Виброгрейфер для прохода шурфов Советский патент 1984 года по МПК E21B7/24 E02F3/44 

Изобретение относится к геологоpa3jBeflO4HHM i работам и касается инструментов для проходки шурфов в пе чано-гравийных породах, например грейферов к буровым установкам. Известен буровой инструмент для проходки шурфов, включающий закрывающиеся челюсти и шток для выталки вания породы при разгрузке СИ. Недостатком данного устройства я ляется наличие гидравлического привода закрытия лопастей и недостаточ ная эффективность при внедрении.в породу. Наиболее близким к изобретению является виброгрейфер, включающий вибратор, привод, установленный на корпусе вибратора с помощью пружинного амортизатора, челюсти с приводом в виде винтовой пары и вибрруда ный стакан, верхняя часть которого соединена с корпусом вибратора, а нижняя шарнирно связана с челюстями С. Недостатком известного виброгрей фера является малая эффективность при внед)ении и при разгрузке. Цель изобретения - повышение про . изводительности проходки путем инте сификации операций внедрения, а так же выгрузки. Указанная цель достигается тем, ЧТ.О виброгрейфер для проходки шурфо включающий вибратор, привод, устано ленный на корпусе вибратора с помощ пружинного амортизатора, челюсти с приводом в виде винтовой пары и виб роударный стакан, верхняя часть которого соединена с корпусом вибрато ра, а нижняя шарнирно связана с челюстями, снабжен траверсой с тягами шарнирно связанными с челюстями и с пружинными фиксаторами, установле ными с возможностью взаимодействия с виброударным стаканом, а винт вин товой пары в своей нижней части выполнен в виде штока некруглого сечения и с упорньцл пояском, расположенным между винтовой частью и штоком некрУглого сечения, и снабжен выталкивателем породы с клиновыми разновысокими элементами, при этом шток своей частью некруглого сечения размещен внутри пружинных фиксаторов с возможностью продольного перемещения ,и взаимодействия клиновых разновысоких элементов с пружинными фиксаторами, а траверса установлена с возможностью взаимодействия с упорным пояском, причем виброударный стакан имеет дополнительный вибратор, установленный между его верхней частью и ijopnycoM вибратора.. Кроме того, выталкиватель породы с клиновыми разновысокими элементами снабжен шнековым забурником, а в верхней части - штангой некруглого сечения, выполненной в виде про-долде|ния. нижней части винта, при этом дополнительный вибратор выполнен в виде закрепленной на внутренней части виброударного стакана зубчатой опоры и роликов, установлен ных на корпусе вибратора с возможностью взаимодействия с зубчатой опорой, причем пружинный амортизатор выполнен в виде пружины кручения с закрепленными концами на приводе и корпусе вибратора. На фиг.1 изображен виброгрейфер, на фиг.2 - виброгрейфер с поднятым винтом и закрытыми лопастями , на фиг.З - траверса с фиксаторами, на фиг.4 - разрез А-А на фиг. 3;- на фиг.5 и б - работа сменного выталкивателя породы. Виброгрейфер для проходки шурфов имеет привод 1, корпус 2 вибратора, между которыми установлена пружина 3 с концами, жестко закрепленными в теле привода и корпусе. Нижний торец корпуса снабжен кольцевым бойком 4, средняя часть имеет роликовую опору 5 дополнительного вибратора 6. В корпусе установлены поджимающие пружины 7 с шаровыми опорами 8, а также вибратор 9 с роликами 10, шарикоподшипниковой 11 и -зубчатой 12 опорами. В конструкцию виброгрейфера входит винт 13 с упорным пояском 14 и с гайкой 15, которые находятся в изолированной камере 16, образованной корпусом 2 и стенками вибратора Э. Винт 13 ввернут в гайку 15, закрепленную В- верхней части корпуса 2. Нижняя часть винта 13 переходит в штангу 17 некруглого сечения, (фиг.1). Штанга 17 проходит через некруглое отверстие днища 18 траверсы 19 и некруглые центральные отверстия подпружиненных фиксаторов 20 и 21. Заканчивается штанга 17 сменным наконечником 22. В сменного наконеч ника 22 может быть использован буровой инструмент, например шнековый за§ур ник 23 или тарельчатый выталкиватель 24 породы. Сменные наконечники в нижней части оборудованы клиновыми разновысокими элементами 25. Фиксаторы 20 и 21 представляют собой две втулки 26. и 27 с некруглыми центральными отверстиями с задвижками-фиксаторами 28 и 29, которые установлены в направляющих пазах днища 18 и крышки траверсы 30. Фиксаторы 20 и 21 установлены друг под другом с возможностью скольжения, а задвижки-фиксаторы 28 и 29 проходят через радиальные окна траверсы 19 и опираются своими верхними поверхностями на зубчатую опору 12,,связанную с виброударным стаканом 31. Зубчатая опора 12 в месге конусного соединения с виб- . роударным,стаканом 31 снабжена наковальней 32. Виброударный стакан 31 в верхней части оборудован зубчатой

опорой 33. Низ виброударного стакана оборудован башмаком 34 с пазами, в которых с помощью осей 35 шарнирно закреплены челюсти 36 грейфера. С помощью тяг 37 с осями 38 челюсти 36 шарнирно соединены с траверсой 19 Виброударный стакан. 31 имеет технологическое отверстие 39. Инструмент опускается на забой в исходном положении, изображенном на фиг.1.

