Устройство для бурения шпуров и скважин Советский патент 1982 года по МПК E21D9/10 E21B44/00 

Изобретение относится к горноР промышленности, в частности к устройствам для бурения шпуров и скважин.

Известно устройство, включающее буровую машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора и систему автоматического управления с гидрораспределителем, цилиндром управления, нагнетательной и выходной гидромагистралями со сливным баком 1.

Недостаток этого устройства заключается в ручном управлении распределительной и регулирующей аппаратурой.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бурения шпуров и скважин, включающее буровую машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с

объемными гидроприводами его подвижных звеньев, насос, нагнетательные и выходные гидромагистрали, сливной бак и программный блок с гидропереключателями, дросселями, гидродозаторами с регулируемым объемом дозы, гидрозам-ками, нагнетательными и всасывающими клапанами f2j.

Его недостатками являются большой

10 вес и большие габаритные размеры.

Цель изобретения - уменьшение габаритных размеров и веса.

Для достижения поставленной цели в устройстве для бурения шпуров и 5 скважин, включающем буровую машину с податчиком, направляющую балку с объемными гидроприводами его подвижных звеньев, насос, нагнетательные и выходные магистрали, сливной бак

20 и программный блок с гидропереключателями, дросселями, гидродозаторами с регулируемым объемом дозы, гидрозамками, нагнатательными и всасывающими клапанами, устройство снабжено механическим многопозиционным задатчиком с гидроприводом, дополнительным гидродозатором и подпружиненным клапаном, программный блок имеет плиту с гидроприводом и со стержнями регулируемой при задании программы высоты, которые размещены с возможностью взаимодействия со штоками гидродозаторов и золотников гидропереключателей. При этом гидропривод плиты соединен через гидропереключатель со сливным баком, и через нагне тательный клапан, установленные дополнительный гидродозатор и подпружиненный клапан параллельно с входами других гидродозаторов - с нагнетательной магистралью. На фиг. 1 схематически показано устройство, общий вид; на фиг. 2 гидравлическая схема устройства-, на фиг. 3 плита программного блока. Устройство для бурения шпуров и скважин состоит из манипулятора 1 со стрелой 2, на переднем конце кот рой размещена направляющая балка 3 с распором k и гидроцилиндром 5. Ги роцилиндр 6 служит для перемещения буровой машины 7. Шток гидроцилиндра 6 податчика скреплен с направляю щей балкой 3. На каретке буровой машины 7 уста новлен гидропереключатель 8 с гидро приводом и фиксатором, шток которого взаимодействует с подпружиненным упо ром 9 на балке 3. На заднем конце направляющей балки 3 установлен гид ропереключатель 10 с гидроприводом и фиксатором, шток которого может взаимодействовать с подпружиненным упором 11 о При этом в канал, соединяющий поршневую полость гидроцилинд ра 5 с гидропереключателем 10, вклю чены регулируемый дроссел, 12 и обратный клапан 13$ а гидропривод пере ключателя 8 подключен между поршневой полостью гидроцилиндра 5 и регулируемым дросселем 12 через подпружи ненный клапан и дозатор-переключатель 15. Параллельно клапану 1 включен обратный клапан 16. На переднем конце стрелы 2 смонтированы также гидропереключатель 17 у которого передний конец штока взаимодействует с упором 18, размещенным на гидроцилиндре 5. Гидропривод гидропереключателя 17 постоянно соединен с нагнетательной магистралью 8 В которую рабочая жидкость подается насосом 19. К этой магистрали подключены через гидропереключатель 17 и регулируемый дроссель 20 с параллельно подключенным обратным клапаном 21 гидродозаторы 22-2ч подпружиненные клапаны 25 и 26 и обратные клапаны 27 и 28. На выходе клапаны 25 и 27 соединены с гидроприводом гидропереключателя 10 и подпоршневой полостью гидродозатора 29. К выходам клапанов 26 и 28 параллельно подключены гидроприводы гидропереключателей 30-32. Каждый гидродозатор 15, 2Z, 23, 2Ц, 29 представляет собой цилиндр, в котором размещен поршень, отжимаемый в верхнее положение пружиной. У гидродозаторов 22-2 поршень снабжен штоком, выведенным наружу через уплотнение в верхней крышке гидродозатора. Поршневая полость каждого гидродозатора 22-2 соответственно через нагнетательные клапаны , гидропереключатели 30-32, двусторонние гидрозамки 36-38 и двусторонние гидрозамки 36-38 соединена с одной из полостей одного из гидроцилиндров 39 , а через