Вращательно-ударная бурильная головка

 

Изобретение относится к горной промьгашенности, в частности к бурильным установкам, обеспечивающим вращательный и ударно-вращательный способ бурения. Цель изобретения - повышение долговечности бурильной головки буровой машины. Бурильная головка |включает электродвигатель I, вращагель 2, шпиндель 12, ударный механизм . Последний выполнен в виде планетарного редуктора с шестернями

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 3434096 А1

m4 Е 21 С 5/06 а 1

1 4 °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H AВТО СН0МУ CENQETEA CтВу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Т21) 4182000/22-03 (22) 14,01.87 (46) 30.10.88 ° Бюл. ¹ 40 (71) Горловский филиал Донецкого политехнического института .(72) В.Г.Белоглазов, А.В.Касьян, A.Â.Куница, И,В.Рязанов и Б.M.Øìàêoâ (53) 622.242 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 511451, кл. F )6 Н 3/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР №. 1155738, кл. Е 21 С 3/12, 1983. (54) ВРА1ПАТЕЛЬНО-УДАРНАЯ БУРИЛЬНАЯ

ГОЛОВКА (57) Изобретение относится к горной промьппленности, в частности к бурильным установкам, обеспечивающим вращательный и ударно-вращательный способ бурения. Цель изобретения — повышение долговечности бурильной головки буровой машины. Бурильная головка

Включает электродвигатель I враща1ель 2, шпиндель 12, ударный механизм. Последний выполнен в виде планетарного редуктора с шестернями

1434096 (Ш), валами 9 и 10 и механизмом 11 переключения скоростей вращателя 2.

Косозубая солнечная Ш 21 ударного механизма подпружинена с двух сторон относительно водила 18 и жестко связа на с бойком 24, Боек 24 соединен со шпинделем 12 посредством шлицов, На диаметрально расположенных пальцах

19 водила 18 неподвижно в осевом направлении посажены неуравновешенные косозубые сателлиты (КС) 20,имеющие возможность свободного вращения, При вращательном режиме бурения вращение от электродвигателя I через

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурильным установкам, имеющим вращательно ударную бурильную головку электроме-! ханического типа и обеспечивающим одновременно вращательный и вращательно-ударный способы бурения, Целью изобретения является повышение долговечности бурильной головки.

На чертеже изображена кинематичес- 10 кая схема вращательно-ударной бу..рильной головки с ударным механизмом инерционно-импульсного типа, Вращательно-ударная бурильная галовка с ударным механизмом инерционно-импульсного типа состоит из электродвигателя 1, вращателя 2, представляющего собой„ например, двухскоростной двухступенчатый редуктор, вклю» чающий шестерни Э вЂ” 8, валы 9 и 10, механизм 11 переключения скоростей вращателя 2. Шестерни Э и 4 жестко посажены соответственно на валы 9 и

10 ° Шестерни 5 и 6 расположены на шли цах вала 10 с возможностью перемеще25 ния на них посредством механизма 11 переключения скоростей вращателя 2.

Шестерни 7 и 8 жестко посажены на шпиндель 12. Валы 9 и 10 и шпиндель

l2 вращаются в подшипниках, располо30 женных в корпусе (не показан) бурильной головки. Такая конструкция вращателя 2 обеспечивает два значения угловой скорости вращения шпинделя 12, т.е. две скорости вращения 35

Ф вал.9, UI 3,4, вал 10 и одну из пар

Ш 5,? или 6,8 передается на шпиндель

12, хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент 26. При ударно-вращательном режиме бурение приводится во вращение водилом 18 с КС 20 вокруг П1 21.

При этом на Ш 21 циклически действует знакопеременный вращающий момент сил инерции, создаваемый КС 20. Косозубое зацепление совместно со шлицевым соединением бойка 24 и шпинделя 12 между собой преобразует этот момент в удар. ил.

