Буровой станок Советский патент 1983 года по МПК E21B3/02 E21B44/00 

(54) БУРОВОЙ СТАНОК

1

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам.

Известен буровой станок, включающий kopnyc, приводной двигатель, трансмиссию Привода вращения и подачи породоразруй1ающего инструмента и регулятор подачи 1.

Однако в этом станке не предусмотрена возможность бурения с сообщением дополнительных вибраций породоразрушающему инструменту.

Наиболее близким к предлагаемому является буровой станок, включающий корпус, приводной двигатель, инерционную трансмиссию привода вращения породоразрущакущего инструмента, механизм подачи породоразрушающего инструмента с регулятором 2.

Однако в устройстве не обеспечено перераспределение приводной мощности между механизмами подачи и вращения в зависимости от физико-механических свойств буримой породы, что снижает его производительность.

Цель изобретения - повышение производительности станка за счет обеспечения

перераспределения приводной мощности между механизмами подачи и вращения в зависимости о физико-механических сйойств буримой породы.

Поставленная цель достигается тем, что

5 буровой станок, включающий корпус, приводной двигатель, инерционную трансмиссию привода вращения породоразрущаю.щего инструмента, механизм подачи породоразрушающего инструмента с регулятором,

10 рнабжен задающим блоком и механизмом свободного хода, трансмиссия привода вращения выполнена в виде импульсатора с двумя механизмами свободного хода, наружные обоймы которых снабжены тормозными устройствами с автономными приводами

15 и соединены с регулятором механизма подачи, а их внутренние обоймы жестко установлены на ведомом элементе импульсатора, при этом одна из наружнь1х обойм сое. динена с породоразрущающим инструмен20 том, а другая - с задаюхцим бликом, причем регулятор механизма подачи выполнен в виде дифференциального механизма, каждое центральное колесо которого кинематически связано с наружной обоймой одного из механизмов свободного хода импульсатора, а водило - с механизмом подачи, причем внутренняя обойма механизма свободного хода соединена с наружной обоймой, противоположно направленного ему механизма свободного хода импульсатора, а наружная - с корпусом станка, при этом задающее устройство выполнено в виде гидравлического насоса с регулируемым сопротивлением на выходе.

На чертеже представлена кинематическая схема устройства.

Буровой станок состоит из корпуса 1, приводного двигателя 2, породоразрушающего инструмента 3, связанного с валом 4 инерционной трансмисии привода вращения, включающей планетарный импульсатор, соетоящий из ведущего элемента 5, неуравновещенных сателлитов 6, связанных через оси 7 с ведущим элементом 5 и ведомого элемента 8, выполненного в виде вала с солнечной щестерней 9, находящейся в зацеплении с неуравновещенными сателлитами 6, двух механизмов свободного хода, причем наружная обойма 10 одного из них соединена с породоразрущающим инструментом 3, а наружная обойма 11 другого, через щестерни 12 и 13 - с задающим устройством 14, выполненным в виде регулируемого насоса с регулируемым сопротивлением на выходе, при этом обе наружные обоймы 10 и 11 снабжены тормозными устройствами 15 и 16 с автономными приводами, а их внутренние обоймы 17 и 18 жестко установлены на ведомом элементе 8 импульсатора механизма подачи породоразрущающего инструмента, включающего щестерню 19, гайку 20 и ходовой винт 21, регулятора механизма подачи, выполненного в виде дифференциального механизма, включающего центральные колеса 22 и 23, связанные с наружными обоймами 10 и 11 механизмов свободного хода импульсатора, сателлиты 24, водило 25, связанное через зубчатый венец 26 с механизмом подачи, механизма свободного хода, внутренняя обойма 27 котордго соединена с наружной обоймой 11 противоположно направленного ему механизма свободного хода импульсатора, а наружная обойма 28 - с корпусом 1 станка.