всасывающие клапаны - со сливным баком 45. Вторые полости гидроцилиндров 39 41 через гидрозамки 36-38 и гидропереключатели соединены со сливным баком 45. Гидропереключатели 30-32 служат для изменения направления перемеще нив подвижных звеньев манипулятора 1 при задании программы обуривания забоя, а гидродозаторы 22-24 обеспечивают заданные перемещения этих заен ьеа. Объем подпоршневой полости каждого гидродозатора 22-24 может быть изменен соответствующей установкой задающих стержней 46-49 механического многопозиционного задатчика 50 программного блока взаимодействующих со штоком гидродозаторов 22-24 и гидропереключателей 30-32, Подпоршневая полость гидродозатора 29 через нагнетательный клапан 51 и гидропереключатель 52 соединены с поршневой полостью гидроцилиндра 53, периодически перемещающего плиту механического ногопозиционного задатчика 50 про оммного блока, а через вcacывaющи клапан 54 - со сливным баком 45, Плита задатчика 50 имеет ряды kd-ki) задающих стержней, она может перемещаться в направляющих 55. Величина шагового перемещения плиты задатчика 50 определяется объ емом поршневой полости гидродозатора 29 в поршневую полость гидроцилиндра 53. Для возврата плиты задат чика 50 в исходное положение предусмотрен гидропереключатель 5б. Гидропереключатель 52 и 5б реверса плиты имеют фиксаторы и своим штоками взаимодействуют с подпружиненными упорами 57 и 58. До ввода устройства в работу все его полости и гидромагистрали запол няются жидкостью. Устройство работает следующим об разом. Насосом 19 жидкость по нагнетательной магистрали подается через гидропереключатели 8 и 10 в полости гидроцилиндров 5 и 6 и удерживает направляющую балку 3 с буровой маши ной 2 в заданном положении. При этом жидкость поступает в ги ропривод переключателя 17, но переключить его не может, так как перед ний конец его золотника упирается в упор 18 гидроцилиндра 5, удерживавмого в крайнем заднем положении. Из гидрЬпереключателя 17 рабочая жидкость через дроссель 20 поступает в надпоршневые полости гидродозаторов , сжимая их поршни и вытесняя жидкость через клапаны 33-35 гидропереключатели 30-32 и гидрозамки 36-38 в полости гидроцилиндров - приводов подвижных звеньев манипулятора 1. Жидкость из других полостей этих цилиндров через гидрозамки 36-38 и гидропереключатели поступает в сливной бак 45. Благодаря дросселю 20 давление рабочей жидкости в надпоршневых полостях гидродозаторов 22-2 и на входе подпружиненных клапанов 25 и 2б остается пониженным, пока поршни этих дозаторов не займут крайнего положения. При этом жидкость из их подпоршне вых полостей вытесняется в полости гидроцилиндров . Вследствие этого стрела 2 и направляющая балка 3 занимает положение, заданное поло жением стержней ряда k6 для бурения первого шпура. Клапары 25 и 2б отрегулированы так, что при этом давлении остаются закрытыми. После того, как стрела 2 и балка 3 заняли позицию, заданную положением стержней ряда 46, а поршни дозаторов дошли до упора, расход рабочей жидкости через дроссель 20 прекращается. Вследствие этого давление жидкости за дросселем возрастает до заданного значения, например, до 0,7 величины, создаваемой насосом 19, открывается клапан 2б, и рабочая жидкость поступает в гидроприводы переключателей 30-32, переводя их золотники в нижнее положение. При дальнейшем увеличении давления открывается подпружиненный клапан 25 и рабочая жидкость поступает в надпоршневую полость гидродозатора 29, давит на его поршень и вытесняет рабочую жидкость из его подпоршневой полости через нагнетательный клапан 51 и гидропереключатель 53 переставляя плиту задатчика 50 в новое положение для бурения второго шпура. Одновременно рабочая жидкость поступает через гидропереключатель 5б в гидропривод переключателя 10, сжимает пружину в упоре 11 и переставляет его золотник в переднее положение. В этом положении он удерживается фиксатором. Теперь рабочая жидкость через переключатель 10 и дроссель 12 подается в поршневую полость гидроцилиндра 5. Вследствие этого балка 3 перемещается до контакта распора k с забоем. После этого давление в канале за дросселем 12 возрастает. По этой причине открывается клапан 1 и рабочая жидкость через него поступает в подпоршневую полость дозатора-переключателя 15, перемещая его поршень вверх и вытесняя жидкость из надпоршневой полости в гидроприводе переключателя 8 и переставляя золотник в переднее положение. При этом надпоршневая полость дозатора-переключателя 15 и гидропривод переключателя 8 соединяется