Гидровращатель для буровых станков Советский патент 1982 года по МПК E21B3/02 

1

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым станкам.

Известен вращатель бурильной машины, выполненный в виде планетарнороторного мотор-редуктора l.

Однако зубья кругового профиля с линейным контактом имеют невысокую нагрузочную способность и поэтому могут передавать небольшую мощность. Исполнение зацепления с разницей только в один зуб определяет малый эксцентриситет, а, следовательно, небольшой момент и малую мощность (при большей разнице зубьев двигатель неработоспособен). Кроме того, ограничение диаметральных габаритов изза динамической неуравновешенности (опасность перехода в режим вибратора ) также ограничивает мощность и диапазон передаточного числа.

Недостаточная герметичность рабочих камер приводит к резкому снижению мощности при небольшом износе зацепления. Так как муфта из эластичноупругого материала, то она может передавать небольшой момент.

В виду диаметральных ограничений двигателя для получения большей мощности применяют последовательное соединение двух двигателей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидродвигатель для буровых станков, включающий корпус с крышками, в котором размещены два последовательно расположенных планетарно-редукторных двигателя, содержащие неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, зубчатые сателлиты, связанные с шпинделем и золотники 2 J.

Этому устройству присущи все упомянутые выше недостатки, т.е. линейный контакт зубьев с малой нагрузочной способностью; исполнение зацепления с разницей в один зуб и малым эксцент39риситетом и малой мощностью; огранимение диаметральных габаритов из-за динамической неуравновешенности; недостаточная герметичность рабочих камер и резкое снижение мощности при небольшом износе зацепления. Некоторое повышение мощности устройства связано с новыми недостатками . При последовательном соединении дв двигателей, когда сливная камера одного соединяется с подводящей камеро другого, требуется повышенный напор энерноносителя, при этом повышение напора энергоносителя, например, в 2 раза дает выходную мои4Ность меньше суммарной двух отдельных мощностей, так как резко возрастают гидравлические потери. Массы двух сателлитов, расположенные несбалансированно, усиливают эффект вибратора, что снижает эксплуатационную надежность устройства Цель изобретения - повышение мощности вращателя . Поставленная цель достигается те что гидровращатель снабжен эксцентриковым валом, на котором установле -зубчатые сателлиты, связанные с шпинделем посредством подвижной муфты, при этом каждый из двигателей снабжен лопатками, установленными с возможностью радиального перемещения в пазах, которые выполнены в крышках. На фиг. 1 представлен гидровращатель для подземных станков шароше ного бурения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1;на фиг. 3 - узел I на фиг . 1. Гидровращатель имеет корпус 1 с неподвижным зубчатым колесом 2 с внутренними эвольвентными зубьями, внутри которого установлены эксцент рично два зубчатых сателлита 3 и на общем эксцентрике 5 и на роликовых подшипниках 6, Массы сателлитов 3 и сбалансированы, т.е. динамически уравновешены. За одно целое с каждым сателлито 3 и k выполнены на их внешней повер ности золотники 7 и 8, представляющ собой тангенциальные каналы с эллип ными радиальными отверстиями 9, 10. Золотники 7 и 8 зеркально подобные между собой и закрыты снаружи одина ковыми бандажами 11. Сателлиты 3 и подвижно прилегаю друг к другу своими дисками с аксиа ными отверстиями 12, в которые входя, пальцы 13 с втулками 1 i( подвижной муфты-шпинделя 15.Муфта-шпиндель 15 установлена на конуснь х роликоподшипниках 16 с втулкой 17 и закреплена гайкой 18 и боковой муфтой 19. Канал боковой муфты 19 сообщается с отверстиями 20 в муфте-шпинделе 15 и уплотняется резиновыми манжетами 21. К торцом сателлитов 3 и плотно прилегают левая 22 и правая 23 корпусные крышки, в которых выполнены раздельные кольцеобразные полости В,С, Е, выходящие к сателлитам 3 и k через свои часто просверленные торцовые отверстия 24-26 (для энергоносителя). Крышки 22 и 23 снабжены внутренними выступами 27 и 28, в которых выполнены радиальные пазы 29 и установлены подвижные лопатки 30 с подводящими канавками 31. Лопатки 30 образуют с ободами сателитов 3 и 4 внутренние рабочие камеры 32, которые связаны с ианалами золотников 7 и 8 через радиальА|1е отверстия 9,10. При этом толщина лопаток 30 выбирается достаточной для возможного перекрытия эллиптичных ралиальных отверстий 9,10. Сателлиты 3 и 4 установлены с равными эксцентриситетами е. В дисках сателлитов 3 и k предусмотрены небольшие разгрузочные отверстия 33 для уравновешивания давления энергоносителя с обоих стороь каждого диска . Давление