породный массив формирование крупных сколов будет происходить чаще, следовательно, повышение эффективности сколообразования позволит повысить показатели скорости бурения. При обратном ходе (холостой ход) поршень-ударник 2 поворачивается вместе с поворотной буксой 3 и хвостовиком бура 6 на 10-15 градусов (храповый механизм на поворотной буксе не препятствует этому). Далее цикл повторяется.

Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано в ручных бурильных машинах и перфораторах, предназначенных для бурения шпуров в горных породах. Ударно-поворотный механизм включает корпус, поршень-ударник, выполненные в виде геликоидальной пары хвостовик бура и поворотную буксу, храповый механизм, установленный на поворотной буксе. Поворотная букса соединена со штоком поршня-ударника шлицевым соединением и выполнена с возможностью обеспечения поворота хвостовика бура относительно поворотной буксы по геликоидальной нарезке без проворота во время рабочего хода поршня-ударника и с возможностью ее поворота с поршнем-ударником и хвостовиком бура во время холостого хода поршня-ударника. Обеспечивается повышение эффективности сколообразования, что позволит повысить показатели скорости бурения. 3 ил.

Ударно-поворотный механизм, включающий корпус, поршень-ударник, выполненные в виде геликоидальной пары хвостовик бура и поворотную буксу, храповый механизм, установленный на поворотной буксе, отличающийся тем, что поворотная букса соединена со штоком поршня-ударника шлицевым соединением и выполнена с возможностью обеспечения поворота хвостовика бура относительно поворотной буксы по геликоидальной нарезке без проворота во время рабочего хода поршня-ударника и с возможностью ее поворота с поршнем-ударником и хвостовиком бура во время холостого хода поршня-ударника.