Устройство работает следующим образом

Двигатель 2 приводит во вращение ведущий элемент 5 с неуравновещенными сателлитами 6. При вращении неуравновещенных сателлитов 6 вокруг солнечной щестерни 9, закрепленной на валу 8, на последний действует знакопеременный вращающий момент, закон изменения которого носит синусоидальный характер, с периодом, равным времени одного оборота неуравновещенных сателлитов 6 относительно собственной оси вращения 7. Этот знакопеременный вращающий момент, в зависимости от относительного положения ведущего элемента 5 и вала 8, разгоняет последний до угловой скорости наружных обойм 10 и 11, которые вращаются в разные стороны. При этом импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в сторону вращения ведущего элемента 5, считается положительным, импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в противоположную сторону - отрицательным. В положительной фазе цикла импульс знакопеременного вращающего момента, действующий на вал 8, со стороны неуравновещенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в отрицательной фазе предыдущего цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы 10, включение механизмов свободного хода, совместный разгон вала 8 с наружной обоймой 10 и передачу вращающего момента на породоразрушающий инструмент 3 для преодоления момента сил сопротивления, определяемых рабочим процессом. Одновременно приводится во вращение центральное колесо 22 дифференциального механизма. В этой фазе цикла наружная обойма 11, вращаясь по инерции приводит во вращение, связанное с ней центральное колесо 23 дифференциального механизма. Разность скоростей центральных колес 22 и 23 (вращающихся в разные стороны), обуславливает переносное движение сателлитов 24 и водила 25 дифференциального механизма с определенной (этой разностью) угловой скоростью. Водило 25 жестко соединено с зубчатым венцом 26, который приводит в действие через щестерню 19 гайку 20, перемещая ее вместе с корпусом 1, относительно неподвижного винта 21, механизма подачи, обеспечивая подачу породоразрущающего инструмента 3 в рабочую зону.

В отрицательной фазе цикла импульс

знакопеременного вращающего момента, действующий на вал 8 со стороны неуравновещенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в положительной фазе цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы 11, и затем, после включения МСХ совместный разгон вала 8, наружной обоймы 11 и связанных с ней шестерни 12 и центрального колеса 23 дифференциального механизма. С щестерни 12 импульс знакопеременного вращающего момента через щестерню 13 передается на задающее устройство 14. В этой же фазе цикла наружная обойма 10 и связанHbie с ней щпиндель 3 и центральное колесо 22 вращаются по инерции. Разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23, как и прежде, определяет действие механизма подачи, обеспечивая и в этой фазе цикла подачу породоразрущающего инструмента 3 или обрабатываемого материала к

породоразрушающему инструменту 3. Так распределяются положительный и отрицательный импульсы вращающего момента и осуществляется работа инердионного привода при определенных величинах моментов сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3, обусловленных физикомеханическими свойствами обрабатываемого материала. При этом связанное с наружной обоймой 11 через-шестерни 12 и 13 задающее устройство 15 создает сопротивление вращению обоймы 11, которое может регулироваться по величине, например, путем принудительного изменения сопротивления на выходе гидравлического насоса. Автоматическое распределение мощности приводного двигателя между породоразрущающим инструментом 3 и механизмом подачи в зависимости от физико-механических свойств буримой породы обеспечивается тем, что, во-первых, величина положительного и отрицательного импульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновещенных сателлитов 6 на ведомый элемент 8 тем больще, чем больще скорость неуравновещенных сателлитов 6 относительно ведущего элемента 5, которая зависит от величины момента сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3, во-вторых, наружные обоймы 10 и 11 механизмов свободного хода импульсатора соединены между собой через дифференциальный механизм, а водило 25 дифференциального механизма кинематически связано с механизмом подачи породоразрущающего инструмента 3, Так, например, увеличение момента сил сопротивления на породоразрущающем инструменте 3 приводит к уменьщению угловой скорости наружной обоймы 10 и связанного с ней центрального колеса 22 дифференциального механизма„ а угловая скорость наружной обоймы 11 и связанного с ней центрального колеса 23 возрастает, что приводит к уменьщению разности угловых скоростей центральных колес 22 и 23 и уменьщению угловых скоростей водила 25, зубчатого венца 26, шестерни 19 и гайки 20, чем уменьщаётся величина подачи породоразрущающего инструмента 3. Одновременно происходит уменьшение угловой скорости вала 8 в направлении действия положительного импульса знакопеременного вращающего момента и увеличение относительной скорости неуравновешенных сателлитов 6 во время отрицательной фазы цикла, следствием чего является увеличение положительного импульса момента, что и необходимо для преодоления момента сил сопротивления на породоразрушаюшем инструменте 3. При этом увеличение относительной скорости неуравновещенных сателлитов 6 во время фазы цикла пропорционально увеличению момента сил сопротивления, причем каждому значению момента сил сопротивления соответствуют определенные значения относительной скорости неуравновешенных сателлитов 6 и величины положительного импульса знакопеременного вращающего момента. 5 С увеличением момента сил сопротивления на породоразрущающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрущающего инструмента 3 и увеличение вращающего момента на нем. При этом умень0 шается величина подачи породоразрущающего инструмента 3. С уменьщением величины подачи прогрессирующее падение угловой скорости породоразрущающего инструмента 3 прекращается, что приводит к выj ходу инерционного привода бурового станка на новый установившийся режим работы с локализацией изменений скоростных и силовых параметров в определенной области, определяемой сопротивлением на выходе, задающего устройства. При значи0 тельном увеличении момента сил сопротив-ления на породоразрушающем инструменте 3 разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23 может стать равной нулю, что соответствует режиму работы инерционного привода с нулевой подачей породоразрушающего инструмента 3. Момент наступления этого режима, а также соответствующие ему величины скоростных и силовых параметров на породоразрущающем инструменте 3 и механизме подачи, зависят от сопротив0 ления задающего устройства, которое создает сопротивление вращению наружной обоймы 11. Сопротивление задающего устройства должно быть отрегулировано так, чтобы режим работы инерционного привода с нулевой подачей породоразрущающего