2 .. шпинделя 12. Редуктор 13 привода ударного механизма состоит из шестерен 3 и 14 и устройства 15 включения ударного механизма, Шестерня 14 посажена на шлицах вала 16 с возможностью перемещения на них посредством устройства 15 включения, ударного механизма, Такая конструкция редуктора 13 привода ударного механизма обеспечивает два способа бурения: вращательный способ, если шестерня

14 выведена устройством 15 включения ударного механизма из зацепления с шестерней Э, и вращательно-ударный, если шестерня 14 находится в зацеплении с шестерней 3, На фиг,1 показано осуществление вращательно-ударного способа бурения.

Ударный механизм 17, выполненный в виде планетарного редуктора, состоит из .водила 1 8 с диаметрально расположенными пальцами 19, на.которых свободно в окружном направлении и неподвижно вдоль оси пальцев 19 посажены косозубые неуравновешенные сателлиты 20, входящие в зацепление с косозубой солнечной шестерней 21. Цент-, ры тяжести косозубых неуравновешенI ных сателлитов 20 смещены относитель но оси пальцев 19 с помощью дебалансов 22, Косозубая солнечная шестерня 21 опирается через пружины 23 на водило 18 и соединена в одно целое с бойком 24 ударного механизма, который одним своим концом располагается

1434096

При проведении буровых работ необходимо бурить как мягкие, так и твера твердые — вращательно-ударным режимом бурения. Поэтому бурильная головка должна и может осуществлять 2 укапородоразрушающий инструмент 26 внедным однонаправленным вращением. Ударс возможностью осевого перемещения в выточке водипа 18, а другим концом, ударной частью, связан посредством шлиц со шпинделем 12. Между бойком

24 и хвостовиком 25 есть зазор. количество косозубых неуравноВешенных сателлитов 20 определяется исходя из известного условия соседства, величина смещения их центра тяжести зависит, в основном, от требуемых параметров удара.

111пиндель 12 соединен с хвостовиком 25, один конец которого со стороны шпинделя 12 имеет форму кулачковой муфты, а другой конец со стороны породоразрушающего инструмента

26 имеет форму конуса типа Морзе.

Параметры концов хвостовика не имеют принципиального значения и определяются расчетным путем исходя из конкретных требований эксплуатации. Необходимо, чтобы конец хвостовика 25 с кулачковой муфтой обеспечивал жест. кую связь в окружном направлении со шпинделем 12 и давал возможность хвостовику 25 перемещаться в осевом направлении в определенных пределах (обычно, максимум, 10 мм). Необходимо также, чтобы конец хвостовика 25 с.конусной частью обеспечивал жесткую связь хвостовика 25 с породоразрушающим инструментом 26. дые породы. Мягкие породы хорошо бурить вращательным режимом бурения, занных режима бурения, При вращательном режиме бурения ряется в породу под действием осевого усилия с одновременным непрерывные нагрузки при этом отсутствуют.

При таком режиме бурения разрушение пород происходит непрерывно, представляя собой процесс резания пластичного материала с образованием стружки. При бурении хрупких пород разрушение происходит циклично в виде отдельных сколов.

При вращательно-ударном режиме бурения породоразрушающий инструмент

26 внедряется в породу под действием осевого усилия, ударной нагрузки с одновременным непрерывным однонаправ5

10 !

55 ленным вращением породоразрушающего инструмента 26. При таком режиме бурения разрушение происходит за счет скалывания породы.

Вращательный режим бурения осуществляется за счет взаимодействия вращателя 2 со шпинделем 12 хвостовиком 25 и породоразрушающим инструментом 26. Вращение от электродвигателя

1 через вал 9, шестерни 3, 4, вал 10 и одной из пар шестерен 5, 7 или

6, 8 передается на шпиндель 12,хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент имеют непрерывное однонаправленное вращение.

