Устройство для бурения шпуров Советский патент 1981 года по МПК E21B44/00 

задним концом к опорно-поворотному стакану 2, посаженному на опорную стойку 3, которая жестко закреплена к раме 4. На переднем конце стрелы 1 размещена направляющая балка 5 с упором 6, имеющая возможность перемещаться в сторону забоя и распираемая в поверхность забоя посредством гидроцилиндра 7 и поршня, посаженного на шток 8. По направляющей балке 5 гидроцилиндром 9 податчика (фиг. 2) может перемещаться бурильная машина 10. Шток 11 податчика задним концом скреплен с направляющей балкой 5. На общей с бурильной машиной 10 каретке размещен переключатель 12, снабженный золотником 13 с поршнем 14. Шток золотника 13 взаимодействует с подпружиненным упором 15, закрепленным на направляющей балке 5. На заднем конце направляющей балки 5 закреплен переключатель 16, у которого передний конец штока 17 взаимодействует с подпружиненным упором 18, а задний снабжен поршнем 19. На переднем конце стрелы 1 также смонтирован переключатель 20, задний конец штока которого снабжен поршнем 21, а передний взаимодействует с гидроцилиндром 7. Полость 22 гидропривода переключателя 20 постоянно соединена с напорным каналом 23, в который рабочая жидкость под постоянным давлением подается насосом 24. К напорному каналу 23 подключен гидроаккумулятор 25 и через регулируемый дроссель 26 - гидрораспределитель 27 известной конструкции. К каждому из выходных каналов 28-30 гидрораспределителя 27 подключена группа гидродозаторов , , и подпружиненные клапаны 43, 44. На выходе все подпружиненные клапаны 43, 44 соединены параллельно друг с другом и с управляемым клапаном 45, а через переключатель 16-с гидроцилиндром 7 распора. Клапан 45 снабжен поршнем 46, жестко соединенным с его золотником 47, удерживаемым в нормальном закрытом положении пружиной 48.

Полости 49 и 50 гидроприводов переключателей 12 и 16 через регулируемый дроссель 51 и обратный клапан 52, а также полость 53 гидроцилиндра 54 гидропривода гидрораспределителя 27 соединены с переключателем 20. Кроме того, переключатели 12, 16 и 20 соединены через сливной канал 55 со сливным баком 56.

Каждый гидродозатор (см. фиг. 3) представляет собой цилиндр, в котором размещен поршень 57, постоянно отжимаемый пружиной 58. В верхней крышке каждого гидродозатора 314-42 предусмотрен регулировочный стержень 59 и патрубок для соединения надпоршневой полости 60 с одним из выходных каналов 28-f-30. Объем меркой полости 61 каждого гидродозатора 314-42 может быть изменен соответствующей установкой регулировочного стержня 59. Эта полость через всасывающий клапан 62 соединена со сливным баком 56, а через четырехходовой кран 63 и гидрозамок 64 - с одним из объемных гидроприводов, например, с одним из силовых цилиндров . Вторые полости гидроцилиндров через гидрозамки 64 и четырехходовые краны 63 соединены со сливным

баком 56. Четырехходовые краны 63 служат для изменения направления перемещения подвижных звеньев манипулятора при задании программы обуривания забоя.

Перед работой устройство для бурения шпуров доставляют в забой в транспортном положении и раскрепляют. При этом стрела 1 манипулятора опущена до транспортного упора, направляющая балка 5 с бурильной машиной 10 до конца сдвинуты

назад и занимают горизонтальное положение параллельно оси горной выработки. Бурильная машина 10, золотники переключателей 12, 16 и 20 находятся в крайних задних положениях. При этом золотники

переключателей 12, 16 в заднем положении удерживаются фиксаторами, а у переключателя 20 - гидроцилиндрами 7 распора. Гидрораспределитель 27 находится в исходном положении, при котором ни один из

выходных каналов 284-30 не соединен с напорным каналом 23, регулировочные поршни 59 гидродозаторов 314-42 установлены в положения, в которых объемы их мерных полостей 61 обеспечивают перемещение каждого подвижного звена манипулятора в положения, заданные для бурения первого второго и т. д. шпура и установку манипулятора в транспортное положение после пробуривания последнего

шпура. Все полости и каналы устройства заполнены рабочей жидкостью.

