Устройство для бурения горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21B19/86 E21B1/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

I

Изобретение относится к пневматическим машинам ударного действия, применяемым в горной промышленности и строительстве, и может быть использовано в перфораторах, работающих в комплекте с пневмоподдержкой.

Известно устройство для бурения, в котором подвод сжатого воздуха в подзолотниковую камеру осуществляется через полый шток виброгасящего устройства 1.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает регулирование |Q энергии единичного удара.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для бурения, включающее перфоратор с пневматической виброизолирующей камерой в s его корпусе, шарнирно связанную с ним пневмоподдержку с рабочей и возвратной полостями в ее цилиндре и с дополнительной полостью в щтоке ее поршня, питаемой через центральную трубку, а также кран управления давлением в рабочей полости пнев- 20 моподдержки 2.

Недостатком данного устройства является большая вибрация перфоратора.

Цель изобретения - снижение вибрации перфоратора путем согласования силы отдачи и силы подачи.

Для достижения поставленной цели устройство имеет воздухопровод для сообщения пневматической виброизолирующей камеры перфоратора с рабочей полостью пневмоподдержки, при этом дополнительная полость пневмоподдержки выполнена изолированной от ее возвратной полости.

Кроме того, устройство имеет регулятор давления воздуха в дополнительной полости.

Площадь SR виброизолирующей камеры перфоратора Sj и площади рабочей Sp и дополнительной Sa полостей пневмоподдерж ки удовлетворяют соотношениям

SR/Sp a; Sj-Pg /G d,

где a 0,8...1,3; d 0,9...1,4;

G - сила веса перфоратора; p давление в дополнительной поло сти пневмоподдержки. На чертеже изображено устройство для бурения.

Перфоратор устройства состоит из корпуса 1, коаксиально расположенных в нем

ударника 2 и поршня 3, разделяющих полость корпуса на среднюю камеру 4 периодического давления, соединенную с магистралью сжатого воздуха через пусковое устройство 5 и клапанное устройство 6, и виброизолирующие переднюю 7 и заднюю 8 камеры, постоянно соединенные между собой каналом 9 большого проходного сечения так, что эти камеры образуют единую виброизолируюшую камеру квазипостоянного давления Механизм поворота бура 10 включает повторную муфту 11, соединенную с хвостовиком бура через подвижное шестигранное соединение 12, а с поршнем 3 через подвижное шлицевое соединение 13, винтовую пару 14, образованную между поршнями 3 и 2, шлицевой валик 15 и храповый механизм 16. Пневмоподдержка головной частью цилиндра 17 подвижно соединена с корпусом перфоратора посредством шарнира 18. Внутренняя полость цилиндра 17 разделена поршне.м штока 19 на рабочую 20 и возвратную 21 полости, соединенные либо с ма гистралью сжатого воздуха, либо с атмосферой через кран управления 22. Кроме того, рабочая полость 20 постоянно соединена воздухопроводом 23 достаточно большого проходного сечения с виброизолирующей камерой 8 и далее через канал 9 с камерой 7. Внутренняя дополнительная полость 24 штока соединена с магистралью сжатого воздуха через регулятор давления 25 и центральную питающую трубку 26.

Устройство работает следующим образом, В указанном на чертеже положения органов управления сжатый воздух из магистрали через кран управления 22 и параллельно через регулятор давления 25 поступает в рабочую 20 и дополнительную 24 полости пневмоподдержки. При этом в камерах устанавливают разное давление так, что суммарная распорная сила в пневмоподдержке уравновешивает силу веса перфоратора и частичную силу веса от пневмоподдержки и бура и обеспечивает определенный «пережим. Согласованность силы подачи и силы отдачи обеспечивается за счет того, что виброизолирующие камеры 7 и 8 перфоратора объединены между собой каналом 9 и соединены с рабочей полостью 20 пневмоподдержки воздухопроводом 23, а эффективные площади перфоратора (площадь, определяемая диаметром штока поршня 3) и пневмоподдержки (плошади рабочей и дополнительной полостей) выбраны из соотношения

а; Sj-Pj /G а,

где а 0,8...1,3;

d 0,9...1,4;

G - сила веса перфоратора; Р„- давление в дополнительной полости пневмопо.ддержки.

При включении пускового устройства 5 (пусковой кран) сжатый воздух из магистрали через клапанное устройство 6 поступает в среднюю камеру 4 перфоратора, которая в этот момент разобщена с атмосферой. Под действием разности сил давления сжатого воздуха со стороны средней 4 и передней 7 камер поршень 3 движется вперед (на инструмент), а поршень 2, получив начальную скорость от соударения с поршнем 3 в предыдущий цикл, движется назад (от инструмента), совершая обратный ход. При этом поршень 2 удерживается от поворота храповым устройством 16, а поршень 3 посредством винтовой пары между ними совершает поворот против часовой стрелки, вовлекая во вращение через шестигранник 12 бур 10. По мере перемещения поршня 3 по каналу 27 дается команда на закрытие клапана, далее открывается выхлопное окно 28, и отработанный сжатый воздух средней камеры 4 выходит в атмосферу. Под действием сил давления сжатого воздуха в камерах 7 и 8 поршни 2 и 3 вначале затормаживают свое движение, а затем меняют движение на обратное. Поршень 2 совершает рабочий ход, завершающийся ударом по буру, а поршень 3 совершает прямой ход, завершаюшийся ударом его о поршень 2. Описанная последовательность действий поршня-ударника 2 и поршня-распределителя 3 обеспечивается подбором масс поршней и их рабочих площадей. Перед соударением порщня 3 с поршнем 2 дается команда на открытие клапана, и сжатый воздух поступает в среднюю камеру. После этого цикл повторяется.

Прямая связь рабочей полости пневмоподдержки с виброизолирующими камерами перфоратора по воздухопроводу и выполнение соотношений эффективных площадей обеспечивают снижение вибрации перфоратора за счет синхронизации изменения давления в камерах перфоратора и нолости пневмоподдержки. Изменяется рйспорное усилие пневмоподдержки с изменением угла ее наклона, автоматически и в соответствии с ним изменяется усилие отдачи.

Формула изобретения

пневматической виброизолирующей камеры перфоратора с рабочей полостью пневмоподдержки, при этом дополнительная полость пневмоподдержки выполнена изолированной от ее возвратной полости.

SR/Sp a; Sg-pyG d,

где а 0.8...1,3; d 0,9...1,4;

G - сила веса перфоратора, Р - давление в дополнительной поло сти пневмоподдержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 317787, кл. Е 21 С 3/24, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2387150/22-03, кл. Е 21 С 3/24, 1976 (прототип).