Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте

 

Изобретение относится к горной и строительной отраслям пром-сти и м. б. использовано для проходки скважин в грунте. Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода. В корпусе 1 размещены ударник 2 с окном 3 и полостью 4, воздухораспределительный узел со ступенчатым патрубком 5, ступенчатым стеблем и подвижной втулкой (В). Последняя образует совместно с патрубком 5 кольцевую полость (КП). Выполнена В составной из гильзы и кольца, связанных резьбовым соединением для регулирования энергии удара. В стебле выполнены продольные каналы для подачи сжатого воздуха в полость 4 и сообщения КП с атмосферой. Стебель удерживается в переднем положении пружиной 14. При подаче сжатого воздуха через стебель в камеру 8 прямого хода ударник 2 движется вперед и наносит удар по корпусу 1. При обратном ходе ударника 2 окно 3 совмещается с КП. В последней повышается давление. При этом В сдвигается вправо до упора. После выхода окна 3 в выхлопную камеру 9 давление в последней возрастает, а В перемещается влево. При этом удлиняется время выхлопа из камеры обратного хода и обеспечивается возможность проходки вертикальных скважин за счет удержания В в крайнем правом положении давлением воздуха в КП. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЧ! КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4319490/23-03 (22) 26. 10. 87 (46) 30. 06. 89. Бюл. Ф 24 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) В. А. Щербаков, Х. Б. Ткач и А.А.Махнев (53) 621.643.2:624.13(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N0 697649, кл. E 02 F 5/18, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 328240, кл. Е 02 F 5/18, 1969. (54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ РЕВЕРСИВНОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИИ ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН В ГРУНТЕ (57) Изобретение относится к горной и строительной отраслям пром-сти и м.б. использовано для проходки скважин в грунте, Цель изобретения — повышение эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода. В корпусе 1 размещены ударник 2 с окном 3 и полостью 4, о воздухораспределительный узел со ступенчатым патрубком 5, ступенчатым стеблем и подвижной втулкой (В). Пос„„SU„„1490231 А 1 (gg 4 Е 02 F 5/18, Е 21 В 7/26

2 ледняя образует совместно с патрубком 5 кольцевую полость (КП) . Выполнена В составной иэ гильзы и кольца, связанных резьбовым соединением для регулирования энергии удара. В стебле выполнены продольные каналы для подачи сжатого воздуха в полость.4 и сообщения КП с атмосферой. Стебель удерживается в переднем положении пружиной 14. При подаче сжатого воздуха через стебель 12 в камеру 8 прямого хода ударник 2 двжкется вперед и наносит удар по корпусу I. При обратном ходе ударника 2 окно 3 совмещается с КП. В последней повышается давление. При этом В сдвигается вправо до упора. После выхода окна 3 в выхлопную камеру 9 давление в последней возрастает, а В перемещается влево. При этом удлиняется время выхлопа из камеры обратного хода и обеспечивается возможность проходки вертикальных скважин за счет удержания В в крайнем правом положении давлением воздуха в КП. 5 з.п. ф-лы, 3 ил. 1490231

Изобретение относится к горной и строительной отрасли и может быть использовано для проходки скважин в грунте.

Цель изобретения — повышение эффективности работы эа счет повышения энергии удара в режиме прямого хода.

На фиг.l схематично изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг.2 — воздухораспределительный узел, разрез; на фиг.3 — вариант выполнения воздухораснределительного

I узла, разрез.

Устройство состоит иэ корпуса 1, 15 внутри которого размещен ударник 2 с окном 3 и полостью 4, в которой размещен ступенчатый натрубок 5, прикрепленный посредством амортизатора 6 к корпусу I Ударник 2 сов- 20 местно с корпусом 1 образует камеру

7 обратного хода, совместно с патрубком 5 — камеру 8 прямого хода, а совместно с корпусом 1, патрубком 5 и амортизатором 6 — выхлопную каме- 25 ру 9, которая через окна 10 a>:îðòèзатора соединена с атмосферой. На патрубке 5 установлен клапан 11, исключающий попадание грунта во внутреннюю полость устройства и одновре- 30 менно герметиэирующии "ыхлопную камеру 9, благодаря чему r момент сообщения ее с камерой 7 обратного хода происходит повышение давления сжатого воздуха, находяшегог; в зтой ка- 35 мере. Внутри патрубка 5 размещен подпружи.»енный ступенчатьп стебель 12 с кан,;лом 13. Стебель 12 « патрубок

