Гидравлический бесклапанный ударный механизм для буровых машин Советский патент 1981 года по МПК E21B1/26 B25D9/00 

Изобретение относится к буровым машинам и может быть использовано в горной и строительной отраслях промышленности .

Известен ударный механизм для буровых машин с проточками и каналами/ содержащий рабочие камер«, ступенчатый пориень, золотниковое устройство Ц «

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет бесступенчато регулировать длину разгона поршня и объем рабочих камер. Это снижает эффективность бурения пород различной крепости.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является гидравлический бесклапанный ударный механизм для буровых машин, включающий корпус .с внутренними проточками и каналами для подачи жидкости в рабочие камера меха;нкзма, напорную исливную аккумулиругацие полости, ступенчатый поршень, размещенный в

корпусе Г2Г .

Недостатком этого ударного механизма является невозможность регулирования энергии и частоты ударов.

Это снижает эффективность бурения пород различной крепости.

Все это ограничивает область применения устройства и не позволяет эффективно его использовать для бурения пород с широким диапазоном крепости.

Цель изобретения - обеспечение бесступенчатого регулирования энер10гии и частоты ударов за счет изменения хода разгона поршня и объема рабочих камер. .

Поставленнай цель достигается тем, что механизм имеет плунжеры, размещенные в рабочих камерах с возможностью осевого перемещения, и по крайней мере две втулки, которые установлены в проточках корпуса с возможностью осевого перемещения и

20 образуют две пары канавок, при этом одна из канавок первой пары сообщена с напорной аккумулнрующей полостью, одна иэ канавок другой пары сообщена со сливной аккумулирую25щей полостью, а другие канавки из каждой пары сообщены с рабочими камерами. Кроме того, рабочие камеры выполнены в виде секций, а плунжеры размещены с возможностью осевого фиксированного перемещения в отверстиях стенок, разделяющих секции рабочих камер.

На чертеже показано предлагаемое устройство, осевой разрез.

Гидравлический бесклапанный ударный механизм состоит из корпуса и |Поршня (не обозначены;, втулок 1 и 12 с присоединенными к ним поводкс1ми 3 и 4, плунжеров 5 и б, привода осевого перемещения втулок 1 и 2, напорной 7 и сливной. 8 магистралей.

Корпус представляет собой объемную металлоконструкцию, стенки которой образуют кольцевые напорную 9 и сливную 10 аккумулирующие полости, кольцевые рабочие камеры 11 и 12. Рабочая камера 11 стенками корпуса разделена на секции 13, 14 и 15, причем в стенках выполнено отверстие 16, а рабочая камера 12 стенками корпуса также разделена на секции 17, 18 и 19, причем в этих стенках также выполнены отверстия 20. На внутренней поверхности корпуса выполнены расточка 21, проточки 22, 23 и 24, а в теле корпуса имеются каналы 2530 и пазы 31 и 32. Втулка 2 делит проточку 24 на две части - канавки 33 и 34 и втулка 1 делит проточку 23 на две части канавки 35 и 36. В пазе 31 помещен поводок 4 втулки 2, а в пазе 32 - поводок 3 втулки 1 с возможностью перемещения вдоль оси механизма. Канавка 35 каналом 27. сообщена с расточной 21 и каналом 26 с рабочей камерой 12, канавка 36 - каналом 28 со сливной аккумулирующей полостью 10, ханавка 3.3 каналом 29 с рабочей камерой 11, канавка 34 - каналом 30 с напорной аккумулирующей полостью 9, проточка 22 соединена с каналом 25 с напорной аккумулирующей полостью 9. Напорная магистраль 7 соединена с напорной аккумулирующей полостью 9, а сливная магистраль 8 соединена со сливной аккумулирукнцей полостью 10; Поршень выполнен ступенчатым и помещен в расточке 21 корпуса и состоит из двух штоковых частей 37 к 38 и золотниковой части, включающей две кольцевые проточки 39, 40 и три пояска 41, 42 и 43. Штоковые части 37 и 38 поршня герметизированы в корпусе уплотнения 44 и 45.