5 инструмента 3 наступал при кинематическом передаточном числе (отношение числа оборотов породоразрущающего инструмента 3 к числу оборотов вала двигателя 2), соответствующему минимально допустимому при работе инерционного привода КПД. При аварийном возрастании момента сил сопротивления на породоразрущающем инструменте 3, когда последний останавливается, разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23 изменит знак. Вслед5 ствие чего изменится направление вращения водила 25, т. е. изменится направление подачи породоразрушающего инструмента 3 и исключается аварийная ситуация. В процессе отвода породоразрущающего инструмента 3 момент сил сопротивления на

нем снижается до тех значении, пока он

и наружная обойма 10 вновь не начнут вращаться. В этом случае происходит автоматическое возобновление рабочего процесса после уст1: нения аварийной ситуации. Кроме того, для обеспечения ускоренной подачи породоразрущающего инструмента 1 в рабочую зону, при отсутствии сил сопротивления на последнем, необходимо наружную обойму 11 затормозить тормозным устройством 15 до полной остановки. Вследствие чего, наружная обойма 10 получит ускоренное вращение и через центральное колесо 22, сателлит 24, водило 25 и зубчатый венец 26 это же ускоренное вращение получит механизм подачи, который и осуществит ускоренную подачу породоразрушающего инструмента 3 в рабочую зону. Для ускоренного вывода породорйзрущающего инструмента 3 из рабочей зоны необходимо наружную обойму 10 затормозить тормозным устройством 16 до полной остановки, вследствие чего наружная обойма 11 получит ускоренное вращение и, через центральное колесо 23, сателлит 24, водило 25 и зубчатый венец 26 это же ускоренное вращение получит механизм подачи, который и осуществит ускоренный вывод породоразрушающего инструмента 3. Механизм свободного хода исключает кинематическую неопределенность в движениях звеньев привода в момент пуска, когда возможно вследствие трения вращение наружной обоймы 11 по направлению движения наружной обой.мы 10. Перераспределение приводной мощности между механизмами подачи и вращения в зависимости от физико-механических свойств, буримой породы обеспечивает повыщение производительности бурового станка.

Формула изобретения 1. Буровой станок, включающий корпус, приводной двигатель, инерционную трансмиссию привода вращения породоразрушающего инструмента, механизм подачи породоразрущающего инструмента с регулятором, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности станка за счет обеспечения перераспределения приводной

мощности между механизмами подачи и вращения в зависимости от физико-механических свойств бурильной породы, он снабжен задающим блоком и механизмом свободного хода, а трансмиссия привода вращения выполнена в виде импульсатора с двумя механизмами свободного хода, наружные обоймы которых снабжены тормозными устройствами с автономными приводами и соединены с регулятором механизма

подачи, а их внутренние обоймы жестко установлены на ведомом элементе импульсатора, при этом одна из наружных обойм соединена с породоразрущающим инструментом, а другая - с задающим блоком,

причем регулятор механизма подачи выполнен в виде дифференциального механизма, каждое центральное колесо которого кинематически связано с наружной обоймой одного из механизмов свободного хода импульсатора, а водило - с механизмом подачи, причем внутренняя обойма ме;{анизма свободного хода соединена с наружной обоймой противоположно направленного ему механизма свободного хода, импульсатора, а наружная - с корпусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 692965, кл. Е 21 В 3/02, 1977 (прототип).

frs

37