Оператором в устройство подается сжатый воздух из забойного трубопровода, и

оно начинает действовать. Насосом 24 с пневмоприводом рабочая жидкость под давлением подается в напорный канал 23 и из него - в полость 22 переключателя 20 и давит на поршень 21. Но ни поршень

21, ни жестко соединенный с ним золотник переместиться вперед не могут, так как шток золотника уперт в гидроцилиндр 7 распора. Благодаря этому рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 через переключатель 20 поступает в полость 53 гидроцилиндра 54 и через регулируемый дроссель 51 - в полости 49, 50 переключателей 12, 16. Сжимая пружину, рабочая жидкость перемещает поршень гидроцилиндра 54 назад, переставляя гидрораспределитель 27 в первое положение, а поршни 14, 19 и золотники переключателей 12, 16 - вперед. В этом положении золотники переключателей 12, 16 удерживаются фиксаторами.

Теперь рабочая жидкость под давлением поступает через регулируемый дроссель 26 и выходной канал 28, а из него - в надпоршневые полости 60 первой группы гидродозаторов 31Н-34. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в надпоршневые полости 60 гидродозаторов 31-f-34, подключенных к выходному каналу 28, поршни 57 этих гидродозаторов сжимают пружины 58 и вытесняют рабочую жидкость из мерных полостей 61 через четырехходовые краны 63 и гидрозамки 64 в соответствующие полости гидроцилиндров 65-f-68. Из вторых полостей этих гидроцилиндров рабочая жидкость вытесняется через гидрозамки 64 и четырехходовые краны 63 по сливному каналу 55 в сливной бак 56.

Площади поршней гидроцилиндров 654-68 рассчитаны так, что обеспечивают безусловное перемещение подвижных звеньев манипулятора в любое задаваемое положение при величине давления в выходных каналах гидрораспределителя 27, например, равном половине давления, создаваемого в нагнетательном канале 23 насосом 24. Благодаря дросселю 26 давление рабочей жидкости в выходном канале 28 остается пониженным в течение всего времени, пока поршни 57 гилродозаторов 31-4-34, подключенных к выходному каналу 28, не займут крайнего положения. При этом из их мерных полостей 61 вся рабочая жидкость вытесняется в рабочие полости силовых гилроцилиндров 654-68, а стрела 1 манипулятора и направляющая балка 5 с бурильной машиной 10 занимают положение, заданное посредством регулировочных стрежней 59 для бурения первого шнура.

Гидродозаторы . тто/тключенные к выходным кяналям 29 и 30 и гилоо илиндпям . гоегинрнные с ними гипоозамк5 ми 64, изолиповяньт от гитоо о.чятоPOR . -VrrTPHPRrTHR lTnTTIlTV 1 МЯяип ляопя и H n-R wtoTii - (ялку 5 с

блгоильнот лрптиио 10 в П ЛОЖРНМр ттлЯ (упрння ттрпрогп . 5тГ1 о Р пеиипяеТгя тем. ТО гигпг)О9ямок 64 irnonvcкярт ря( жилко1 тт, ттрпрч только

тот-ля кпгця в НРГО попяртря ЖИДKOi Tt, ПОГТ ЛЯКЧР ИРМ И.Ч ГИЛООТОЯЯТОПЯ.