энергоносителя во внутренних рабочих камерах в один из моментов показано стрелками р , а результирующие силы в каждом из сателлитов 3 1- показань соответственно векторами Р. Гидровращатель работает следующим образом. При подаче энергоносителя по стрелкам В и далее, через отверстия 2k, золотник 7 левого сателлита 3 через свои нижние совпадающие тангенциальные каналы и отверстия 9 разворачивает на 90 и направляет силовой поток жидкости в рабочие камеры 32. Результирующая сила Р от давления жидкости р в рабочих камерах начинает проворачивать сателлит 3 относительно зубьев неподвижного колеса 2 в нижнее положение. В это же время отработанная жидкость через верхние тангенциальные каналы золотника 7 и отверстия 25 выходит на сброс по стрелкам 6. Одновременно с левым сателлитом 3 начинает проворачиваться в том же направлении относительно неподвижного зубчатого колеса 2 правый сател лит k. Но он из нижнего положения перемещается вверх. При этом его зол ник 8 действует аналогично.т.е, через отверстия 24 и совпадаш1ие с ними верхние тангенциальные каналы с отверстиями 10 силовой поток жидкости разворачивается на 90 и попадае соответствующие рабочие камеры 32. Результирующая сила Р {показана пунк тирной стрелкой) начинает действоват на правый сателлит (. Отработанная жидкость через нижние каналы золотника 8 и отверстия 25 идет на сброс по стрелке С. В целом, энергоноситель направляет в соответствующие рабочие камеры 32 золотниками 7 и 8 так, чтобы оба сателлита 3 и t вращались в одну сто рону . Рабочие камеры 32 образованы движу щимися в радиальных пазах 29 лопатками 30, плотно прижимаемыми к внутреннему ободу сателлита 3 () рабочи давлением жидкости, постоянно подведенной под эти лопатки 30 через | ольцеобразную полость Е, отверстия 26 и канавки 31. При этом суммарный объем рабочей жидкости под лопатками в работе остается постоянным так как насколько выдвинутся в рабо те одни лопатки 30, настолько же вдвинутся противоположные лопатки 30 Поэтому под лопатки 30 подводится не большой объем жидкости , компенсирующей объемные утечки в их пазах. Для разгрузки дисков сателлитов 3 и 4 от осевых сил сжатия от действия рабочего давления жидкости служат небольшие отверстия 33 в их рабочих камерах. Через эти отверстия 33 небольшой объем рабочей жидкости просачивается под давлением между дисками сателлитов 3 и и, кроме разгрузки, смазывает их и улучшает их работу. При прохождении золотниковых отве тий 9 и 10 мимо лопаток 30 в разграничительных верхних и нижних зонах происходит автоматическое перекрытие потоков жидкости в них от напорной линии и сброса, чтобы не происходило прорыва рабочего потока в сброс. Это обеспечивается самой конструкцией золотников 7,8, Кроме того, и сами лопатки полностью перекрывают 9 7 отверстия 9 и 10. Возможные объемные утечки в этих местах незначительны. При своем синхронном колебательновращательном движении сателлиты 3 и за один цикл поворачиваются на угол, соответствующий разнице чисел их зубьев и зубьев неподвижного колеса 2. Свое угловое перемещение сателлиты 3 и через свои аксиальные отверстия 12 передают пальцам 13 с втулками и муфта-шпиндель 13 поворачивается на тот же угол. Реверс осуществляется переключением рабочих и отработанных потоков жидкости, т.е . в полости против стрелок С подается рабочее давление, а полости 8 сообщаются с сбросом. И тогда в левый сателлит 3 через отверстия 25, тангенциальные каналы и отверстия 9, в его противоположные рабочие камеры 32 начнет поступать рабочая жидкость. Результируккцая сила Р изменит свое направление на противоположное и сателлит 3 начнет проворачиваться также в противоположную сторону. Одновременно в эту же сторону начнет проворачиваться и сателлит , в его рабочие полости 32 поступит рабочая жидкость через отверстия 25. Отработанная жидкость из сателлитов 3, через отверстия 2 уходит против стрелок В. Это изменение направления вращения через аксиальные отверстия 12 передается пальцам 13 муфты-шпинделя 15 и она начинает вращаться в противоположную сторону. ГидpoвpaщaтeJlь на своей муфте шпинделе 15 имеет резьбу для соединения с буровым снарядом. Рабочий энергоноситель к буровому снаряду подается через боковую муфту 19 по стрелке D и отверстия 20. При работе гидровращателя сателлиты 3 и самоустанавливаются своими катящимися бандажами 11 на своих дорожках, выполненных в корпусе 1 и тем самым предохраняют зубчатое зацепление от перегрузок. Результирующий момент сил (фиг.2) действующий на сателлиты гидровращателя, равен удвоенному произведению любой результирующей силы на ее эксцентриситет, при этом эти величины, как было показано выше, больше известных, следовательно, и момент сил многократно больше известного. Формула изобретения Гидровращатель для буровых станков, включающий корпус с крышками, в кото