Вращатель бурильной машины Советский патент 1983 года по МПК E21B6/08 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к вращателям бурильных машин ударно-вращательного бурения.

Известен вращатель бурильной машины, включающий корпус с шпиндельным уэлом, пневмодвигатель и волновой двухступенчатый редуктор с гибким зубчатым колесом Cl}

Недостатком данного вр ателя является то, что использование двухступенчатого волнового редуктора приводит при длительной эксплуатации к потере мощности устройства вследствие перегрева волновой передачи.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является вращатель бурильной машины, включающий корпус со шпиндельным узлом, волновой редуктор с гибким и неподвижным зубчатыми колесами, пневмодвигатель с лопатками и распределительным узлом с золотниковыми каналами, генератор волн с рЪликами и зубчатую муфту 2.

Недостатком известного вращателя является то, что при длительной эксплуатации в результате износа гибкого колеса и возможности радиальной вибрации в муфтовом зацеплении происходит снижение мощности вращения н его КПД.

Цель изобретения - повышение мощности и КПД вращателя при одновременном обеспечении его компактности.

Указанная цель достигается тем, что во вращателе бурильной машины, включающем корпус со шпиндельным узлом, волновой редуктор с гибким неподвижным зубчатым колесами, пневмодвигатель с лопатками и распределительным узлом с золотниковыми каналами, генератор волн с роликами и зубчатую муфту, гибкое зубчатое колесо выполнено многослойным и не менее чем один из средних слоев выполнен из более эластичного. материала, причем золотниковые каналы выполнены в одном из средних i плоев гибкого зубчатого колеса, а зубчатое зацепление полумуфты образовано частью внешней поверхности гибкого зубчатого колеса.

На фиг. 1 показан вращатель. Осевой разрез (винтовые золотниковые канаты для наглядности показаны в плоскости разреза ;на фиг. 2 - разез А-Ана фиг. 1 ; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (развертка винтовых золотниковых каналов .

Вращатель бурильной машины включает в себя пневмоударный 1 и пиндельный 2 узлы, последний из которых соединен- ерез шлицы зубатой муфты3 с гибким зубчатым коесом 4,. гибкий обод 5 которого ,

скреплен с резиновым слоем 6 и гибким защитным металлическим кольцом 7. Внутри многослойного гибкого обода 5 размещены лопатки 8 в пазах выступа крышки 9. Многослый гибкий 5 обод 5 имеет отверстия 10 с винтовыми золотниковыми каналами 11, которые сообщаются с каналами 12 к 13, выполненными в крышке 9. В крышке 9 имеется еще кольцевой канал 14, который сообщается с пазами, в которых размещены лопатки 8.

Снаружи гибкого обода 5 установлен эллиптичный (или кулачкового профиля) генератор 15 волн на роликах 16, которые механически передают его внутренний эллиптический профиль собственно ободу 5, т.е.. на придание ободу 5 эллиптичного профиля не расходуется внешняя энергия, а сам генератор 15 является механическим генератором волн обода 5.

Гибкое зубчатое колесо 4 находится в постоянном зацеплении с неподвижным жестким колесом 17, закрепленным в корпусе 18. Между зубчатой муфтой 3 и корпусом 18 установлен резино-мёталлический упорный подшипник 19.

На гибком ободе 5 снаружи закреплена насадка 20 для герметизации его золотниковых каналов 11 по его торцу.

Гибкий обод 5 конструктивно объединяет в одну деталь гибкое зубчатое колесо 4 и гибкую зубчатую полумуфту 21.

Многослойный гибкий обод 5 с гибким наружным зубчатым колесом 4 и с лопатками 8, прилегающими к 0 нему изнутри, образует встроенный мотор редуктора-вращателя бурильной машины.

Распределительный узел выполнен в виде золотниковых контактов 8 гиб-, 5 кого зубчатого колеса, кольцевых

раздепительных каналов 12 и 13 крышки 9.

Золотниковые каналы 11, благодаря П эллиптичности профиля торца гибкого обода 5, сообщаются через каждые (примерно ) 90° поочередно с кольцевыми разделительными каналами 12 и 13 в крьзшке 9 через их отверстия. Например, на фиг. 1 обе вершины волн эллиптичного обода 5 с золотниковыми каналами 11 находятся в зоне сообщения с кольцевым каналом 12, а остальная часть его с золотниковыми каналами находится в зоне сообщения с 0 кольцевым каналом 13. При этом вход каждого золотникового винтового канала 11 развернут относительно его выхода примерно на 45° (40 - 50°) , что и обеспечивает диаграмму сил, 5 показанную на фиг. 2.