Поглр того кяк стоеля 1 мянипулятооя и няпряв.пяют1тяя балкя 5 с бурильной машиной 10 заняли положение, заданное регулировочными поршнями 59 для бурения первого шпура, а поршни 57 гидродозаторов , полк.люирнных к ВЫХОДНОМУ канялу 28. заняли крайнее нижнее положение Слошли ло упора), расхода рабочей жидкости из выходного канала РЯ- нет и потому давление в нем возрастает. КогДа величина давления рабочей жидкости в выходном канале 28 увеличится до -заданного значения, например, до 0,5 величины, создаваемой насосом 24 в напорном канале 23, открывается подпружиненный клапан 43, подключенный к выходному каналу 28, и рабочая жидкость поступает через переключатель 16 в переднюю полость гидроцилиндра 7 распора.

Под действием давления рабочей х идкости гидроцилиндр 7 распора перемещает вперед скрепленную с ним направляющую

балку 5 с размещенной на ней бурильной машиной 10 и упором 6 и распирает ее в поверхность забоя. Теперь давление увеличивается, поршень 46, сжимая пружину 48, смещается вперед, открывает клапан 45, и

рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 поступает через переключатель 12 в переднюю полость гидроцилиндра 9 податчика, подавая работающую бурильную машину 10 на забой. Происходит забуривание и бурение шпура на заданную глубину, определяемую местом установки подпружиненного упора 15 на направляющей балке 5, с которым взаимодействует шток золотника 13.

Пуск бурильной машины 10 производится известным подпружиненным клапаном, подобным клапану 45, но не показанным на чертеже, одновременно с подачей рабочей жидкости под давлением в гилроцилиндр 7

распора, т. е. она включается в работу до начала на забой.

Как только гидроцилиндр 7 распора переместится вперед на величину хода золотника переключателя 20, этот золотник под лействием давления рабочей жидкости на порпгень 21 переместится вперед и, отсоединив полости 49, 50 и 53 от напорного канала 23, соединит их через сливной канал 55 со сливным баком 56. При этом, разжимаясь, пружина

гидропилинлра 54 возврашает его поршень в исходное положение, вытесняя рабочую ж копть рррз перек..ль 20 и сливно кянял 55 в сливной бак 56.

Перед окончанием урения шпура на

зaдянн ю конец штока переклюияте.ля 12, перемептаясь вместе с бурильной мяцтиной 10, упирается в подпружиненньт 1.5. пязмешенный на направляющей балке 5. При дальнейшем перемешении бурильной машины 10 и переключате.ля 12 вперед пружина в упоре 15 сжимается полностью, золотник 13 выводится из зацепления с фиксатором и под действием разжимающейся пружины упора

15 перемещается в крайнее заднее положение, в котором удерживается фиксатором. При этом рабочая жидкость из полости 50 через обратный клапан 52, переключатель 20 и сливной канал 55 вытесняется в сливной бак 56.

Теперь рабочая жидкость под давлением из переключателя 12 поступает в заднюю полость гидроцилиндра 9 податчика, а его передняя полость через переключатель 12

соединяется со сливным баком 56.. ЙЭД

действием давления рабочей жидкости гидроцилиндр 9 возвращает бурильную машину 10 и переключатель 12 в исходное (крайнее заднее) ноложение.

При нодходе бурильной машины 10 к крайнему заднему положению установленный на одной плош;адке с ней подпружиненный упор 18 упирается в передний конец штока переключателя 16. При дальнейшем движении назад пружина упора 18 сжимается на величину хода золотника переключателя и выводит его из зацепления с фиксатором. Под действием разлСИмающейся пружины упора 18 золотник с поршнем 19 перемеш.ается в крайнее заднее положение, вытесняя рабочую жидкость из полости 49 через обратный клапан 52, переключатель 20 и сливиой канал 55 в сливной бак 56. Теперь рабочая жидкость, поступающая под давлением из гидрораспределителя 27 по выходному каналу 28 через подпрул иненный клапан 43, переключателем 16 подается в заднюю полость гидроцилиндра 7. Под действием давления рабочей л идкости, поступающей в заднюю полость гидропилиндра 7 распора, направляющая балка 5 с упорами 6 и 15, бурильной машиной 10 и переключателями 12, 16 возвращаются в исходное (заднее) положение.

