Ударное устройство Российский патент 2023 года по МПК E21B4/14 

Техническое решение относится к горным машинам, а именно к погружным пневматическим ударным механизмам для бурения скважин по породам средней и высокой крепости, и может найти применение в горном деле и строительстве.

Известен многокамерный погружной пневматический ударный механизм по а.с. СССР №1439187, кл. Е21В 4/14, опубл. 23.11.1988г., содержащий корпус, гильзу, размещенную внутри корпуса и имеющую каналы, размещенный внутри гильзы ударник с хвостовиком, разделяющий внутреннюю полость гильзы на основную камеру холостого хода, расположенную со стороны ударной части, и основную камеру рабочего хода, расположенную со стороны хвостовика, и имеющий как минимум одну шейку, образующую между стенками гильзы кольцевую полость, и как минимум одну разрезную втулку, охватывающую шейку ударника и разделяющую полость, образованную шейкой, на вспомогательные камеры холостого и рабочего хода, питающую магистраль, продольную выхлопную магистраль и буровую коронку, подвижно соединенную с корпусом и имеющую продольный канал, при этом на хвостовике ударника выполнена кольцевая проточка, постоянно связанная с питающей магистралью, а в гильзе дополнительно выполнены каналы, один из которых имеет выходы в основную и в каждую вспомогательную камеру холостого хода, а другой – в основную и в каждую вспомогательную камеру рабочего хода, при этом один из выходов каждого канала выполнен с возможностью периодического сообщения через кольцевую проточку на хвостовике ударника с питающей магистралью.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: корпус, гильза, ударник с шейками, охваченными разрезными втулками, буровая коронка, установленная в гнезде корпуса, торцевые и кольцевые камеры холостого и рабочего хода.

Недостатками данного устройства являются: отсутствие функции блокировки (остановки ударного воздействия) при отрыве буровой коронки от забоя, невозможность продувки, т.е. очистки камер и каналов ударного механизма сжатым воздухом от его загрязнений в режиме остановки.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является погружной пневматический ударный механизм по патенту РФ №2090730, кл. Е21В 4/14, Е21С 3/24, опубл. в Бюл. №26 20.09.97, содержащий корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильзу, охватывающую хвостовик и образующую с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезную втулку, охватывающую шейку ударника с образованием соответственно между втулкой и хвостовиком, втулкой и головкой ударника кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода, питающий канал, буровую коронку с каналами, установленную в гнезде корпуса с образованием полости между коронкой и торцом ударника, при этом в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и коронкой, причем каналы в коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют её с атмосферой.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильза, охватывающая хвостовик и образующая с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезная втулка, охватывающая шейку ударника с образованием между разрезной втулкой и хвостовиком, разрезной втулкой и головкой ударника соответственно кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода, питающий канал, буровая коронка с каналами, установленная в гнезде корпуса с образованием полости между буровой коронкой и торцом ударника, при этом в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и буровой коронкой, причем каналы в буровой коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют её с атмосферой.

Недостатками прототипа являются: отсутствие функции блокировки (остановки ударного воздействия) при отрыве буровой коронки от забоя, невозможность одновременной продувки, т.е. очистки камер и каналов ударного механизма сжатым воздухом от загрязнений в режиме его остановки.

Проблема заключается в повышении надежности и эффективности ударного устройства за счет обеспечения функции блокировки устройства при отрыве его от забоя скважины с одновременной продувкой (очисткой) всех каналов и камер устройства сжатым воздухом от попадающих в него загрязнений в процессе бурения скважины в режиме его остановки.

Проблема решается тем, что в ударном устройстве, содержащем корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильзу, охватывающую хвостовик и образующую с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезную втулку, охватывающую шейку ударника с образованием между разрезной втулкой и хвостовиком, разрезной втулкой и головкой ударника соответственно кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода, питающий канал, буровую коронку с каналами, установленную в гнезде корпуса с образованием полости между буровой коронкой и торцом ударника, при этом в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и буровой коронкой, причем каналы в буровой коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют её с атмосферой, согласно техническому решению в задней части шейки ударника выполнена кольцевая проточка, обеспечивающая возможность взаимодействия через свою переднюю кромку кольцевых камер рабочего и холостого хода, а посредством своей задней кромки – отсоединения кольцевой камеры холостого хода от питающего канала, при этом кромка заднего торца ударника выполнена с возможностью соединения через канал в гильзе торцевой камеры рабочего хода с питающим каналом.