Плунжер 5 помещен в отверстиях 20 корпуса, а плунжер 6 - в отверстиях с возможностью осевого перемещения. На плунжерах 5 и 6 -имеются резьбовые части 46 и 47, ввинченные в резьбовые отверстия корпуса. Для удобства ввинчивания выполнены пазы 48 и 49.

Привод осевого перемещения втулок 3 и 4 состоит из вала 50 с резьбовым концом 51, ввинченным в корпус Для удобства ввинчивания на резьбово конце 51 имеется штурвал 52. На валу 50 имеются проточки 53 и 54, в которые входят поводки 3 и 4 втулок 1 и 2. в передней части механизма расположена наковальня 55 инструмента

Устройство работает следуняцим образом.

Жидкость под давлением из напорной магистрали 7 подают в напорную аккумулирующую полость 9. Если механизм находится в таком положении, ка показано на чертеже, жидкость из напорной аккумулирующей полости 9 по каналу 30, канавке 34, проточке 40, канавке 33 и каналу 29 поступает в рабочую камеру 11 (рабочего хода; и заполняет секцию 13, сообщенную открытым отверстием 16 с абочей камерой 11. Жидкость накапливается в рабочей камере 11, давление повышается и давит на поршень из-за разности диси етров пояска 43 и штоковой части 38. Поршень совершает рабочий ход (движется вверх , при этом жидкость из расточки 21 по каналу 27, канавке 35, расточке 39, канавке 36 и каналу 28 поступает в сливную аккумулируюсцую полость 10, а оттуда в сливную магистраль 8. Продолжая двигаться вверх, поясок 43 перекрывает канавку 34, одновременно с этим поясок 42 перекрывает канавку 36. В этот момент жидкость под давлением равным давлению в напорной магистрали 7, заполняет рабочую камеру 11 и секцию 13, давление же в расточке 21 и ,в рабочей камере 12, соединенной с расточкой 21, каналом 26, канавкой 35 и каналом 27, равно давлению сливной магистргши 8. За счет разности этих давлений, расширение этих жидкостей в рабочей камере 11 и сжатия в рабочей камере 12, поршень продолжает совершать рабочий ход, поскольку ширина пояска 42 больше ширины канавки 36 и проточка 22 и канавки 33-36 разобщены.

С этого момента происходит разгон поршня, причем длина разгона, разность давления в рабочих камергис 11 и 12, а также их емкость определяют скорость поршня, а значит и энергию удара. Таким образом, длина разгона поршня определяется его перемещением от точки, когда канавки 34 и 36 одновременно перекрываются и до точки, йогда проточкой 40 поршня сообщаться канавки 33 и 36, а канавка 35 сообщится с проточкой 32 При этом жидкость из напорной аккумулирующей полости 9 через канал 25 проточку 39, канавку 35, канал 27 поступает в расточку 21, а по каналу 26 в абочую камеру 12 и через отверстия 20 - в секцию 17, давление .в которых.повышается до давления в напорной магистрали 7. В то же время рабочая камера 11 и секция 13 через канал 29, канавку 33, проточку 40, канавку 36 и канал 28 сообщается со сливной аккумулирующей полостью 10 и давление в рабочей камере 11 понижается до давления в сливной магистрали 8. За счет разности давлений в рабочих камерах 11 и 12 поршень начинает тормозиться и в этот момент наносит удар по наковальне 55, После этого поршень совершает обратный ход (движется вниз; Далее поясок 42 поршня перекрывает канавку 36, а поясок 41 перекрывает проточку 22 и канавки 33-36 оказываются разобщенными. За счет разности давлений в рабочих камерах 11 и 12 поршень продолжает совершать обратный ход, при этом жидкость в рабочей камере 12 расширяется, а в рабочей камере 11 - сжимается.

Далее проточка 40 сообщает канавки 33 и 34, а проточка 39 - канавки 35 и 36. В этом положении напорна аккумулирующая полость 9 через канал 30, канавку 34, проточку 40, канавку 33 и канал 29, сообщается с рабочей камерой.11 и секцией 13 через отверстие 16, давление в которых пов шается. Сливная же аккумулирующая полость 10 через канал 28, канавку 3 проточку 39, канавку 35 и канал 26 сообщается с рабочей камерой 12 и через канал 27 с расточкой 21, давление в которых снижается до давления в сливной магистрали 8. Под воздействием перепада давления в рабочих камерах 11 и 12 поршень тормозится, затем цикл меняет направление движения и совершает рабочий ход. И цикл начинается снова.

