Вращательно-подающий механизм Советский патент 1992 года по МПК E21B3/02 

со

с

Использование: в строительстве, в частности в устройствах грунтосмесительных свай при строительстве жилых и промышленных сооружений малой этажности. Сущность изобретения: устройство содержит привод, приводной вал, фрикционные элементы, передающие вращение и подачу бурильной трубе, и опорные ролики. Приводной вал или несколько валов расположены на подпружиненных осях, перпендикулярных оси бурильной трубы, выполненных с возможностью поступательного и вращательного движений и отклонения приводных вэлов от вертикального положения в плоскости, параллельной оси бурильной трубы на регулируемый угол, соответствующий величине подачи трубы и их фиксацией, при этом фрикционные элементы выполнены в виде катков, например, резиновых, установленных на обоих концах вала равноудаленно от оси его поворота. 3 ил.

Вращательно-подающий механизм относится к конструкциям бурильных машин и предназначен для передачи крутящего момента бурильной трубе с буровым инструментом и подачи ее вдоль оси вниз-вверх при бурении скважин в грунте и может использоваться, в частности, при изготовлении фундаментов из грунтобетонных свай.

Известен вращатель буровой установки, предназначенный для вращения бурильной колонны, содержащий привод и захватные элементы, выполненные в виде ряда роликов, обжимающих по окружности колонну 1 Недостатком устройства является то, что оно позволяет вращать колонну только в одну сторону и не обеспечивает осевого перемещения бурильного инструмента (вниз-вверх), т. е. требуется дополнительный механизм подъема колонны.

Известно также устройство для вращательного бурения, содержащее вращатель в виде корпуса с установленными на нем опорными роликами, вал, приводимый во вращение приводом, и фрикционный элемент (натянутый трос), передающий с помощью трения вращение бурильной трубе и регулируемую подачу (с помощью специального механизма смещения ветвей троса) 2

Недостатком данного устройства является то, что бурильная труба вместе с буром находится при вращении и подачи в подвешенном состоянии на гибком элементе-тросе. Как бы не натягивали трос пружиной все равно будет иметь место провисание трубы и при разных сопротивлениях грунта возможно неравномерное ее перемещение, т. е. будет дестабилизироваться величина подачи. Притом, применение специального дополнительного механизма смещения ветвей

i Xl

10 СО

о

СО

о

троса при регулировке величины подачи бура усложняет конструкцию устройства.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому нами является устройство для вращения и подачи бурильной трубы, содержащее корпус, поворотные вилки, в которых установлены вращающиеся приводные валы с фрикционными элементами для передачи усилий бурильной трубе, привод с редуктором, пружины для поджатия фрикционных элементов к бурильной трубе и механизм поворота приводных валов в плоскости, параллельной оси бурильной трубы 3.

Недостатком этого устройства является то, что приводные валы имеют по одному катку и имеют контакт с поверхностью бурильной трубы в одной точке, лежащей на оси вращения вилки, что не гарантирует при вращении трубы стабильность величины ее подачи вниз-вверх при бурении.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. -,.Цель достигается тем, что предлагаемый вращательно-подающий механизм, включающий закрепленные на корпусе подпружиненные поворотные вилки, в которых установлены с возможностью поворота вокруг своей оси приводные валы с фрикционными элементами для передачи усилий бурильной трубе, связанные с приводными валами посредством редукторов приводы и приспособления для поворота приводных валов в плоскости, параллельной оси бурильной трубы и фиксации угла поворота, каждый фрикционный элемент выполнен в виде катков, установленных на концах приводного вала с внешней стороны поворотной вилки и, что катки фрикционных элементов выполнены из резины.

На фиг. 1 изображен вращательно-подающий механизм с двумя блоками приводных валов с фрикционными катками на концах, оси приводных валов отклонены от вертикали на угол а (угол подачи); на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг 3 - разрез по Б-Б (с показом фиксации вилки с приводным валом и катками при регулировании величины подачи бурильной трубы) на фиг. 1.

