Гидравлическая бурильная машина Советский патент 1985 года по МПК E21B1/26 E21B6/04 

Изобретение относится к горной промыншенности, а именно к гидравлическим бурильным машинам.

Известна гидравлическая бурильная маяина, включающая вращатель со шпин делем, коронкодержателем, планетарным редуктором и двигателем привода, пульсатор и автоподатчик Cl 3,

Наиболее близкой к предлагаемой является гидравлическая бурильная ма (шина, включающая вращатель, полость корпуса которого гидравлически связана с источником энергоносителя, коронкодержатель, размещенный в канале шпинделя, кинематически связанного с гидродвигателем через имегаций водило планетарный редуктор, пульсатор, вал которого кинематически связан с приводlOiiM валом вращателя, и связанный с корпусом вращате ля автоподатчик с краном управления 2 3.

Однако эти устройства не обеспечивает автоматическое измерение режима работы в зависимости от свойств буримой породы, что сдерживает их производительность .

Цель изобретения - повьшгение производительности машины за счет обеспечения автоматического изменения режима ее работы в зависимости от свойств буримой породы.

Поставленная цель достигается тем, что в гидравлической бурильной машине, включагацей вращатель, полост корпуса которого гидравлически связана с источником энергоносителя, коронкодержатель, размещенный в канале шпинделя, кинематически связанного с гидродвигателем через имеющий водило планетарньй редуктор, пульсатор, вал которого кинематически связан с приводным валом вращателя, и связанньй с корпусом вращателя автоподатчик с краном управления, автоподатчик связан с корпусом вращателя посредством эластичного элемента и скобы, соединенной с краном управления, причем вращатель снабжен гидромуфтой связанной с водилом редуктора, а приводной вал вращателя выполнен с профильным участком для изменения проходного сечения канала, связьгоанлцего полости гидромуфты, при этом на стенках канала шпинделя выполнены продольные канавки, а коронкодержатель выполнен с ответным буртом.

Кроме того, скоба выполнена с отверстиями, а эластичный элемент выполнен в виде гидр01ц линдра, рабочая полость которого сообщена с полостью корпуса вращателя, при этом шток гидроцилиндра пропущен через отверстия скобы и зафиксирован на корпусе вращателя, а корпус зафиксирован на скобе.

На фиг.1 показана предлагаемая машина, раз-рез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В, на фиг.Ь, на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг.1, на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.1.

Гидравлическая бурильная машина содержит вращатель 1, в канале шпинделя 2 которого размещен коронкодержатель 3 с буровой коронкой 4 и автоподатчик 5.

В шпинделе 2 помещен пульсатор с валом 6, на конце которого смонтирован подпружиненный диск 7 с проходными каналами 8 (фиг.4). Коронкодержатель 3 в хвостовой части имеет продольные каналы 9 (фиг.З), которые перед буртом 10 выходят на его боковую поверхность. За буром 10 выполнены радиальные каналы 11 с поверхности коронкодержателя 3, которые затем объединяются в сквозной осевой канал 12.

Бурт- 10 прмеще.н в шпинделе 2 на участке, имекщем ущирение проходного сечения, например в виде продольных канавок 13, выполненных на стенках канала шпинделя. Коронкодержатель 3 закреплен в шпинделе с возможностью свободного осевого перемещения на определенную величину, ограниченную шариками 14j помещенными в продольные каналы 15, которые на половине сечения выполнены на поверхности ко- ронкодержателя, а вторые половины сечений соосно с первыми выполнены на внутренней поверхности шпинделя. Шарики вводятся через специальные отверстия 16 с заглушками с внешней поверхности шпинделя.