От бурового станка через напорную штангу осевое усилие и левое вращение передаются к приводной муфте 1, а далее через пружину 3 к корпусу 2 Затем цсевое усилие через гайку 15, винт 13 и штангу 17 передаётся к шнековому забурнику 23. Вращение к шнековому забурнику 23-передается напрямую через гайку 15, а также корпус 2 инструмента:, .корпус вибратора 9, ролики и боковые торцовые поверхности кулачков зубчатой опоры 12, виброударный стакан 31 челюстями 36, а далее через тяги, 37 и днище 18 траверсы 19,

По мере углубления шнекового забурника 23, челюсти 36 инструмента входят в контакт с породой забоя шурфа. При проворачивании инструмента челюсти 36 будут калибровать забой выработки.

Сведению челюстей 36 будет препятствовать реакция породы забоя благодаря клиновой форме сечения- челюстей, а также фиксации траверсой

19и тягами 37 от продольного перемещения. Это достигается за счет упорного пояса 14 между винтом 13 и штангой 17, который упираете в днище 18 траверсы, а также фиксаторов

20и 21 траверсы 19.

По мере углубления челюстей 36 и при встрече крупных валунов резко возрастает мощность, затрачив аемая на проворачивание инструмента.Это служит сигналом для переключения левого вращения на правое. При правом вращении напорной штанги корпус 2 начнет проворачиваться относительно виброударного стакана с зубчатой опорой. Ролики, набегая на кулачки зубчатой опоры 12, будут поднимать корпус относительно виброударного стакана 31 и траверсы 19. При сос7 кальзывании роликов с зубцов боек 4 корпуса 2 будет наносить удары по наковальне 32 зубчатой опоры 12, а следовательно, и по виброударному стакану 31. Благодаря тому, что диаметр роликов несколько меньше высоты зубцов зубчатой опоры 12, удар бойка будет полностью передаваться наковальне.

Осевое давление, прижимая челюсти 36 к забою, передается только в момент контакта роликов с зубцами зубчатой опоры 12 и контакта бойка 4 с наковальней 32. В этой связи.

для повышения эффективности внедрения челйстей 36, установлены пружины 7 с шаровыми опорами 8, которые обеспечивают постоянное прижатие лопастей к забою.

При вращении корпуса 2 частота ударов будет зависеть от числа зубцов зубчатой опоры 12 и числа оборотов напорной штанги. Энергия единичных ударов зависит от высоты зубцов и осевого усилия, передаваемого через напорную штангу и пружину 3 JKOpnycy 2 (с учетом реакции поджимающих пружин 7).

В процессе работы вибратора за счет сил трения, возникающих при движении роликов по кулачкам, появляются усилия, скручивающие пружину 3 .

Таким образом, при вращении напорной штанги и внедрения челюстей в породу забоя возникнут крутильные колебания, которые также будут способствовать повышению интенсивности внедрения лопастей в породу. Частота и энергия крутильных колебаний также соответственно зависят от частоты вращения корпуса 2, числа зубцов и 07 осевого УСИЛИЯ, передаваемого через корпус 2 на ролики. Кроме того, пружина 3 выполняет роль обычного амортизатора в значительной степени снижающего вредное воздействие виброударных нагрузок на буровой станок Надежная фиксация челюстей 36 от схождения, передача ударов лопастей по прямой, а также большая поверхность rf плотный контакт между торцовыми поверхностями челюстей и башмака 34 виброударного стакана 31 способствуют эффективной передаче энергии удара. Клиновая Форма челюстей также способствует повыгиению эффективности их внедрения в рыхлую породу с твердыми включениями.

Продолжительность прямого внедрения челюстей в породу зависит от длины части винта, соответствующей длине штока со сменным наконечником шага резьбы винта и гайки, а также частоты вращения напорной штанги.