При подходе к заднему крайнему положению гидроцилиндр 7 распора взаимодействует со штоком переключателя 20 и, преодолевая силу, создаваемую давлением рабочей жидкости на порщень 21, переставляет золотник переключателя 20 в заднее крайнее полол ение. При этом рабочая жидкость из полости 22 переключателя 20 вытесняется в напорный канал 23.

После перестановки золотника переключателя 20 в крайнее заднее положение гндроцилиндром 7 распора рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 через переключатель 20 поступает в полость 53 гидроцилиндра 54 и через регулируемый дроссель 51 - в полости 49, 50 переключателей 12 и 16. Сжимая пружину, рабочая жидкость перемещает порщень гидроцилиндра 54 назад, переставляет гидрораспределитель 27 во второе заданное полол ение. При этом выходной канал 28 соединяется через сливной канал 55 со сливным баком 56, подпружиненный клапан 43 закрывается, а выходной канал 29 через регулируемый дроссель 26 соединяется с напорным каналом 23. Под действием пружины 48 клапан 45 перекрывает пеступленне рабочей жидкости из напорного канала 23 в переключатель 12, а подобный клапану 45, не показанный на чертеже, клапан перекрывает поступление сжатого воздуха в бурильную мащину 10. С небольщим запозданием, величина которого регулируется дросселем 51, под действием л(5дтупающей в полости 49 и 50 рабочей жидкости выводятся из зацеплепия с фиксатором и перемещаются в крайние передние положения золотники переключателей 12 и 16. При этом сжимается пружина упора 18.

Теперь рабочая жидкость под давлением из выходного канала 29 поступает в гидродозаторы , емкость мерных полостей 61 у которых установлена их регулировочными стержнями 59 так, что после вытеснения заполняющей их рабочей жидкости в гидроцилиндры 654-68 обеспечивается перемещение стрелы 1 манипулятора и направляющей балки 5 с бурильной

машиной 10 в заданное для бурения второго щпура положение. Так же, как описано выше, вытесненная из мерных полостей 61 гидродозаторов рабочая жидкость через четырехходовые краны 63 и

гидрозамки 64 поступает в соответствуюшие полости гидроцилиндров 654-68, и стрела 1, направляющая балка 5 с бурильной мащиной 10 устанавливаются в заданное емкостью мерных полостей 61 гидродозаторов 354-38 положение для бурения второго шпура.

В течение всего времени от переключения гидрораспределителем 27 подачи рабочей жидкости под давлением с выходного канала 28 на выходной канал 29, до установки стрелы 1 и направляющей балки 5 с бурильной машиной 10 в новое заданное положение, давление рабочей жидкости в выходном канале 29 оказывается ниже, чем

необходимо для открытия клапана 44. Это достигается выполнением поршней гидроцнлиндров 654-68 с площадью поперечного сечения, определяемой расчетом с учетом максимальных значений действующих на

них нагрузок. Благодаря этому до окончания перемещения всех подвижных звеньев манипулятора рабочая л идкость к переключателю 16 и клапану 45 не поступает. Когда поршни 57 у всех гидродозаторов

354-38 доходят до упора и расход рабочей Лсидкости на перемещение подвижных звеньев манипулятора становится равным нулю, давление в выходном канале 29 возрастает, клапан 44 открывается, и рабочая

жидкость под давлением через переключатель 16 поступает в переднюю полость гидроцилиндра 7 распора, а задняя полость этого гидропилиндра через переключатель 16 и сливной канал 55 соединяется со сливным баком 56.

