Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Советский патент 1989 года по МПК E21B7/26 E02F5/18 

Фиг.1

3-lAS

Изобретение относится к горной и строительной отрасли и может быть использовано для проходки скважин D грунте.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода,

На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, разрез; на

фиг.2 - воздухораспределительный

узел, разрез; на фиг.З - вариант выполнения воздухораспределительного узла, разрез.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого размещен ударник 2 с окном 3 II полостью 4, в которой размещен ступенчатый патрубок 5, прикрепленный посредством амортизатора 6 к корпусу 1 . Ударник 2 сов- местно с корпусом 1 образует камеру 7 обратного хода, совместно с патрубком 5 - камеру 8 прямого хода, а совместно с корпусом 1, патрубком 5 и амортизатором 6 - выхлопную каме- ру 9, которая через окна 10 амортизатора соединена с атмосферой. На патрубке 5 установлен клапан 11 , исключающий попадание грунта во внутреннюю полость устройства и одновре- менно герметизирую; выхлопную камеру 9, благодаря чему в момент сообщения ее с камерой 7 обратного хода происходит повышение давления сжатого иоздухг, находяшегос;; в этой ка- мере. Внутри патрубка Ь размещен подпружиненный ступенчаты - тебель 12 с кпнсшом 13. Стебель 12 ч патрубок 5 ot3i533yioT воздухораспределительный узел. 1родо;тьиый капа.:: 13 сообщает между собой цилиндрические JipBcpxHoc- ги большего и меньшего диа- мет|1О11 с геОля 12. Между ступенчатыми патрубкп; 5 и стеблем 12 установлена пружит - На меньшей ступени стеб- ля 12 выполнено отверстие 15, смещенное отноглггельно капала 13 на 90. В пере.дней пасти болььче ступени патрубка 5 выполнен кольцевой выступ 16, который совместно с подвижной ступоичатой втулкой 17 образует сообщенную с атмосс1 ерой полость. Меньшая ступень 18 втулки 17 размещена в проточке патрубка 5, на котором выполнен упор 19 для ограничения перемеп ения втулки 17. На большей ступени патрубка 5 имеется окно 20, выходяпее в полость 21, образованную перегн им торцом ПОДВ1ШНОЙ ступенчатой гпуш.-и 17,

задним торцом кольцевого выступа 16 и цилиндрической поверхностью патрубка 5 . К ступенчатому стеблю 12 в хвостовой его части прикреплен шланг 22 для подвода сжатого воздуха. В передней части патрубка 5 закреплено эластичное кольцо 23. Возможна установка пружины 24 между патрубком 12 и ступенчат ой подвижной втулкой 17. Втулка 17 может быть выполнена составной из двух частей: гильзы 25 и жесткого кольца 26, соединенных между собой резьбой 27. Стебель 12 образует с патрубком 5 две кольцевые полости 28 и 29, Патрубок 5 выполнен с дополнительным радиальным каналом 30. / ополнительный радиальный канал

31в теле ступенчатого стебля 12 может быть образован кольцевой проточкой 32, стенкой патрубка 5 и окном 33, соединяющим кольцевую проточку

32и канал 13 стебля 12. Устройство работает следующим

образом.

Режим прямого хода.

Стебель 12 находится в переднем положении и удерживается там пружиной 14. Окно 20 перекрыто ступенью большего диаметра стебля 12. При подаче сжатого воздуха по шлангу 22 и стеблю 12 в камеру 8 прямого хода ударник 2 движется вперед и в крайнем своем переднем положении наносит удар по корпусу 1. При этом окно 3 ударника 2 выходит за передний торец ступени большего диаметра патрубка 5 и сжатый воздух из камеры 8 прямого хода через окно 3 ударника 2 поступает в камеру 7 обратного хода. В обеих камерах устанавливается одинаковое давление сжатого воздуха, однако из-зз разных площадей ударпи- ка 2, выходящих в камеру 7 и 8, возникает сила, сдвигающая ударник 2 в направлении хвостовой части корпуса 1. После перекрытия окна 3 ударника 2 стенками ступени большего диаметра патрубка 5 сжатый воздух в камеру 7 не поступает.Ударник 2 продолжает свое движение в сторону хвостовой части корпуса за счет расширения сжатого воздуха в камере 7. Когда окно 3 ударника 2 совместится с кольцевой полостью 18, то в последней повышается давление сжатого воздуха, под действием которого ступенчатая втулка 17 сдвинется в крайнее правое положение, ограниченное упором 19 патрубка