Конструкция проворачивающегося . башмака 34 позволяет челюстям 36 при их внедрении в породу забоя находить и погружаться на участках с наименьшим сопротивлением (,например челюсти способны соскальзывать с краёв валунов и углубиться в промежутки между последними, попадать своими остриями в трещины и раздвигать их, перемещаться с плотных участков глин к участкам рыхлых песчаных включений и т.д.). При внедрении челюстей 36 в .породу виброзабивной стакан 31 надежно фиксируется от дальнейшего кругового перемещения. Одновременно с этим фи| сируется от , проворачивания тяги 37 и траверса 19 Так как при этом гайка 15 будет вра щаться, то винт 13 вместе со штанго 17 и шнековым забурником 23 будет подниматься. Во время подъема шнеко вого забурника 23 из пилот-скважины возможны его подклинки вывалившимис из стенок твердыми включения. В .результате этого возникнут дополнител ные осевые усилия, которые также бу дут способствовать внедрению челюстей в породу забоя. При достижении клиновыми разновы сокими элементами 25 пружинных фиксаторов верхней части траверсы 19 элементы 25 одновременно войдут в некруглые центральные отверстия вту лок 26 и 27 и переместят их вместе с задвижкой-фиксаторами 28 и 29 к центру инструмента. Расфиксированна таким образом траверса 19 под дейст вием осевого усилия винта .13 поднимется вверх При этом тяги 37 также будут подниматься вверх и закроют челюсти 36. Одновременно с закрытием челюстей виброударный стакан буд поднят и прижат винтами 13 к корпусу 2. Время на закрытие челюстей 36 определяется в зависимости от длины части винта равной расстоянию от фиксаторов до корпуса и соответствующему перемещению тяг 37 при сведении челюстей с одновременной вибрациегй, от шага винта 13 и гайки 19 а также частоты вращения напорной штанги. Общая длина винта 13 определяется как сумма длин его участко работающих при прямом внедрении челюстей в породу и при закрытии. Благодаря закрытию челюстей с од новременной вибрацией (осевой и кру тильной) , а также ослаблению пород забоя, предварительно пробуренной пилот-скважиной значительно облегчается закрытие челюстей. С полным закрытием челюстей нижняя часть сна ряда приобретает коническую форму. По изменяющейся при этом мощности, затрачиваемой на вращение напорной штанги, можно судить об окончании операции наполнения инструмента и закрытия челюстей. Сразу после закрытия челюстей инструмент поднимается на поверхнос лебедкой станка на прямом канате, Для разгрузки инструмента под него подкатывается емкость, в технологическое отверстие 39 виброуДарного стакана 34 вставляется фиксирующий штырь и станок переключается на левое вращение. При этом работа механизмов инструмента будет происходит в обратном порядке. Винт 13 начнет выкручиваться из гайки 15, виброудар ный стакан 31 вместе с челюстями ос дет вниз и упрется своей зубчатойопорой 33 в ролики 5 дополнительног вибратора 6 корпуса 2, При дальнейшем движении штанги 17 и выхода ее из инструмента, шнековый забурник 23 выполняет роль выталкивателя породы. При наличии на забое крупных валунов, когда невозможно пробурить пилот-скважину, в качестве сменного наконечника 22 может быть установлен короткий тарельчатый выталкиватель породы 24 (на фиг.1 показан пунктирными линиями V При выходе шнекового забурника С выталкивателя из инструмента одновременно происходит движение зубцов зубчатой опоры 33 по роликам 5 дополнительного вибратора 6. Возникающая при этом вибрация будет способствовать освобождению инструмента от породы, одновременно с удалением породы, при помощи выталкивателя 24 породы. Интенсифицирование разгрузки породы особенно важно при наличии в валунно-гравийном материале большого количества включений глины и ила, склонных к прилипанию к стенкам и челюстям инструмента. К моменту полной выгрузки породы, задвижки-фиксаторы 28 и 29 выходят из камеры 16 и зафиксируют челюсти 36 в рабочем положении. К этому моменту упорный поясок 14 подойдет к днищу 18 и подопрет траверсу. Спуск .инструмента может быть произведен после откатки емкости с породой от устья шурфа. Со спуском инструмента на забой и.включением левого вращения операции по проходке шурфа повторяются . Конструкция снаряда со свободно вращаиощимся виброударным стаканом 31, двумя вибраторами 6 и 9 позволяет производить открытие и закрытие челюстей практически в любом интервале шурфа. В этих случаях фиксация виброударного стакана 31 от проворачивания достигается за Счет сил трения между стаканом и стенками шурфа. Благодаря забуриванию пилот-скважины, способствующей ослаблению пород на забое шурфа, сочетанию таких интенсифицирующих факторов, как напор, осевая и крутильная вибрации, значительно повьашается производительность проходки. Наличие виброударного воздействия на рыхлую обводненную породу тажже способствует ее ослаблению за счет эффекта разжижения. Вибрация инструмента при закрытии челюстей предотвращает образование скелетов жесткости, что способствует повышению коэффициента его наполнения. Росту производительности способствует также исключение из технологического цикла ряда промежуточных операций, например необхЪдимость дополнительного спуска бурового инструмента для забурирования пилот-скважины

и для проведения операций по калибровке забоя шурфа.