При введении устройством 15 включения ударного механизма шестерни

14 в зацепление с шестерней 3 редуктор 13 привода ударного механизма приводит во вращение водило 18 с косозубыми неуравновешенными сателлитами 20. При вращении косоэубых неуравновешенных сателлитов 20 вокруг косозубой солнечной шестерни 2! на последнюю циклически действует зна копеременный вращающий момент сил инерции, создаваемый косозубыми неуравновешенными сателлитами 20, закон изменения которого носит синусоидальный характер с периодом, равным времени одного оборота косозубых неуравновешенных сателлитов 20 относительно оси вращения пальцев 19, Положительный импульс знакопеременного момента сил инерции будет противодействовать вращающему моменту, подведенному от электродвигателя 1 через вращатель 2 к шпинделю

12, Вращающий момент в 2 — 4 раза больше, чем максимальное значение положительного импульса. Сила сопротивления в этот момент времени вообще отсутствует (не считая сил упругости в пружине). Вследствие этого косозубая солнечная шестерня 21 вместе с бойком 24 будут совершать, в основном, линейное перемещение к.хвостовику 25 с породоразрушающим инструментом 26 (направление движения определяется направлением косого зуба). После выбора зазора боек 24 ударит по хвостовику 25, так как скорость хвостовика ?5 равна нулю, а боек имеет какое-то значение скорости.

С наступлением отрицательной фазы цикла на косозубую солнечную шестерю 2! начнет действовать отрица34096 6 зить шпиндель 12, уменьшая частоту вращения шпинделя 12 до какой-то величины (» „„, а в отрицательной

5 фазе цикла будет увеличивать частоту вращения шпинделя 12 до какой-то величины <|и, „, . Таким образом,шпиндель 12, хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент 26 будет совершать в итоге непрерывное однонаправленное пульсирующее вращение. За цикл работы планетарного инерционно-импульсного редуктора шпиндель 12 будет иметь какую-то усредненную частоту вращения (dш,,, Как показала практика, процесс бурения, осуществляемый с наложением окружных вибраций на непрерывное однонаправленное вращение породоразрушающего инструмента, значительно снижает энергоемкость и повышает фактическую производительность бурильных установок.

Составитель О.Собин

Техред Л.Сердюкова

Редактор А.Лежнина

Корректор Г.Решетник

Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5529/34

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14 тельный импульс энакопеременного момента сил инерции, который будет ,иметь направление действия, противоположно@ положительному импульсу и одинаковое направление с моментом, подведенным к шпинделю 12 от электродвигателя 1 через вращатель 2.

Вследствие этого косозубая солнечная ,. шестерня 21 вместе с бойком 24 бу дутт совершать, в основном, линейное перемещение, но уже отводя боек 24 от хвостовика 25, раскрывая между ними зазор и возвращая детали плане, тарного инерционно-импульсного редуктора в первоначальное положение.Для стабилизация, большей определенности ! этого положения и устранения возможности удара бойка 24, особенно во времени его движения в отрицательной фазе, в водило 18 между косоэубой солнечной шестерней 21 постав, лены пружины 23.

С наступлением положительной фазы, цикла работа ударного механизма в вкде планетарного инерционно-импульсно го редуктора 17 будет циклически ,, повторяться, Таким образом, в данном ударном ,механизме удар создается за счет того, что планетарньгй инерционно-импульсный редуктор 17 создает знако переменный момент сил инерции, а косозубое зацепление совместно со шлицевым соединением бойка 24 и шпинде.ля 12 между собой и при встречном взаимодействии в положительной фазе ранее рассмотренных-моментов, дейст вующих на шпинделе 12, преобразует этот момент сил инерции в силу удара.

Противоположное вращение водила

18 и шпинделя 12 способствует лучшей организации удара и повышению показателей процесса бурения в целом. В положительной фазе цикла момент сил инерции будет в какой-то мере тормоФормула изобретения

Вращателько-ударная бурильная головка, включающая электродвигатель, вращатель, шпиндель с хвостовиком, породоразрушающий инструмент и ударgg ный .механизм, выполненный в виде планетарного редуктора, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения долговечности бурильной головки, планетарный редуктор выполнен с косозубой солнечной шестерней, водилом с диаметрально расположенными пальцами, на которых посажены с возможностью свободного вращения косозубые неуравновешенные сателлиты,установленные на пальцах водила неподвижно в осевом направлении, а косозубая солнечная шестерня подпружинена с двух сторон относительно водила и жестко связана с бойком, который кинематически соединен со шпинделем посредством EJIHIloB