Бурильная машина Советский патент 1991 года по МПК E21B19/84 E21B3/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурильным машинам вращательного действия, и может быть использовано в угольной,горнорудной промышленности, при инженерно-Теологических исследованиях.

Известна бурильная машина, включающая шпиндель с режущим инструментом, гидродвигатели подачи и вращения шпинделя, параллельно подключенные к напорной магистрали, каретку с опорной и приводной звездочками, последняя из которых кинематически связана с гидродвигателем вращения, и подающий механизм, выполненный в виде приводной, двух натяжных и опорной звездочек, установленных на неподвижных направляющих, при этом приводная звездочка кинематически связана с гидродвигателем подачи, а все звездочки охвачены бесконечным гибким элементом 1,

Недостатком бурильной машины является то, что в ней достаточно трудно обеспечить значительное усилие подачи шпинделя с режущим инструментом на забой из- за интенсивного износа боковых стенок неподвижных направляющих и опор каретки подающего механизма, что приводит к снижению надежности бурильной машины, а также сложность конструкции: наличие двух гидродвигателей и гидромагистрали.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является бурильная машина, в которой с целью увеличения усилия подачи инструмента на забой приводная и опорная звездочки каретки кинематически связаны между собой дополнительной передачей, при этом передача выполнена с возможностью сообщения одинаковых линейных скоростей в зацеплениях с приводной и опорной звездочками каретки 2.

Недостатком известной бурильной машины является то, что звездочка податчика вращается в ту же сторону, куда направлено движение цепи подачи. В результате этого крутящий момент на звездочке податчика направлен против ее вращения, т.е. крутящий момент становится тормозящим, при этом на этот тормозящий момент затрачивается энергия. Крутящий момент на звездочке вращателя Мвращ работает на преодоление тормозящего момента на звездочке податчика Мподат. Суммарный крутящий момент для развития необходимого усилия подачи

М Мвращ + Мподат.

Таким образом, в данной схеме для развития определенного усилия подачи необходимо к звездочке податчика приложить

непроизводительный тормозящий момент Мподат, а к звездочке вращателя (приводной звездочке) - МВращ, прямо пропорциональный тормозящему моменту Мподат, что приводит к нерациональным затратам энергии, снижению надежности.

Недостатком данной конструкции машины также является ее сложность: наличие гидродвигателей и гидромагистрали.

0 Цель изобретения - увеличение усилия подачи на забой, упрощение конструкции и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в бурильной машине, включающей шпин5 дель с режущим инструментом (исполнительный орган), двигатель вращения и подачи, каретку с двумя ведомыми звездочками, кинематически связанными между собой, и подающий механизм, выполнений в

0 виде ведущей и натяжной звездочек, установленных на неподвижной направляющей, при этом ведущая звездочка кинематически связана с двигателем, а все звездочки охвачены бесконечным гибким элементом, до5 полнительно на подвижной буровой каретке установлены опорная и натяжная звездочки, а передача, связывающая ведомые звездочки каретки, выполнена с возможностью сообщения разных линейных скоростей в

0 зацеплениях гибкого элемента с ведомыми звездочками каретки.

На чертеже показана схема бурильной машины.

Бурильная машина состоит из непод5 вижной направляющей 1 рамы, на которой установлена подвижная буровая каретка 2 с ведомыми 4 и 6, опорной 5 и натяжной 3 звездочками, ведомые звездочки 4 и 6 кинематически связаны между собой дополни0 тельной передачей, состоящей из шестерен 7-11, и посредством конической пары 12 и 13 - со шпинделем 14 режущего инструмента (исполнительного органа), подающего механизма, выполненного в виде ведущей 15

5 и натяжной 16 звездочек, установленных на неподвижной направляющей 1. Ведущая звездочка 15 подающего механизма соединена с двигателем 17 посредством цепной передачи, включающей приводную 18 и

0 опорную 19 звездочки и охватывающую их цепь 20. Звездочки каретки 3-6 и подающего механизма 15 и 16 охвачен бесконечным гибким элементом 21. На валу ведомой звездочки 4 неподвижно закреплены шестерни

5 7 и 8, с которыми находятся в зацеплении паразитные шестерни 9 и 10. На валу ведомой звездочки 6 установлена подвижная шестерня 11с переключателем 22, которая при перемещении входит в зацепление либо с шестерней 9, либо с шестерней 10.