Кольцевая проточка в задней части шейки ударника в случае его смещения вместе с буровой коронкой вперед при отрыве от забоя соединяет через свою переднюю кромку кольцевую камеру холостого хода с кольцевой камерой рабочего хода, при этом задней кромкой кольцевая проточка в задней части шейки ударника отсекает поступление через канал в гильзе сжатого воздуха из питающего канала. Взвод ударника в этом случае невозможен, обеспечивается блокировка ударного устройства при его отрыве от забоя, что предотвращает нанесение ударов по буровой коронке и, следовательно, дает возможность избежать динамического воздействия на буровой став и элементы конструкции ударного устройства, что позволяет значительно повысить надежность ударного устройства и ресурсные возможности всего бурового комплекса (ударного устройства, бурового става и бурового станка).

Кроме того, возможность при этом соединения питающего канала через канал в гильзе с торцевой камерой рабочего хода, обеспеченная выполненной на заднем торце ударника кромкой, при блокировке ударного устройства позволяет посредством сжатого воздуха из питающего канала одновременно продувать его каналы и камеры от возможных загрязнений, попадающих в них в процессе работы ударного устройства в режиме его остановки. Периодическая продувка обеспечивает устойчивое взаимодействие конструкционных элементов ударного устройства при работе, что повышает его надежность и эффективность.

Сущность ударного устройства представлена на чертеже.

Ударное устройство содержит корпус 1, ударник 2, имеющий головку 3 с отсечной кромкой 4 и хвостовик 5 с отсечной кромкой 6. Головка 3 и хвостовик 5 соединены шейкой 7. В корпусе 1 размещена гильза 8, охватывающая хвостовик 5 и образующая с его торцом торцевую камеру 9 рабочего хода. Внутри гильзы 8 установлена разрезная втулка 10, охватывающая шейку 7 ударника 2 и образующая между ней и хвостовиком 5 кольцевую камеру 11 холостого хода, а между ней и головкой 3 – кольцевую камеру 12 рабочего хода. Полукольца разрезной втулки 10 фиксируют стопорами 13. Торцевая камера 9 рабочего хода и кольцевая камера 12 рабочего хода соединены размещенным в гильзе 8 каналом 14, имеющим окно 15, выполненное с возможностью взаимодействия с отсечной кромкой 6 хвостовика 5. Имеется питающий канал 16, а канал 17, размещенный в гильзе 8, соединяет канал 16 с кольцевой камерой 11 холостого хода. В стенке корпуса 1 выполнена кольцевая расточка 18 с возможностью взаимодействия с отсечной кромкой 4 головки 3. В гнезде корпуса 1 подвижно установлена буровая коронка 19 с каналами 20. Буровая коронка 19 образует с ударником 2 полость 21. Каналы 20 буровой коронки 19 постоянно открыты в полость 21. В задней части шейки 7 ударника 2 выполнена кольцевая проточка 22, обеспечивающая своими кромками: передней - 23, взаимодействующей с разрезной втулкой 10, и задней - 24, взаимодействующей с каналом 17 гильзы 8, отсоединение кольцевой камеры 11 холостого хода от питающего канала 16 через канал 17 гильзы 8. Кромка 25 заднего торца ударника 2 выполнена с возможностью соединения питающего канала 16 через канал 17 гильзы 8 с торцевой камерой 9 рабочего хода.

Работает ударное устройство следующим образом. Из става штанг бурового станка сжатый воздух подают в питающий канал 16, откуда через канал 17 в гильзе 8 он поступает в кольцевую камеру 11 холостого хода. Воздействуя на рабочую площадь ударника 2 со стороны этой камеры 11, сжатый воздух приводит в движение ударник 2. В кольцевой камере 11 холостого хода сжатый воздух воздействует на разрезную втулку 10, охватывающую шейку 7 ударника 2. Однако она неподвижна, т.к. её движению препятствуют стопоры 13. При движении ударника 2 головка 3 с отсечной кромкой 4 отсекает кольцевую расточку 18 в стенке корпуса 1, изолируя кольцевую камеру 12 рабочего хода и связанную с ней торцевую камеру 9 рабочего хода. В дальнейшем отсечная кромка 6 хвостовика 5 открывает окно 15, сообщая его с кольцевой камерой 11 холостого хода. Из кольцевой камеры 11 холостого хода, связанной с питающим каналом 16, сжатый воздух через окно 15, канал 14 поступает в торцевую камеру 9 рабочего хода и кольцевую камеру 12 рабочего хода. Ввиду того, что рабочая площадь ударника 2 со стороны камер 9 и 12 рабочего хода за счет использования разрезной втулки 10 велика, ударник 2 под действием сжатого воздуха, воздействующего на эти рабочие площади, резко тормозится и переводится на рабочий ход. При движении ударника 2 на рабочем ходу отсечная кромка 6 отсоединяет окно 15 от кольцевой камеры 11 холостого хода, прекращая впуск сжатого воздуха в камеры 9 и 12 рабочего хода. В дальнейшем движение ударника 2 осуществляется за счет инерции и за счет расширения сжатого воздуха.