Вал 6 соединен с приводным валом 17 вращателя 1. При этом вращатель 1 включает в себя гидродвигатель 18, например, пластинчатого типа, планетарный редуктор 10 с водилом 20 и гидромуфту 21, которая связана с водилом 20 и, в частном случае, может представлять собой пластинчатый гид3,1 родвигатель с замкнутым каналом 22 входом и выходом (фиг.2). Канал 22 выполнен, например, в виде двух изолированных углублений торцовых крышек 23, связанных с рабочей полостью гидромуфты 21 и сообщающихся через осевое отверстие. Вал 17 соединен с гидродвигателем 18 и с планетарным редуктором 19 с осевой подвижностью, например, с помощью шлицов 24, а на участке осевого отверстия крьшшк 23 вал 17 имеет профильный участок 25. В хвостовой части вал 17 подпружинен к крышке 26 корпуса гидровращателя. Солнечное колесо 27 планетарного редуктора 19 жестко связано с буксой 28,которая, в свою очередь, герметично и поворотно посажена в корпусе гидровращателя с помощью, например, многорядного шарикоподшипника 29,у которого шарики вставлены через радиальные отверстия в его корпусе. Саттелитные шестерни 30 выполнены из водостойкой пластмассы, например из капрона. Ведущая шестерня 31 также выполнена из материала, имегадего мальш коэффициент трения при водяной смазке как и пластины гидровраш,ателя 18 и гидродемпфера 21. Автоподатчик 5 связан с корпусом вращателя 1 имеющего крепежные приливы 32 посредством скобы 33 и эластичного элемента, выполненного в виде гидроцилиндров 34. Скоба 33 выполнена с отверстиями, через которые пропущены штоки 35 гидроцилиндров 34 и зафиксированы на корпусе вращателя, например, гайками и подпружинены для фиксации вращателя в исходном Положении. Скоба 33 зафиксирована на корпусе гидроцилиндра 35 и свя зана тягой 36 с краном 37 управления податчиком. Полость корпуса врашателя 1 и рабочая полость гидродвигателя 18 связаны с источником энергоносит.еля, например, жидкости под давлением. При запуске машины в работу включается источник энергоносителя. Рабо чая полость гидроцилиндра 35 сообщена с полостью корпуса вращателя, гид ромуфта 21 вовлекается во вращение водилом 20 под общим напором жидкости в корпусе по внутреннему кольцевому циклу. Гидродвигатель 18 через шлицы 24 вращает вал 17 и далее вал 394 6, одновременно врап(ается ведущая шестерня 31 и саттелитными 1иестернямн 30 и солнечным колесом 27 через буксу 28 приводит во вращение шпиндель 2 в обратную сторону относительно валов 17 и 6. При этом гидромуфта 21 управляет скоростью вращения шпинделя, изменяя число оборотов водила 20 с саттелитными шестернями 30, а работой гидроь{уфты управляет перемещающийся по оси вал 17, имеющий профильный участок 25 в районе канала 22 гидромуфты 21. Этот канал может полностью перекрываться профильным участком 25 вала 17, тогда гидромуфта 21 прекращает свое вращение независимо от величины крутящего момента со стороны водила 20, а поскольку оно жестко связано с валом гидромуфты, то также останавливается, а солнечное колесо 27 и шпинделя 2 соответственно имеют максимальную скорость вращения в обратную сторону относительно приводного вала 17. При смещении вала 17 в сторону образования зазора между профилем 25 и стенками отверстия для вала 1 7 в крьшках 23 момент, действую- . на водило 20 в планетарном редук торе 19, прокручивает гидромуфту 21 со скоростью, зависящей от площади сечения образованного зазора. При наличии сопротивления вращению шпинделя 2 со стороны буровой коронки 4 и малого сопротивления в канале гидромуфты скорость шпинделя 2 уменьшается до try ля. В этот момент саттелитные шестерни 30 свободно обкатываются по солнечному колесу 27. При совпадений и перекрывании каналов 8 диска 7 с каналами 9 коронкодержателя 3 возникает высокочастотная ударная пульсация столба жидкости в шпинделе 2, которая совместно с вращением коронки 4 используется для разрушения породы в шпуре. В номинальном режиме работы машины бурт 10 удерживается примерно на середине канавок 13, что соответствует максимальной мощности работы пульсатора и беспрепятственному проходу отработавшейся жидкости в канал 12 на лезвие коронки 4 для его охлаждения и промывки шпура. Режим подачи машины на забой определяется строгим равенством усилия подачи автоподатчика 5 с силой гидрос.татического давления столба жидкости в шпинделе на корон511кодержатель 3 с тем, чтобы шпинделю не передавались осевые усилия подачи и не воспринимались разрывные усилия пульсации при холостой работе, которая может paspymiTb узел крепления коронкодержателя в шпинделе. Бурт 10 здесь играет предохранительную роль. В случае опережения скорости подачи автоподатчика 5 скорости бурения коронкодержатель смещается в сторону вращателя 1 и бурт 10 выходит из канавок 13. Проход жидкости в шпинделе через пульсатор на промывку прекраща ется и вместе с этим прекращается пульсация. Одновременно с помощью подпружиненной оси диска 7 перемещаются валы 6 и 17 и профкпьный участок 25 увеличивает зазор для прохода жидкости в канале гидромуфты 21. Он начинает свободно вращаться под действием водила 20, а саттелитные шестерни 30 свободно обкатываться по ко лесу 27. Скорость шпинделя уменьшается до 1гуля, предохраняя коронку 4 от износа во вращательном режиме без промывки, которая в этот момент прервана буртом 10. При недостаточной подаче или при холостом ходе бурт 10 силой гидроста тического давления в шпинделе смещен в сторону коронки 4 до упора шариков 14 в канавках. Бурт 10 выходит из канавок 13 с прекращением движения жидкости на промывку. Пульсация прекращается и одновременно прекращается вращение шпинделя, поскольку торцовая пружина в крьпике 16 отжимает валы 17 и 6 вслед за коронкодержателем 3. В канале 22 гидромуфты 21 увеличивается проходное сечение,вновь падает сопротивление потоку, и при наличии противомомента на коронке 4 скорость шпинделя вновь стремится к ггулю. Для того, чтобы оба рассмотренных случар остановки машины при ее работе бьши сведены к и в процессе бурения она постоянно работала в оптимапьном режиме, предусмотрена плавающая подача бурильной машины автоподэтчиком 5, которым создается 9 усилие подачи, равное силе гидростатического давления в шпинделе 2 на коронкодержатель 3. Эта сила численно равна развиваемой силе на штоках 35 гидроцилиндров 34. Скоба 33 перемещается автоподатчиком 5 на забой против действия штоков гидроцилиндров 34 и одинаковом его сопротивлении, поскольку при ма.пьгх скоростях перемещения при бурении жидкость из гидровдлиндра 34 свободно перетекает в полость вращателя 1 уже при незначительном перепаде давлений. Длина участка перемещения скобы 33 относительно приливов 32 с равным сопротивлением численно равным усилию подачи на забой и одновременно силе давления жидкости на коронкодержатель 3, используется для регулировки расхода жидкости или сжатого газа краном 37 автоподатчика. С помощью скобы 33 и тяги 36 расход крана 37 корректируется при ее выходе из оптимального участка перемещения в ту или другую сторону. Оптимальньй участок работы бурильной машины соответствует срединному участку 25 вала 17, где при неизменном числе его оборотов,.а следовательно и диска 7, скорость вращения шпинделя 2 максимальная, что соответствует максимальной частоте пульсации, поскольку вращение диска 7 и шпинделя 2 с коронкодержателем 3 противоположное. Производительность машины по скорости бурения в породах различной буримости задается путем подачи переменного напора жидкости в питающую сеть. Для этого также используется перемещение плавающей скобы ЗЗ относительно корпуса гидровращателя 1 на редукционный клапан давления (не показан), который также может крепиться к корпусу вращателя 1, Таким образом, в машине обеспечено автоматическое изменение режима бурения в зависимости от свойств буримой породы, что noBF-nuaeT ее производительность.