Бурильная машина работает следующим образом.

При включении двигателя 17 приводная звездочка 18 через гибкую связь 20 передает крутящий момент опорной звездочке 19, сидящей на одном валу с ведущей звездочкой 15. Последняя, вращаясь, приводит в движение цепь 21. Ведомая звездочка 6, вращаясь от огибающей ее цепи 21, передает крутящий момент через коническую пару 12 и 13 рабочему инструменту 14 и подвижной шестерне 11.

При положении шестерни 11 в зацепление с шестерней 10 или 9 возникает кинематическая связь между ведомыми звездочками 6 и 4.

Рассмотрим работу механизма подачи при нахождении шестерни 11 в положениях А и Б.

Положение А. В этом случае при зацеплении шестерен 11 и 10 передаточное отношение

21Q 211 210 28 Z8

Положение Б. В этом случае при зацеплении шестерен 11 и 9 передаточное отношение

Z9 Z11

zg z где z7,Z8,Z9fZio,zii - соответственно числа зубьев шестерен 7-11.

При движении цепи 21 в указанном на чертеже направлении длина цепи, набегающей на ведомую звездочку 6,.

U t 26 П6,

где t - шаг цепи;

Z6 - число зубьев звездочки 6;

не - число оборотов звездочки 6.

Длина цепи, сбегающей с ведомой звездочки 4, при этом равна

t 24 П4,

где t - шаг цепи;

Z4 - число зубьев звездочки 4; П4 - число оборотов звездочки 4.

П4 Z11

1с в - - - 28 пв 24

длина цепи, сбегающей со звездочки 4,в положениях А и Б следующая:

L2A t Z4 Пб (А t Z4 П6 -, 1-25 t Z4 П6 В t Z4 П6 jl

I. - П4 -211

,д ..

Так как

Изменение длины участка цепи, сбега- ющей со звездочки 4 и набегающей на звездочку 6, при положении А:

ALA- L2A-L1A,

при положении Б: LIB,

где LIA - длина цепи, набегающей на ведомую звездочку 6, при нахождении подвижной шестерни 11 в положении А;

L IB - то же, в положении Б.

Подставляя значения, получим

ALA L2A- LlA

Г 24

Ј- t ze Пб t

6 (Z4 - Z6) ,

ALfi 1-2Б Lie t Z4 П6

ZjM Z7

-1 ze ne t

П6 (Z4 y- - 26).

5

0

5

0

5

0

5

0

Числа зубьев звездочек 24 и zg и шестерен подобраны таким образом, что если

Z4 - ze, то A LA - величина отрицательная, если Z4 - ze, то A LB - величина

Z8

положительная, т.е. при зацеплении шестерен 10 и 11 участок цепи от ведомой звездочки 4 через опорную звездочку 5 и через натяжную звездочку 16 до ведомой звездочки 6 (Д,В и Г)укорачивается, осуществляется отвод буровой каретки вместе с инструментом от забоя.

При зацеплении шестерен 9 и 11 A L - величина положительная, происходит подача буровой каретки с инструментом на забой.

Таким образом, выполнение дополнительной передачи между ведомыми звездочками 4 и 6 с изменяемым передаточным Отношением позволяет добиваться подачи буровой каретки на забой и ее реверсирования без реверса двигателя 17.

Необходимые скорости подачи и реверсирования достигаются путем подбора чисел зубьев ведомых звездочек гл, ze и шестерен 27, ze, 211.