514

5. После того как окно 3 ударника 2 выйдет на заднюю торцовую кромку втулки 17, произойдет выхлоп сжатого воздуха из камеры 7 в камеру 9 и через канал 10 амортизатора 6 в атмосферу. При выхлопе клапан 11 отожмется, пропустив поток сжатого воздуха. В камере 7 давление сжатого воздуха упадет и практически станет равным атмосферному. Под действием сжатого Еоздуха, находящегося в камере 8, ударник 2 пойдет вперед. При выхлопе сжатого воздуха из камеры 7 в камеру 9 в пос ледней повысится давление, которое будет воздействовать на всю торцовую поверхность втулки 17. Полость 18 постоянно соединена с атмосферой через окно 20 патрубка и канал 13 стеб ля 12. В силу того, что сечение канала 13 меньше проходного сечения окна 3 ударника 2, то в момент сообщения окна 3 с полостью 18 в последней поднимается давление сжатого воздуха благодаря которому происходит осевое смещение втулки 17. При движении ударника 2 в сторону хвостовой части корпуса 1 окно 3 перекрывается втулкой 17 и в полость 18 сжатый воздух не поступает. Однако через канал 13 он постоянно из полости 18 истекает и в конечном итоге давление воздуха в полости 18 становится близким к атмосферному. Поэтому при подъеме давления в камере 9 во время выхлопа сжатого воздуха из камеры 7 втулка 17 смещается вперед, занимая крайнее переднее положение. При движении ударника 2 вперед под действием ежа- того воздуха в камере 9 на части пути камера 7 через окно 3 будет сообщена с камерой 9, т.е. сжатия воздуха в камере 7 на этой части цикла не будет, и следовательно, уменьшится сопротивление воздуха со стороны камеры 7, действующей на ударник 2. Под действием давления воздуха в камере 8 ударник 2 будет набирать кинетическую энергию большую, чем в слу- чае, если бы возрастало сопротивление, препятствующее его движению. После того как окно 3 ударника 2 зайдет за кромку втулки 17, в камере 7 будет происходить сжатие воздуха, которое будет оказывать сопротивление движущемуся ударнику 2. В переднем положении ударник 2 нанесет удар по корпусу 1 и в то же время откроет16

ся окно 3 ударника 2 (оно вьп щет за передний торец патрубка 5) и сжатый воздух из камеры 8 через окно 3 ударника поступит в камеру 7. Цикл повторится аналогично описанному. Сжатый воздух, просочившийся через зазоры между контактирующими поверхностями патрубка, ударника и втулки, в полость, образованную торцовыми стенками патрубка 5 и втулки 17, через радиальные каналы 30 и 31 патрубка 5 и стебля 12 и канал 13 удаляется в атмосферу. Для повышения надежности удаления просочившегося в полость сжатЗго воздуха канал 31 стебля 12 целесообразно выполнять в виде кольцевой проточки 32 и окна 33. В этом слу,чае при случайном развороте стебля кольцевая проточка 32 обеспечит надежное соединение между собой каналов 13 стебля 12 и 30 патрубка 5.

Движущийся ударник 2 в том или ином направлении способствует перемещению втулки 17, т.е. направления их движения совпадают и возникающие между их контактирующими поверхностями силы трения способствуют осуществлению нужного цикла.

Возможно использование дополнительной пружины 24, которая после снижения давления сжатого воздуха в полости 21 способствует перемещению втулки 17 в исходное положение. Выполнение втулки 17 составноРц позволяет регулировать энергию удара за счет изменения длины втулки 17. Кроме того, упрощает отладку конструкции. При увеличении длины втулки 17 будет уменьшаться продолжительность сообщения камеры 7 с атмосферой, что уменьшит энергию удара. Обратное действие, т.е. уменьшение длины втулки 17 приведет к увеличению энергии удара за счет увеличения продолжительности сообщения камеры 7 с атмосферой .

Режим обратного хода.

йля перевода устройства с работы прямого хода на обратный необходимо натянуть шланг 22. При этом ступенчатый стебель 12 сметается в осевом направлении, снимая пр -жину 1Д и занимая крайнее заднее положение, где удерживается давлением сжатого воздуха, поступающего через образовавшийся зазор между цилиндрическим выступом 16 и эластичным кольцом 23 в полость 28. Полость 29 отсечена от