При дальнейшем движении ударника 2 отсечная кромка 4 головки 3 открывает кольцевую расточку 18, начинается выхлоп сжатого воздуха из кольцевой камеры 12 рабочего хода и соединенной с ней торцевой камеры 9 рабочего хода. При этом сжатый воздух выхлапывается по кольцевой расточке 18 в полость 21 и далее, через постоянно открытые каналы 20 буровой коронки 19 на забой скважины. В конце хода ударник 2 наносит удар по хвостовику буровой коронки 19. Цикл повторяется. В случае отрыва ударного устройства от забоя под действием сжатого воздуха из питающего канала 16, происходит смещение буровой коронки 19 и ударника 2 вперед. При этом передняя кромка 23 проточки 22 в задней части шейки 7 ударника 2 смещается вниз, соединяя проточку 22, а значит, и кольцевую камеру 11 холостого хода с кольцевой камерой 12 рабочего хода. Задняя кромка 24 проточки 22 отсекает кольцевую камеру 11 холостого хода от питающего канала 16 через канал 17 гильзы 8, обратный ход ударника 2 невозможен, ударное устройство блокируется. При этом кромка 25 заднего торца ударника 2 смещается таким образом вперед, что происходит соединение питающего канала 16 через канал 17, размещенный в гильзе 8, с торцевой камерой 9 рабочего хода. При этом сжатый воздух, продувая торцевую камеру 9 рабочего хода, полость 21, окно 15, каналы 14 и 20, очищает их от загрязнений, попадающих в ударное устройство в процессе бурения в режиме его остановки, обеспечивая таким образом надежность работы и эффективность ударного устройства.

Изобретение относится к погружным пневматическим ударным механизмам для бурения скважин по породам средней и высокой крепости и может найти применение в горном деле и строительстве. Ударное устройство содержит корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильзу, охватывающую хвостовик и образующую с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезную втулку, охватывающую шейку ударника с образованием между разрезной втулкой и хвостовиком, разрезной втулкой и головкой ударника соответственно кольцевых камер холостого и рабочего хода, питающий канал, буровую коронку с каналами, установленную в гнезде корпуса с образованием полости между буровой коронкой и торцом ударника. Кольцевая камера рабочего хода посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода. В гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего. В стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и буровой коронкой. Каналы в буровой коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют её с атмосферой. В задней части шейки ударника выполнена кольцевая проточка, обеспечивающая возможность взаимодействия через свою переднюю кромку кольцевых камер рабочего и холостого хода, а посредством своей задней кромки – отсоединения кольцевой камеры холостого хода от питающего канала. Кромка заднего торца ударника выполнена с возможностью соединения через канал в гильзе торцевой камеры рабочего хода с питающим каналом. Обеспечивается повышение надежности и эффективности ударного устройства. 1 ил.

Ударное устройство, содержащее корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильзу, охватывающую хвостовик и образующую с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезную втулку, охватывающую шейку ударника с образованием между разрезной втулкой и хвостовиком, разрезной втулкой и головкой ударника соответственно кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода, питающий канал, буровую коронку с каналами, установленную в гнезде корпуса с образованием полости между буровой коронкой и торцом ударника, при этом в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и буровой коронкой, причем каналы в буровой коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют её с атмосферой, отличающееся тем, что в задней части шейки ударника выполнена кольцевая проточка, обеспечивающая возможность взаимодействия через свою переднюю кромку кольцевых камер рабочего и холостого хода, а посредством своей задней кромки – отсоединения кольцевой камеры холостого хода от питающего канала, при этом кромка заднего торца ударника выполнена с возможностью соединения через канал в гильзе торцевой камеры рабочего хода с питающим каналом.