3

Фиг.1

1155739 /f-X

1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ БУРИЛЬНАЯ МАШИНА, включающая вращатель,- полость корпуса которого гидравлически связана с источником энергоносителя, коронкодержатель, размещенный в кана ле шпинделя, кинематически связанного с гидродвигателем через имеющий водило планетарньш редуктор, пульсатор, вал которого кинематически связан с приводным валом вращателя, и связанный с корпусом вращателя автоподатчик с краном управления, о т л и ч а-ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности машины за счет. обеспечения автоматического изменения режима ее работы в зависимости от свойств буримой породы, автоподатчик связан с корпусом вращателя посредством эластичного элемента и скобы, соединенной с краном управления, причем вращатель снабжен гидромуфтой, связанной с водилом редуктора, а приводной вал вращателя выполнен с профильным участком для изменения проходного сечения канала, связывающего полости гидромуфты, при этом на стенках канала шпинделя вьтолнены продольные канавки, а коронкодержатель выполнен с ответным буртом. 2. Мащина по п.1, о т л и ч.а ю щ а я с я тем, что скоба выполнена (Л с отверстиями, а эластичный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, рабочая полость которого сообщена с полостью корпуса вращателя, при этом шток гидродилиндра пропущен через отверстия скобы и зафиксирован на корпусе вращателя, а корпус зафиксиСП рован на скобе. ел 00 Ш

Фиг.д

В-В

(РигЛ

г-г