5 образуют воэдухораснределительный узел. Продольный капа.. 13 сообщает 40 между собой цилиндрические грзверхности ."." г-:енсй большего и меньшего диаметрон с ебля 12. Между ступенчатыми патрубком 5 и стеблем 1? Установлена пружин, 4. «1а менг.шей ступени стеб- 45 ля 12 выполнено отверстие 15, смещенное зтноснтельно канала 13 на 90 . В о передней, асти большей ступени патрубка 5 выполнен кольцевой выступ

16, который совместно с подвижной ступ платой втулкой 17 образует сообщенную с атмосферой полость. Меньшая ступень 18 гитулки 17 размещена в проточке патрубка 5, на котором выполнен упор 19 для ограничения перемещения втулки 17. Ha большей ступени иатрузка 5 имеется окно 20, выходящее в полость 21, образованную перепил. торцом подшсжной ступенчатой «ч учкн 1 7, задним торцом кольцевого выступа 16 и цилиндрической поверхностью патрубка 5. К ступенчатому стеблю 12 в хвостовой его части прикреплен шланг

22 для подвода сжатого воздуха. В пе-редней части патрубка 5 закреплено эластичное кольцо 23. Возможна устанонка пружины 24 между патрубком 12 и ступенчатой подвижной втулкой 17.

Втулка 17 может быть выполнена составной из двух частей: гильзы 25 и жесткого кольца 26, соединенных между собой резьбой 7. Стебель 12 образует с патрубком 5 две кольцевые полости 28 и 29. Патрубок 5 выполнен с дополнительным радиальным каналом

30.,"!ополнительный радиальный канал

31 в теле ступенчатого стебля 12 может быть образован кольцевой проточкой 32, стенкой патрубка 5 и окном

33, соединяющим кольцевую проточку

32 и канал 13 стебля 12.

Устройство работае r следующим образом.

Режим прямого хода.

Стебель 12 находится в переднем положении и удерживается там пружиной 14. Окно 20 перекрыто ступенью большего диаметра стебля 12. При подаче сжатого воздуха по шлангу 22 и стеблю !2 в камеру 8 прямого хода ударник 2 движется вперед и в крайнем своем переднем положении наносит удар по корпус-, l. При этом окно

3 ударника 2 выходи " за передний торец ступени большего диаметра патрубка 5 и сжатый воздух из камеры 8 прямого хода через окно 3 ударника 2 поступает в камеру 7 обратного хода.

В обеих камерах устанавливается одинаковое давление сжатого воздуха, однако из-за разных площадей ударника 2, выходящих в камеру 7 и 8, возникает сила, сдвигающая ударник 2 в направлении хвостовой части корпуса 1. После перекрытия окна 3 ударника 2 стенками ступени большего диаметра патрубка 5 сжатый воздух в камеру 7 не поступает. Ударник 2 продолжает свое движение в сторону хвостовой части корпуса эа счет расширения сжатого воздуха в камeðå 7. Когда окно 3 ударника 2 совместится с кольцевой полостью 18, то в последней повышается давление сжатого воздуха, под действием которого ступенчатая втулка

)7 сдвинется в крайнее правое положение,ограниченное упором 19 патрубка

1490231

40

5. После того как окно 3 ударника 2 выйдет на заднюю торцовую кромку втулки 17, произойдет выхлоп сжатого воздуха из камеры 7 в камеру 9 и через канал 10 амортизатора 6 в атмосферу. При выхлопе клапан 11 отожмется пропустив поток сжатого воздуха. В камере 7 давление сжатого воздуха упадет и практически станет равным атмосферному. Под действием сжатого оэдуха, находящегося в камере 8, ударник 2 пойдет вперед. При выхлопе сжатого воздуха из камеры 7 в камеру 9 в последней повысится давление, которое будет воздействовать на всю торцовую поверхность втулки 17. Полость 18 постоянно соединена с атмосферой через окно 20 патрубка и канал 13 стебля 12. В силу того, что сечение кана ла 13 меньше проходного сечения окна