Регулирование энергии и частоты ударой пориня осуществляется следующим образом.

При бурении крепких пород требуется большая энергия единичного удара при небольшой частоте ударов. Для этого вращением штурвала 52 вал 50 вывинчивается из корпуса (движется вниз), при этом втулки 1 и 2 перемещаются в проточках 23 и 24, увлекаемые поводками 3 и 4, заходящими зацепление с кольцевыми проточками 53 и 54, вала 50. Поводки 3 и 4 перемещаются в пазах 32 и 31 корпуса вниз, при этом ширина канавок 36 и 34 уменьшается. Поскольку ширина пояска 42 поршня остается постоянной, увеличивается разность между шириной пояска 42 и шириной канавки 36, т.е. увеличиваетсй-длина разгона поршня, а вследствие одинакого перемещения втулок 1 и 2 перекрытие канавок 34, 36 происходит всегда одновременно. Вместе с тем для бурения крепких пород, плунжеры 5 и 6 вывинчивают из корпуса. При этом открываются отверстия 20 и 16, до этого перекрытие плунжерами 5, 6 емкост рабочей камеры 11 увеличивается на емкость секций 13-15, а емкость рабочей камеры 12 - на емкость секций

17-19. Разгон поршня при таком положении втулок 1 и 2 и плунжеров 5 и 6 происходит на большей длине, а разность давления в рабочих камерах 11 и 12, движущая поршень за счет увеличения емкости рабочих камер 11 и 12, и жидкости, аккумулированной в них,остается постоянной. Поскольку в устройстве увеличивается длина разгона поршня, а перепад давления в рабочих камерах 11 и 12 за

О счет увеличения их емкости остается (ПОСТОЯННЫМ, скорость поршня к кон|цу разгона увеличивается, а значит увеличивается энергия единичного удара. За счет удлинения хойа поршня

5 увеличивается время цикла, т.е. снижается частота ударов в единицу времени.

Для эффективного бурения мягких пород требуется меньшая энергия уда0ра поршня и более высокая частота ударов. Для этого вал 50 штурвалом 52 ввинчивается резьбовым концов 48 в корпус (движется вверх;, в корпус также ввинчиваются плунжеры 5 и 6.

Втулки 1 и 2 через поводки 3 и 4

5 перемещаются в проточках 23 и 24 корпуса, при этом ширина канавок 34 и 36 увеличивается, секции 17-19 изолируются от рабочей камеры 12, а секции 13-15 - от рабочей кгинеры 11.

0 Происходит уменьшение объемов -рабочих камер 11 и 12 и уменьшается ход разгона поршня. Вследствие этого поршень в конце разгона имеет меньшую скорость и меньшую энергию удара,

5 ,при этом увеличивается частота ударов . .

Снабжение корпуса механизма двумя втулками с возможностью осевого перемещения позволяет бесступенчато

0 регулировать величину хода разгона поршня, а установка в рабочих камерах двух плунжеров с возможностью осевого перемещения обеспечивает бесступенчатое изменение объемов рабочих камер. При одновременном

5 регулировании этих величин (хода разгона поршня и емкости рабочих камер) можно бесступенчато регулировать предударную скорость поршня и время цикла,т.е. энергию единичного удара

0 и частоту ударов, Снабжение механизма приводом осевого перемещения втулок позволяет регулировать длину разгона поршня без разборки механизма, что делает регулирование удоб5ным и оперативным. Регулирование энергии и частоты ударов поршня позволяет эффективно вести бурение в различных по крепости породах, повысить универссшьность механизма, уме0ньшить парк буровой техники. Выполнение рабочих камер секционными и размещение плунжеров в отверстиях стенок, разделяющих секции рабочих камер, позволяет уменьшить размеры плунжеров и их ход при равных параметрах