Необходимое усилие подачи инструмента на забой передается усилием натяжения участков Д,В,Г, а это усилие создается крутящими моментами на звездочках Мкрв и Мкр4. Причем крутящий момент на звездочке 6 Мкрб направлен в сторону ее вращения, а крутящий момент на звездочке 4 МКр4 - против.ее вращения, т.е. является тормозящим.

Так как звездочки 5 и 16 не создают крутящего момента, усилие в ветвях Г,В и Д одинаково.

Усилие натяжения на участке цепи Д создает на звездочке 4 крутящий момент МЦ4, который передается через дополнительную передачу (положение А - через шестерни Z8,zio,zii, положение Б - через шестерни Z7,z8,zn) на звездочку 6, причем этот передаваемый момент направлен против момента Мцб, который возникает от натяжения участка цепи Г на звездочке 6 и совпадает по направлению с рабочим моментом Мкрв. Таким образом, момент от на- тяжения ветви Д МЦ4, возникающий вследствие вращения ведомой звездочки б, возвращается через дополнительную передачу на эту же ведомую звездочку 6 и совпадает по направлению с рабочим моментом МКрб.

Аналогично момент торможения на звездочке 4 МКр4 передается на звездочку 6 и имеет одно направление с Мцб, т.е. момент торможения на звездочке 4 МКр4 создается за счет момента от натяжения ветви на звез- дочке 6 Мцб, т.е. момент торможения МКр4 возвращается в систему и совершает полезную работу.

Затрачиваемый рабочий момент в предложенной конструкции

Мраб Мкрб - Мкр4,

тогда как в прототипе он равен сумме.

Предложенная бурильная машина по сравнению с прототипом позволяет увеличить усилие подачи на забрй при тех же затратах мощности, тем самым повысить КПД работы, осуществлять работу механизмов подачи и вращения бурового инструмента от одного двигателя, отказаться от

необходимости применения гидродвигателей и гидромагистрали, что упрощает конструкцию и повышает надежность установки. Выполнение дополнительной передачи с изменяемым передаточным отношением между ведомыми звездочками буровой каретки позволяет добиваться стабильных скоростей подачи при бурении и реверсировании подвижной буровой каретки. Формула изобретения Бурильная машина, включающая шпиндель с режущим инструментом, двигатель вращения и подачи, подвижную буровую каретку с ведомыми звездочками, кинематически связанными передачей между собой и со шпинделем, подающий механизм, выполненный в виде ведущей и натяжной звездочек, установленных на неподвижных направляющих, бесконечный гибкий элемент, охватывающий все звездочки, отличающаяся тем, что, с целью увеличения усилия подачи на забой, упрощения конструкции, на подвижной буровой каретке установлены дополнительно опорная и натяжная звездочки, а передача, связывающая ведомые звездочки каретки, выполнена с возможностью сообщения разных линейных скоростей в зацеплениях гибкого элемента с ведомыми звездочками каретки.

Изобретение относится к горной пром- сти, в частности к бурильным машинам вра- щательногр действия. Цель изобретения - повышение усилия подачи и упрощение конструкции. Бурильная машина содержит шпиндель 14 с режущим инструментом, двигатель 17 вращения и подачи, подвижную буровую каретку 2 с ведомыми звездочками 4 и 6, кинематически связанными между собой и со шпинделем 14 передачей, подающий механизм, выполненный в виде ведущей 5 и натяжной 3 звездочек, установленных на неподвижных направляющих 1, и бесконечный гибкий элемент 21, охватывающий все звездочки. На каретке 2 установлены дополнительные опорная и натяжная звездочки, а передача, связывающая звездочки 4 и 6 каретки 2, выполнена с возможностью сообщения разных линейных скоростей в зацеплениях гибкого элемента 21 со звездочками 4,6. При включении двигателя 17 звездочка 18 через связь 20 передает крутящий момент опорной звездочке 19, которая через цепь 21 передает вращение рабочему инструменту. 1 ил. +t Ё , Os ю о ел ел ю со