через выходную магистраль со сливным баком 5. Теперь рабочая жидкость из нагнетательной гидромагистрали через переключатель 8 поступает в переднюю полость гидроцилиндра 6 и буровая машина 7 подается на забой. Происходит бурение шпура на заданную глуби ну, определяемую местом установки упора 9 на блоке 3. После начала перемещения вперед гидроцилиндра 5 золотник гидроперекяючателя 17 перемещается вперед и, отсоединив от нагнетательной гидро магистрали гидроприводы гидропереключателей 30-32 и входы подпружиненных клапанов 25 и 2б, соединит их через выходную магистраль со сли ным баком 45. При этом, разжимаясь, пружины гидродозаторов 22-2k возвра щают их поршни в верхнее положение до упора в задающие стержни ряда kj вытесняя рабочую жидкость из надпоршневых полостей этих гидродозаторов по выходной гидромагистрали через обратный клапан 21 и гидропер ключатель 17 в сливной бак 5. Так же под действием пружины возвращается в исходное положение (верхнее) и поршень гидродозатора 29, вытесня рабочую жидкость из его надпоршнево полости через обратные клапаны 27 и 21 и гидропереключатель 17 в сливной бак 5. Одновременно через всасывающие клапаны и 5 происхо дит заполнение рабочей жидкости под поршневых полостей гидродозаторов и 29 по выходным гидромаг истралям из сливного бака 45. Перед окончанием бурения шпура н заданную глубину передний конец штока гидропереключателя 8, перемещаясь вместе с буровой машиной 7, упирается в подпружиненный упор 9, размещенный на направляющей балке 3 При дальнейшем перемещении буровой машины 7 и гидропереключателя 8 впе ред пружина в упоре 9 сжимается полностью, золотник гидропереключателя 8 выводится из зацепления с фиксатором и под действием разжимающейся пружины упора 9 перемещается в крайнее заднее положение, в котором удер живается фиксатором. При этом рабочая жидкость из гидропривода гидропе реключателя 8 вытесняется в надпоршневую полость гидродозатора-переклю чателя 15, а из нее по выходной гидромагистрали в сливной бак 45, так как в это время подпоршневая полость гидродозатора переключателя 15 через подпружиненный клапан l4, дроссель 12, гидропереключатель 10 соединена с нагнетательной гидромагистралью и под действием давления рабочей жидКОСТИ поршень дозатора-переключателя 15 находится в верхнем положении, и золотником, его надпоршневая полость соединена через выходную гидромагистраль со сливным баком 45. Теперь рабочая жидкость под давлением из гидропереключателя 8 поступает в заднюю полость гидроцилиндра 6податчика, а его передняя полость через гидропереключатель 8 соединена со сливным баком 45. Под действием давления рабочей жидкости гидроцилиндр 6 возвращает буровую машину 7 с гидропереключателем 8 в исходное (крайнее заднее) положение. При подходе буровой машины 7 к крайнему положению установленный на одной площадке с ней подпружиненный упор 11 упирается в передний конец штока гидропереключателя 10. При дальнейшем движении буровой машины 7назад, пружина упор 11 сжимается на величину хода золотника гидропереключателя 10 и выводит его из зацепления с фиксатором. Под действием разжимающейся пружины упора 11 золотник переключателя 10 перемещаются в крайнее заднее положение, вытесняя рабочую жидкость из своего гидропривода через обратные клапаны 27 и 21, гидропереключатель 17 по выходной гидромагистрали в сливной бак 45. Теперь рабочая жидкость поступает из нагнетательной гидромагистрали через гидропереключатель 10 в заднюю полость гидроцилиндра 5. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в заднюю полость гидроцилиндра 5. направляющая балка 3 с распором 4 и упорами 9 и 11, бурильной машиной 7 и гидропереключателями 8и 10 возвращается в исходное положение . При подходе к заднему крайнему положению гидроцилиндр 5 нажимает уровнем 18 на шток гидропереключателя 17, и, преодолевая силу, создаваемую давлением рабочей жидкости на его гидропривод, переставляет золотник гидропереключателя 17 в заднее крайнее положение. После перестановки золотника гидропереключателя 17 гидроцилиндром 5 в крайнее заднее положение рабочая жидкость из нагнетательной магистрали опять поступает через гидропереключатели 8 и 10 в задние полости гидроцилиндров 5 и 6 в гидропривод гидропереключателя 17 и через этот гидропереключатель и регулируемый дроссель 20 - в надпоршневые полости гидродозаторов . Дальше процесс повторяется, как описано выше, с той разницей, что в каждом таком цикле действия устройства плита задатчика 50 гидроцилиндром 53 устанав ливается