Производительность проходки иурфа предлагаемым инструментом может быть повышена благодаря возможности оперативного контроля за ходом отдельных операций в комплексе проходческого цикла. По изменению С росту и уменьшению ) затрат мощности на вращение инструмента можно определить начало и окончание забурирования пилот-скважины, начало и окончание калибровки забоя шурфа, внедрение и закрытие челюстей, а также их открытие. Это позволяет своевременно определить окончание однойоперации и переключить станок на выполнение последующей.

В предлагаемом инструменте переход от некоторых операций к последующим происходит автоматически. К этим операциям относятся: .забуривание - пилот-.сквах ины и калибровка забоя шурфа-, внедрение челюстей в породу забоя и закрытие последних.

В виброгрейфере интенсифицируется операция разгрузки за счет применения одновременно с простым.открытием челюстей дополнительного воздействия на породу выталкивателя, а также сообщении виброударному стакану и челюстям вибрации. Росту скорости углубления в породу, закрытию челюстей и разгрузки способствует возможность оперативного регулирования режимов работы инструмента при изменении горно-технических условий его работы Изменение режимов работы инструмента достигается за счет изменения осевого давления и частоты вращения инструмента. Изучив условия проходки шурфов, можно подобрать и установить в

инструменте зубчатую опору 12 с рациональным количеством зубьев. Возможность регулирования параметров режима работы инструмента на забое является существенным преимуществом предлагаемого инструмента по сравнению с известными.

Предлагаемая конструкция виброгрейфера позволяет повторить отдельные операции рабочего цикла, не извлекая его на поверхность. Кроме того , конструкция виброгрейфера обеспечивает возможность использования вибрационных нагрузок для продвижения его по стволу в случае заклинки кусками породы вывгшившейся из стенок выработки.

Конструкция снаряда предусматривает Использование отдельных узлов для выполнения нескольких технологических функций, что значительно упрощает его конструкцию, снижает вес, уменьшает габариты, создает удобство и повышает надежность в работе.

В виду того, что предлагаемый виброгрейфер предназначен для комплектования самоходных буровых установок без их существенной переделки последнее будет способствовать росту коэффициента использования буровых установок. После завершения проходки шурфов виброгрейфер снимается, а буровые установки могут быть использованы по назначению.

Изобретение позволяет резко повысить .эффективность проведения геологоразведочных работ при разведке рыхлых строительных материалов, например пёсчано-гравийных и валунно-гравийных, а также оссыпных месторождений цветных и редких металлов и драгоценных камней.

Фиг. / .

/

36

7.

38 36 3S

Фиг. 2

Фиг. 5

1. ВИБРОГРЕЙФЕР ДЛЯ ПРОХОДКИ ШУРФОВ, включающий вибратор, привод, установленный на корпусе вибратора с помощью пружинного амортизатора, . челюсти.с приводом в виде винтовой пары и виброударный стакан, верхняячасть которого соединена с 1$орпусом вибратора, а нижняя шарнирно связана с челюстями, отличающийс я тем, что, с целью повьошен.ия ппоизводительности проходки путе.м ин- тенсификации операций внедрения, а также выгрузки, виброгрейфер снабжен . траверсой с тягами, шарнирно связанными с Челюстями и пружинными фиксаторами, установленными с возможностью взаимодействия с виброударным .стаканом, а винт винтовой пары в своей нижней части выполнен в виде штока нeкpVглoгo сечения и с упорным пояском, расположенным между винтовой частью и штоком некруглого сечения, и снабжен выталкивателем породы с клиновыми разновысокимиэлементами, при этом шток своей частью некруглого сечения размещен внутри пружинных фиксаторов с возможностью продольного перемещения и взаимодействия клиновых разновысоких элементов с пружинными фиксаторами, а траверса установлена с возможностью взаимодействия с упорным пояском, причем вибро.ударный стакан имеет дополнительный вибратор, установленный между его верхней частью и корпусом вибратора. 2.- Виброгрейфер по п.1, о т л и ча:ющийся тем, что выталкиватель породы с клиновыми разновысоки- § ми элементами снабжен шнековымзабур(Л ником, а в верхней части - штангой некруглого сечения, выполненной в виде продолжения нижней, части винта. 3..Виброгрейфер по п.1, о т л и чающи и ся тем, что дополнительный вибратор выполнен в виде закрепленной на внутренней части виброударного стакана зубчатой опоры и роликов, установленных на корпусе вибратора с возможностью взаимодейо: ствия с зубчатой опорой. .. 4. Виброгрейфер по п.1, отлиСХ) чающийся тем, что, с целью СП ::оздания дополнительных крутящих колебаний, пружинный амортизатор выпол00 ел нен в виде пружины кручения с закрепленными концами на приводе и корпусе вибратора,