Устройство содержит два приводных блока 1, установленных на стойках 2 опорной рамы 3. Блок представляет собой сварной корпус, в горизонтальном цилиндре 4 которого установлен подвижной цилиндр 5, имеющий свободу движения и вдоль своей оси 6 и вокруг нее. Ось 6 цилиндров 4 и 5 расположена перпендикулярно к оси бурильной трубы 7. Подвижный цилиндр 5 имеет впереди поворотную вилку 8, в которой установлен с возможностью вращения вокруг оси приводной вал 9. Вращение приводной вал получает, через червячную пару 10 и 11 от привода 12, получающего энергию от базовой машины (не показана). Приводной вал 9 имеет возможность вместе с пово- ротной вилкой 8 и цилиндром 5 поворачиваться вокруг оси 6 вправо-влево на необходимый угол а в плоскости, параллельной оси бурильной трубы 7. Этот угол поворота отмеряется с помощью стрелки 13 и шкалы 14, а осуществляется с помощью выступа 15, приваренного к вилке 8 и винтов-фиксаторов 16. Изменение угла наклона а регулирует величину подачи бурильной трубы. На обоих концах приводного вала установлены фрикционные резиновые катки 17, причем каждый каток равноудален от оси 6 вращения поворотной вилки 8. Приводной вал 9 с катками 17 поджимается к поверхности бурильной трубы 7 пружиной 18 с помощью винта 19. Бурильная труба при этом задней стороной опирается на свободно вращающиеся опорные ролики 20, расположенные в два ряда. Цилиндрическая поверхность роликов выполнена с винтовой канавкой 21, при этом направление нарезки канавки соответствует направлению перемещения бурильной трубы при подаче ее вверх-вниз. Между бурильным инструментом 22 и катками 17 приводного блока 1 установлен грязесьемщик 23, состоящий из цанги, резинового кольца с канавками и войлочного кольца. Приводные блоки 1 при монтаже на стойки 2 и при работе фиксируются пальцами 24.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливается бурильная труба 7 с инструментом 22 на центр предполагаемой сваи. В соответствии с технологией изготовления сваи и требуемой величины подачи на один оборот бурильной трубы определяется и осуществляется угол наклона каждого приводного вала с фрикционными катками. Для этого с помощью винтов 16 и выступа 15 поворачивается поворотная вилка 8 вокруг оси 6. Вместе с вилкой отклоняется и приводной вал 9 с катками 17. Угол отклонения а сверяется по стрелке 13 и шкале 14. В нужном положении вилка 8 фиксируется винтами 16. С помощью пружины 18 и винта 19 катки 17 прижимаются к поверхности бурильной трубы 7.

Аналогичное выполняется и на втором блоке. Включением приводов 12 через червячную пару 10 и 11 приводятся во вращение приводные валы 9 с резиновыми катками 17. Катки передают крутящий момент бурильной трубе с инструментом. Так как оси валов 9 выставлены с наклоном под углом а к оси бурильной трубы 7, то и линейная скорость, передаваемого от катков 17 вращения трубе, будет направлена под углом а к сечению трубы, т. е. бурильная труба будет иметь вращение не по кольцевой, а по наклонной винтовой линии и будет одновременно вращаться и перемещаться поступательно вдоль своей оси. Поскольку катки 17 на валу разнесены равноудалеьно от оси 6 его поворота, то все идентичные точки верхнего и нижнего катков при любом угле наклона будут сообщать трубе равные скорости, имея при этом минимальный износ поверхности катков. Вращение трубы и подача ее вверх-вниз будут равномерными и стабильными. Крутящий момент, передаваемый в фрикционных передачах может достигать значительных величин и будет зависеть от материала катков, усилия их поджатия к трубе и диаметра трубы, при следующей зависимости

М2 :

Q f Da п

где М2 - крутящий момент на бурильной трубе;

Q - сила поджатия катка к трубе;

D - наружный диаметр бурильной трубы;

f - коэффициент трения между катком и трубой;

t - КПД передачи (потери в опорных роликах, влияющие на вращение трубы).

При достижении бурильным инструментом 22 заданной глубины бурения привод переключается на обратное вращение. Катки, вращаясь в обратную сторону также по винтовой линии, вращают бурильную трубу 7 и извлекают ее с инструментом 22 из грунта. При этом величина подачи трубы с буром может регулироваться на ходу, путем одновременного вращения в разные стороны винтов 16 и поворачивания ими выступа 15, изменяя тем угол а наклона приводного вала 9, т. е, меняя шаг подъема трубы 7. Опорные ролики 20, к которым поджата труба 7, свободно катятся по ее наружной поверхности. Наличие винтовой поверхности (с канавками 21, направление которых совпадает с направлением перемещения трубы) снижает трение скольжения по линии касания роликов с трубой.

Для снятия налипшей земли и влаги с

поверхности извлекаемой из грунта бурильной трубы установлен грязесъемник 23, в котором, кроме скользящей по поверхности трубы пружинистой цанги и резинового кольца есть и войлочное кольцо, снимающее

с поверхности трубы влагу.

Для снятия блоков 1 из стойки 2, а также для разворота их в сторону от бурильной трубы пальцы 24 вынимаются.

Удобство при применении предлагаемой нами конструкции вращательно-подаю- щего механизма заключается в компактном расположении рабочих органов. Элементы управления силой поджатия катков к трубе и регулирования угла их наклона (регулирование величины подачи) находятся в одном удобном для обслуживания месте.

Эффективность применения предлагаемого механизма заключается в том, что, имея непосредственный контакт с трубой, в

двух точках, равноудаленных от оси поворота вилки, резиновые катки надежно фиксируют ее в двух сечениях и обеспечивают стабильность ее вращения и величины подачи. Повышается надежность работы.

Формула изобретения

приводных валов в плоскости, параллельной оси бурильной трубы, и фиксации угла поворота, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, каждый фрикционный элемент выполнен в виде

катков, установленных на концах приводного вала с внешней стороны поворотной вилки

оеэеэа

20

Фиг. 3