в новое положение и штоки гидродозаторов 22-2 и гидропереключателей поочередно взаимодействуют каждый раз с новыми рядами kJ-ЦЭ задающих стержней. Изменением высоты каждого из задающих стержней задатчика 50 задают объем рабочей жидкости в подпоршневых полостях гидродозаторов 22-2А и положение золотников гидропереключателей 3032, что обеспечивает заданное перемещение каждого подвижного звена ма нипулятора 1 и установку буровой машины 7 в последовательные положения, требуемые паспортом обуривания забоя. После окончания бурения последнего заданного программой шпура и возврата направляющей балки 3 с буровой машиной 7. упорами 9 и 11 и гидропереключателями 8 и 10 в крайнее заднее положение (не показано на чертеже) переключателем буровая машина 7 от энергосети отключается, стрела 2 с направляющей балкой 3 устанавливается в транспортное положение. С этой целью задающие стержни последнего ряда в задатчике 50 устанавливают на соответствующей высоте Далее, как описано выше, открывается подпружиненный клапан 2б, зо- . лотники гидропереключаетелей 30-32 переводятся в нижнее положение, плита задатчика 50 гидроцилиндром 53 перемещается в крайнее положение, а золотник гидропереключателя 10 фикса тором удерживается в заднем положении. При подходе плиты задатчика 50 к крайнему положению штоки гидропереключателей 52 и 5б упираются в упоры 57 и 58, сжимают их пружины, выводятся из зацепления с фиксаторами и разжимающимися пружинами упоров 57 и 58 переводятся во вторые положения. Теперь гидропривод гидропереклйчателя 10 от нагнетательной гидромагистрали отключен гидропереключателем 5б, штоковая полость гидроцилинд ра 53 соединена с ней через гидропе8реключатели 56 и Ь2, а поршневая через гидропереключатель 52 соединена со сливным баком 5. Под давлением рабочей жидкости гидроцилиндр 53 переставляет плиту задатчика 50 в исходное положение. Устройство прекращает свое действие и после отсоединения от забойной энергосети готово для транспортирования в следующий забой и обуривания его по той же или вновь заданной оператором программе. Число групп, состоящих каждая из гидродозатора у гидропереключателя и двухстороннего гидрозамка (фиг.2) равно трем условно. Оно должно быть равно числу подвижных звеньев манипулятора, т.е. четырем-пяти. Число рядов задающих стержней у задатчика, равное четырем, на чертеже показано также условно. Оно может быть равно числу шпуров, которые должны быть пробурены устройством,плюс один ряд для перевода устройства в транспортное положение. Необходимо отметить, что, благодаря параллельному подключению надпоршневых полостей гидродозаторов, предназначенных для. установки подвижных звеньев манипулятора в задаваемые положения, все гидроцилиндры действуют единовременно и потому стрела 2, направляющая балка 3 с буро.вой машиной 7 перемещаются в каждое запрограммированное положение, минуя промежуточные положения, которые возникали бы при поочередной работе гидродозаторов 22, 23 и 25. Применение предлагаемого устройства позволяет автоматизировать бурение шпуров по предварительно заданной программе и исключить влияние уровня квалификации рабочего на точность заданного расположения шпуров в забое, сократить его габаритные размеры, вес и стоимость. Формула изобретения Устройство для бурения шпуров и скважин, включающее буровую машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с объемными гидроприводами его подвижных звеньев, насос, нагнетательные и выходные гидромагистрали, сливной бак и программный блок с гидропереключателями, дросселями, гидродозаторами с регулируемым объемом дозы, гидрозамками, нагнетатель ными и всасывающими клапанами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритных размеров и веса, оно снабжено механическим многопозиционным задатчиком с гидроприводом, дополнительным гидродозато ром и подпружиненным клапаном, программный блок имеет плиту с гидропри водом и со стержнями регулируемой при задании программы высоты, которые размещены с возможностью взаимодействия со штоками гидродозаторов и золотников гидропереключателей, 9 812 при этом гидропривод плиты соединен через гидропереключатель со сливным баком, и через нагнетательный клапан дополнительный гидродозатор и подпружиненный клапан параллельно с входами других гидродозаторов - с нагнетательной магистралью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции Vf 2099769, кл. Е 21 С 11/00, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР № 810951 , кл. Е 21 С 1/00, 1975 (прототип).

12