магистрали, так как выход отверстия 15 перекрыт внутренней поверхностью патрубка 5. При подаче сжатого воздуха он поступает в камеру 8 и через окно 3 D камеру 7, возвращая ударник в заднее положение. Проходя окном 3 над полостью 18, сжатый воздух дополнительно поступает в камеру 7 через окно 20 патрубка 5 и полость 18, ко- торые постоянно сообщены с магистралью (в режиме обратного хода). Происходит дополнительная подача сжатого воздуха в камеру 7, которая в процессе движения ударника 2 увеличила свой объем. Больщий объем поступившего воздуха забрасывает ударник 2 на большее расстояние. Это расстояние соответствует размещению задней наковальни, по которой ударяет ударник 2 это гайка, которая ввинчивается в корпус или кольцевые выступы в хвостовой части корпуса. После выхода окна 3 ударника 2 за заднюю кромку втулки 17 происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 7. Однако в силу того, что ударник 2 получил большую кинетическую энергию за счет большего объема камеры 7 и более продолжительного сообщения ее с магистралью ударник 2 по инерции пройдет больший путь, чем в режиме прямоI o хода и ударит по хвостовой части корпуса 1, следствием чего является смена направления ударного импульса. После этого ударник 2 движется вперед до . момента, когда окно 3 сообщится с полостью 18 и сжатый воздух поступит в камеру 7, где он будет тормозить ударник 2. 3 связи с тем, что впуск сжатогс.) воздуха в камеру 7 произошел раньше , чем в режиме г;рямого хода, ударник затормозится сжатым воздухом камеры 7, ис1члючив его касание с передним внутренним торцом корпуса 1. Под действием этого воздуха он затем будет смещен с обратном направлении до наиесеняя удара по хвостовой част корпуса 1. Цикл будет повторен. Обычно в режиме обратного хода окно 3 ударника 2 не выходит за переднюю торцовую кромку ступени большего диаметра патрубка 5. Б режиме прямого хода воздухораспределением управляют крайние кромки патрубка 5 и втулки 17, а в режиме обратного хода - кромки втулки 17 (передняя и задняя).Во втором случае длина между воздухорас пределительными кромками меньше, а

впуск сжатого воздуха в камеру 7 осуществляется раньше и в связи с большим объемом камеры 7 среднее давление сжатого воздуха будет больше. Все эти факторы приведут к тому, что удара на передней части корпуса не будет, но появится удар по хвостовой части корпуса, что и соответствует смене режима работы устройства.

Для перевода с обратного хода на прямой необходимо отключить подачу сжатого воздуха в устройство. Под действием пружины 1Д стебель 12 займет переднее положение, показанное на фиг.1-3. Эластичное кольцо 23, контактируя с выступом стебля 12, исключит поступление сжатого воздуха Б полость 28. Окно 20 патрубка 5 будет перекрыто ступенью большего диаметра стебля 12. Просочившийся через зазоры сжатый воздух из полости 21 через окно 20 патрубка 5 и канал 13 стебля 12 будет удаляться в атмосферу. При подаче сжатого воздуха ударник 2 начнет двигаться возвратно- поступательно, нанося удары по передней части корпуса, что и характеризи рует режим работы прямого хода.

Таким образом применение предлагаемого устройства позволит повысить скорость проходки скважины за счет повышения энергии удара без увеличения расхода сжатого воздуха. При это можно, не меняя энергию удара, уменьшить расход сжатого воздуха.

Формула изобретения

1. Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с размещенным в нем ударником с полостью и окном в хвостовой части, воздухораспределительный узел в виде патрубка с упорами с окном и проточкой на ступени большего диаметра и втулки, размещенной на внешней поверхности патрубка, амортизатор с каналами и шланг для подвода сжатого воздуха, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода, оно снабжено ступенчатым стеблем, размещенным внутри патрубка, при этом последний выполнен ступенчатым, а втулка размещена с возможностью осевого перемещения на ступени больif ;7

..,« 19 13 5 12

JJ / / /

г «

у

гмт -г/гт // ///////

X X X 1L Ч V XXX4 ..

Изобретение относится к горной и строительной отраслям пром-сти и м. б. использовано для проходки скважин в грунте. Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода. В корпусе 1 размещены ударник 2 с окном 3 и полостью 4, воздухораспределительный узел со ступенчатым патрубком 5, ступенчатым стеблем и подвижной втулкой (В). Последняя образует совместно с патрубком 5 кольцевую полость (КП). Выполнена В составной из гильзы и кольца, связанных резьбовым соединением для регулирования энергии удара. В стебле выполнены продольные каналы для подачи сжатого воздуха в полость 4 и сообщения КП с атмосферой. Стебель удерживается в переднем положении пружиной 14. При подаче сжатого воздуха через стебель в камеру 8 прямого хода ударник 2 движется вперед и наносит удар по корпусу 1. При обратном ходе ударника 2 окно 3 совмещается с КП. В последней повышается давление. При этом В сдвигается вправо до упора. После выхода окна 3 в выхлопную камеру 9 давление в последней возрастает, а В перемещается влево. При этом удлиняется время выхлопа из камеры обратного хода и обеспечивается возможность проходки вертикальных скважин за счет удержания В в крайнем правом положении давлением воздуха в КП. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

(pLLZ.l

26

24

13

чччччччччч чХчччч.ччХчччччччччч

г лу///////4

.4 ч ч у 1