Как описано выше, направляющая балка 5 с размещенными на ней бурильной мащиной 10, переключателями 12, 16 и упорами 6, 15 перемещается вперед и распирается в поверхность забоя упором 6. После этого давление в каналах после, клвт пана 44 возрастает, открывается клапан 45 и рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 поступает через клапан

45, переключатель 2 в переднюю полость

гидроцилиндра 9 податчика. Одновременно открывается не показанным на чертеже клапаном поступление сжатого воздуха в бурильную машину 10. Далее повторяется в описанном выше порядке подача бурильной машины 10 на забой, забуривание и пробуривание второго шпура на заданную положением упора 15 глубину, возврат бурильной машины 10 с переключателем 12, а затем и направляюшей балки 5 с размещенными на ней бурильной машиной 10, переключателями 12, 16 и упорами 6, 15 в исходное положение и перестановка стрелы 1 манипулятора и направляюшей балки 5 в положение, заданное для бурения следуюш;его (третьего) шпура. И это повторяется заданное число раз.

После окончания бурения последнего заданного программой шпура и возврата направляюш,ей балки 5 с бурильной машиной 10, упорами 6, 15 и переключателями 12, 16 в крайнее заднее положение, прекращения не показанным на чертеже клапаном подачи сжатого воздуха в бурильную машину 10 гидрораспределитель 27 соединяет напорный канал 23 с выходными каналом 30, и стрела 1 с направляющей балкой 5 устанавливаются в транспортное положение. С этой целью к выходному каналу 30 подключена только группа гидродозаторов 39-f-42.

Теперь, после отсоединения от забойного воздухопровода, устройство готово для транспортирования в следующий забой и обуривания его по той же или вновь заданной оператором программе.

Число гидродозаторов, четырехходовых кранов и двусторонних гидрозамков, входящих в каждую группу, подключенную к отдельному выходному каналу гидрораспределителя, на чертеже показано равным четырем условно. Оно должно быть равно числу подвижных звеньев манипулятора. Число выходных каналов и подключенных к ним групп гидродозаторов с четырехходовыми кранами и двусторонними гидрозамками равно числу шпуров, которые должны быть пробурены устройством. А это определяется стойкостью буровых коронок, крепостью и абразивностью буримых пород,

Необходимо отметить, что благодаря параллельному подключению входящих в каждую группу гидродозаторов к соответствующему выходному каналу гидрораспределителя все гидроцилиндры действуют одновременно и потому стрела 1, направляющая балка 5 с бурильной машиной 10 перемещается в каждое запрограммированное положение, минуя промежуточные полол ения, которые возникали бы при поочередной работе гидродозаторов. К тому же такое подключение упрощает схему коммуникаций.

Применение устройства позволяет полностью автоматизировать бурение не только шпуров, но и скважин по предварительно заданной программе и исключить влияние уровня квалификации рабочего на точность заданного расположения шпуров в забое.

Благодаря применению в предлагаемом устройстве только гидравлики обеспечивается высокая надежность его работы в подземных условиях. При обуривании забоя с применением предлагаемого устройства бурильщик превращается в оператора, наблюдающего за автоматически работающей машиной.

Формула изобретения

Устройство для бурения шпуров, включающее бурильную машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора и систему автоматического управления с гидрораспределителем, цилиндром управления и нагнетательной и выходной гидромагистралями со сливным баком, отличающееся тем, что, с целью автоматического обуривания забоя по заданной программе в соответствии со схемой расположения шпуров, в нагнетательные магистрали системы автоматического управления включены гидродозаторы с регулируемым объемом, подпоршневые полости которых соединены с силовыми гидроцилиндрами манипулятора через гидрозамок, четырехходовой кран и нагнетательный клапан, а через всасывающий клапан - со сливным баком, причем надпоршневая полость каждого гидродозатора соединена с нагнетательной гидромагистралью через гидрораспределитель и регулируемый дроссель, а гидрораспределитель связан с цилиндром управления, который, в свою очередь, через золотниковый переключатель соединен с гидроцилиндрами подачи и распора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 145871, кл. Е 21С 1/10, 1970.

2.Патент Франции № 2099769, кл. Е 21С 11/00, опублик. 22.06.71 (прототип),

2

16

777777///////////////////////////,

фиг. /