Угол 45 является оптимальным для устройства, но устройство достаточно работоспособно в диапазоне углов 40 - 50°, а допуск t5° обеспечивает его высокую технологичность при конструировании, изготовлении и ремонте

Все трущиеся резиновые поверхност устройства выполйенн технологически с антифрикционными свойствами (или резиновые элементы могут быть заменены на фторопластовые, капроновые и др.).

-Стрелки В, С, Д и Е указывают направление движения энергоносителя в определенный момент времени. Векторы р и Р соответственно обозначают давление энергоносителя и результирующую силу от этого давления. Симметричная степень эллиптичности гибкого зубчатого колеса обозначена через е.

Бурильная машина работает следующим образом. .

При подаче энергоносителя по стрелке В в кольцевую полость 12 и далее через винтовые золотниковые каналы 11 и отверстия 10 в рпреде : ленную внутреннюю часть гибкого обода Sj в пространства между прижатыми к нему лопатками 8, создаются два рабочих сектора (два поршня с результирующими силами Р (фиг. 2) Гибкое зубчатое колесо 4 начинает волнообразно перемещаться относительно жесткого зубчатого колеса 17 и за ;один цикл повернется на угол, соответствующий числу их разницы зубьев.

За один цикл волнового движения гибкого зубчатого колеса 4 генератор 15 волн на своих роликах 16 сделает один полный оборот. За то время все винтовые золотниковЕле каналы 11 пройду зоны нагнетания энергоносителя и его продувки дважды.

В то же время зубчатая муфта 3, имеющая равное отверстное число эубьев на гибком ободе 5, синхронно повернется вместе с зубчатым коле

сом 4. Д ал её через свои шлицы зубчатая муфта 3 повернет на этот же угол шпиндельный узел. 2, Ко втулке присоединен на резьбе буровой инструмент, который вращается и получает ударные импульсы.

Если у обода 5 секторы первого и третьего квадрантов (фиг 2) в данный момент находятся под рабочим давлением, то его секторы второго и четвертого квадрантов сообщаются с атмосферой через соответствующие золотннковыё каналы 11, кольцевые каналы 13 и далее по стрелке С. Все лопатки 8 во время работы плотно прижаты к внутренней поверхности обода 5 давлением энергоносителя, подводимого во все пазы через кольцевой канал 14 по срелке Д. Лопатки 8 во время работы движутся только возвратно-поступательно и не вращаются. При этом скорость проскальзывания обода 5 относительно лопаток 8 мала.

Реверс вращателя бурильной машины осуществляется изменением направйения подачи энергоносителя в кольцевых каналах 12 и 13 т.е. энер носитель подается в противоположном направлении стрелки С в кольцевой канал 13 -через соответствующие золотниковьае каната 11 в секторы второго и четвертого квадрантов внутри обода 5. Отработанный энергоноситель иэ секторов первого и третьего квадрантов по кольцевому каналу выходит в атмосферу в противоположном направлении стрелки В., .

При использовании предлагаемого вращателя за счет миогослойности гибкого зубчатого колеса обеспечивается возможность для генерировани и передачи значительной мощности, больших крутящих моментов коисуруктивного функцИйцсилового элемента с функциями золотнй f

IK

10.

Фtfг

ВРАЩАТЕЛЬ БУРИЛЬНОЙ МАУШ;НЫ, включающий корпус со шпиндельным узлом, волновой редуктор с гибким и неподвижным зубчатыми колесами, пневмодвигатель с лопатками и расп преде л и тельным узлом с золотниковыми канапа1«1, генератор волн с роликами и зубчатую муфту,отличающий с я тем, что, с цепью повышения моо|ности- и КПД вращателя при одновременнс обеспечении его ком.пактности, Гибкое зубЧатов колесо выполнено многослойным и не чем один из средних слоев выполнен из более эластичного материала, причем золотниковые каналы выполнены в одном из средних слоев гиОкого зубчатого колеса, а зубчатое зацепление полумуфты образовано частью внешней поверхности гибкого зубчатого колеса. 1(П