3 ударника 2, то в момент сообщения окна 3 с полостью 18 в последней поднимается давление сжатого воздуха, благодаря которому происходит осевое смещение втулки 17 При движении ударника 2 в сторону хвостовой части корпуса 1 окно 3 перекрывается втулкой 17 и в полость 18 сжатый воздух не поступает ° Однако через канал 13 он постоянно из полости 18 истекает и в кочечном итоге давление воздуха в полости 18 становится близким к атмосферному. Поэтому при подъеме давления в камере 9 во время выхлопа сжатого воздуха из камеры 7 втулка

17 смещается вперед, занимая крайнее переднее положение. При движении ударника 2 вперед под действием сжатого воздуха в камере 9 на части пути камера 7 через окно 3 будет сообщена с камерой 9, т.е. сжатия воздуха в камере 7 на этой части цикла не будет, и следовательно, уменьшится сопротивление воздуха со стороны камеры 7, действующей на ударник 2.

Под действием давления воздуха в камере 8 ударник 2 будет набирать кинетическую энергию большую, чем в случае, если бы возрастало сопротивление, препятствующее его движению.

После того как окно 3 ударника 2 зайдет эа кромку втулки 17, в камере 7 будет происходить сжатие воздуха, которое будет оказывать сопротивле— ние движущемуся ударнику 2. В переднем положении ударник 2 нанесет удар по корпусу 1 и в то же время откроется окно 3 ударника 2 (оно выйдет за передний торец патрубка 5) и сжатый воздух из камеры 8 через окно 3 ударника поступит в камеру 7. Цикл повторится аналогично описанному. Сжатый воздух, просочившийся через зазоры между контактирующими поверхностями патрубка, ударника и втулки, в полость, образованную торцовыми стенками патрубка 5 и втулки 17, через радиальные каналы 30 и 31 патрубка 5 и стебля 12 и канал 13 удаляется в атмосферу. Для повышения надежности удаления просочившегося в полость сжатбго воздуха канал 31 стебля 12 целесообразно выполнять в виде кольцевой проточки 32 и окна 33. В этом случае при случайном развороте стебля кольцевая проточка 32 обеспечит надежное соединение между собой каналов 13 стебля 12 и 30 патрубка 5.

Движущийся ударник 2 в том или ином направлении способствует перемещению втулки 17, т.е. направления их движения совпадают и возникающие между их контактирующими поверхностями силы трения способствуют осуI ществлению нужного цикла.

Возможно использование дополнительной пружины 24, которая после снижения давления сжатого воздуха в полости 21 способствует перемещению втулки 17 в исходное положение ° Выполнение втулки 17 составной, позволяет регулировать энергию удара эа счет изменения длины втулки 17. Кроме того, упрощает отладку конструкции. При увеличении длины втулки 17 будет уменьшаться продолжительность сообщения камеры 7 с атмосферой, что уменьшит энергию удара. Обратное действие, т.е. уменьшение длины втулки 17 приведет к увеличению энергии удара за счет увеличения продолжительности сообщения камеры 7 с атмосферой.

Режим обратного хода.

Для перевода устройства с работы прямого хода на обратный необходимо натянуть шланг 22. При этом ступенчатый стебель 12 смешается в осевом направлении, снимая пружину 14 и занимая крайнее заднее положение, где удерживается давлением сжатого воздуха, поступающеro через образовавшийся зазор между цилиндрическим выступом 16 и эластичным кольцом 2 3 в полость 28. Полость 29 отсечена от

1490231

35 магистрали, так как выход отверстия

15 перекрыт внутренней поверхностью патрубка 5. При подаче сжатого воздуха он поступает в камеру 8 и через окно 3 в камеру 7, возвращая ударник в заднее положение. Проходя окном 3 над полостью 18, сжатый воздух дополнительно поступает в камеру 7 через окно 20 патрубка 5 и полость 18, которые постоянно сообщены с магистралью (в режиме обратного хода). Происходит дополнительная подача сжатого воздуха в камеру 7, которая в процессе движения ударника 2 увеличила 15 свой объем. Больший объем поступившего воздуха забрасывает ударник 2 на большее расстояние. Это расстояние соответствует размещению задней наковальни, по которой ударяет ударник 2, 20 это гайка, которая ввинчивается в корпус или кольцевые выступы в хвостовой части корпуса, После выхода окна 3 ударника 2 за заднюю кромку втулки 17 происходит выхлоп сжатого 25 воздуха иэ камеры 7. Однако в силу того, что ударник 2 получил большую кинетическую энергию за счет большего объема камеры 7 и более продолжительного сообщения ее с магистралью ударник 2 по инерции пройдет больший путь, чем в режиме прямого хода и ударит по хвостовой части корпуса 1, следствием, чего является смена направления ударного импульса. После этого ударник 2 движется вперед до момента, когда окно 3 сообщится с полостью 18 и сжатый воздух поступит в камеру 7, где он будет тормозить ударни,с 2. В связи с тем, что впуск 40 сжатого воздуха в камер., 7 произошел раньше, чем в режиме прямого хода, ударник затормозится сжатым воздухом камеры 7, исключив его касание с передним внутренним торцом корпуса 1. 45

Под действием этого воздуха он затем будет смещен r. обратном направлении до нанесения удара по хвостовой части корпуса 1. Цикл будет повторен. Обычно в режиме обратного хода окно 3 ударника 2 не выходит за переднюю торцовую кромку ступени большего диаметра патрубка 5. В режиме прямого хода воздухораспределением управляют крайние кромки патрубка 5 и втулки

17, а в режиме обратного хода — кромки втулки 17 (передняя и задняя).Во втором случае длина между воздухораспределительными кромками меньше, а впуск сжатого воздуха в камеру 7 осуществляется раньше и в связи с большим объемом камеры 7 среднее дав. ление сжатого воздуха будет больше.

Все эти факторы приведут к тому, что удара на передней части корпуса не будет, но появится удар по хвостовой части корпуса, что и соответствует смене режима работы устройства.

Для перевода с обратного хода на прямой необходимо отключить подачу сжатого воздуха в устройство. Под действием пружины 14 стебель 12 займет переднее положение, показанное

»а фиг.1-3. Эластичное кольцо 23, контактируя с выступом стебля 12, исключит поступление сжатого воздуха в полость 28. Окно ?О патрубка 5 будет перекрыто ступенью большего диаметра стебля 12. Просочившийся через зазоры сжатый воздух из полости 21 через окно 20 патрубка 5 и канал 13 стебля 12 будет удаляться в атмосферу. При подаче сжатого воздуха ударник 2 начнет двигаться возвратнопоступательно, нанося удары по передней части корпуса, что и характеризирует режим работы прямого хода.

Таким образом применение предлагаемого устройства позволит повысить скорость проходки скважины за счет повышения энергии удара без увеличения расхода сжатого воздуха. При этом можно, не меняя энергию удара, уменьшить расход сжатого воздуха.

Формул а изобретения

1. Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с размещенным в нем ударником с полостью и окном в хвостовой части, воздухораспределительный узел в виде патрубка с упорами с окном и проточкой на ступени большего диаметра и втулки, размещенной на внешней поверхности патрубка, амортиз атор с каналами и шланг для подвода сжатого воздуха, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет повышения энергии удара в режиме прямого хода, оно снабжено ступенчатым стеблем, размещенным внутри патрубка, при этом последний выполнен ступенчатым, а втулка размещена с возможностью осевого перемещения на ступени боль10

1490231 взаимного осевого перемещения и фикУстройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно выполнено с пружиной, размещенной между втулкой и патрубком.

4. Устройство по пп.l-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что втулка выполнена составной иэ двух частей, связанных между собой с возможностью

Фиг. 2

Л О

Составитель С.Робатень

Техред М. Ходанич Корректор Л.Козориз

Редактор IO.Середа

Заказ 3678/33 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 шего диаметра патрубка и образования между ней и патрубком полости.

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что ступенчатый стебель выполнен с продольным каналом, сообщающим поверхности его ступеней между собой для сообщения с атмосферой полости между втулкой и патрубком через окно патрубка в переднем положении стебля. сации.

5. Устройство по пп.l 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что патрубок

5 и стебель выполнены с дополнителыыми радиальными каналами, которые в переднем положении стержня совмещены между собой, причем канал патрубка выполнен с возможностью сообщения поверхности проточки с внутренней поверхностью патрубка, а канал стебля выполнен с воэможностью сообщения поверхности его меньшей ступени с

f 5 продольным каналом °

6. Устройство по пп.1-3 и 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительный радиальный канал ступенчатого стебля выполнен в виде кольце20 вой проточки на наружной поверхности стебля и окна.