Буровой станок

 

Изобретение относится к горному оборудованию. Цель - повышение производительности. Буровой станок включает корпус 1, приводной двигатель 2, породоразрушающий инструмент 3 с хвостовиком 4, связанным с инерционной трансмиссией привода вращения. Последняя включает ведущий элемент 5, неуравновешенные сателлиты (С)6, связанные через оси 7 с элементом 5, и ведомый элемент, выполненный в виде полого вала 8, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен боек 30. Боек 30 жестко соединен с солнечной косозубой шестерней (Ш)31, которая находится в зацеплении с неуравновешенными косозубыми С 29. На Ш31 опираются и пружины 32, имеющие опору на водило 33 и элемент 5. Шлицевым соединением боек 30 связан с наружной обоймой 10 механизма свободного хода. Наружная обойма 10 соединена с породоразрушающим инструментом 3. Грузы С 29 размещены диаметрально противоположно грузам С6. Двигатель 2 приводит во вращение элемент 5 с неуравновешенными С6 и 29. При вращении С6 вокруг Ш9 и С29 вокруг Ш31 на вал 8 и боек 30 действуют знакопеременные вращающие моменты. С увеличением момента сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3 и увеличение энергии удара. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5р4 Е 21 В 3 02

В .ЕСОЮЗНМЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

flPH ГКНТ СССР

1 (61) 1004596 (21) 4322334/23-03 (22) 02. 11. 87 (46) 30. 08,89. Бюл. 32 (71) Горловский филиал Донецкого политехнического института (72) В.Г.Белоглазов, В.М.Жовтый, А.В. Куница, И.В.Рязанов и Б.М.Шмаков (53) 622.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 1004596, кл. Е 21 В 3/02, 1981. (54) БУРОВОЙ СТАНОК (57) Изобретение относится к горному оборудованию. Цель — повьппение производительности. Буровой станок включает корпус 1, приводной двигатель 2, породоразрушающий инструмент

3 с хвостовиком 4, связанным с инерционной трансмиссией привода вращения. Последняя включает ведущий элемент 5, неуравновешенные сателлиты (С) 6, связанные через оси 7 с элементом -5, и ведомый элемент, выполненный в виде полого вала 8, внутИзобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым станкам.

Цель изобретения — повьппение производительности бурения.

На чертеже изображена кинематическая схема бурового станка.

Буровой станок состоит из корпуса 1, приводного двигателя 2, породоразрушающего инструмента 3 с хвостовиком 4, который связан с инерциоь

„SU„„1504322 A 2

2 ри которого с возможностью осевого перемещения размещен боек 30. Боек

30 жестко соединен с солнечной косоэубой шестерней (Ш) 31, которая находится в зацеплении с неуравновешенными косозубыми С 29 ° На Ш 31 опираются и пружины 32, имеющие опору на водило 33 и элемент 5. Илицевым соединением боек 30 связан с наружной обоймой 10 механизма свободного хода.

Наружная обойма 10 соединена с породораэрушающим инструментом 3, Грузы

С 29 размещены диаметрально противоположно грузам С 6. Двигатель 2 приводит во вращение элемент 5 с неуравновешенными С 6 и 29. При вращении

С 6 вокруг L 9 и С 29 вокруг Ш 3 1 на вал 8 и боек 30 действуют знакопеременные вращающие моменты. С увеличением момента сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3 и увеличение энергии удара. 1 ил. ной трансмиссией привода вращения, состоящей иэ ведущего элемента 5, неуравновешенных сателлитов 6, связанных через оси 7 с ведущим элементом

5, ведомого элемента 8, выполненного в виде полого вала, соединенного за одно целое с солнечной шестерней 9, находящейся в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 6, двух механизмов свободного хода (МСХ), причем нарукная обойма 10 одного из них сое3 1504322 динена с хвостовиком 4 кулачковой муфтой, обеспечивающей жесткую связь хвостовика 4 и обоймы 10 в окружающем направлении и возможность перемеще5 ния хвостовика 4 отнбсительно обоймы

10 в осевом (линейном) направлении в определенных пределах (обычно, не более 10...12 мм), а наружная обойма

11 другого механизма свободного хода через шестерни 12, 13 соединена с задающим устройством 14, выполненным, например, в виде регулировочного насоса с регулируемым сопротивлением на выходе. При этом обе наружные 15 обоймы 10 и 11 МСХ снабжены тормозными устройствами 15 и 16 с автономными приводами, а внутренние обоймы 17 и

18 МСХ жестко установлены на ведомый элемент 8 импульсатора и соединены 20 с механизмом подачи породораэрушающего инструмента. Этот механизм содержит шестерню 19, гайку 20 и ходовой винт 21. Регулятор механизма подачи выполнен в виде дифференциального ме- 25 ханизма, включающего центральные колеса 22 и 23, связанные с наружными обоймами 10 и 11 МСХ пульсатора, сателлиты 24, водило 25, связанное через зубчатый венец 26 с механизмом 30 подачи, механизма свободного хода, внутренняя обойма 27 которого соединена с наружной обоймой 11 противоположно направленного ему механизма свободного хода импульсатора, а на- 35 ружная обойма 28 — с корпусом 1 бурового станка, Косозубые неуравновешенные сателлиты 29, как и неуравновешенные сателлиты 6, связаны через оси 7 с ведущим элементом 5. Причем 4р сателлиты 6 и 29 посажены на оси 7 неподвижно вдоль последних и имеют свободу в окружном направлении, а грузы неуравновешенных сателлитов

29 размещены диаметрально противопо45 ложно грузам неуравновешенных сателлитов 6. Боек 30 жестко соединен с солнечной косоэубой шестерней 31, которая в зацеплении с неуравновешенными косозубыми сателлитами 29 и на которую опираются пружины 32. Пружины 32 имеют опору на водило 33 и ведомый элемент 5, причем боек 30 связан с наружной обоймой 10 МСХ шлицевьм соединением, подвижным в осрВАМ направлении.

Буровой станок работает следующим образом.

Двигатель 2 приводит во вращение ведущий элемент 5 с неуравновешенными сателлитами 6 и 29. Прн вращении неуравновешенных сателлитов 6 вокруг солнечной шестерни 9, закрепленной на полом валу 8, и вращении неуравновешеннь:х сателлитов 29 вокруг солнечной шестерни 31, закрепленной на бойке 30, на вал 8 и боек 30 действуют энакопеременные вращающие моменты, закон изменения которых носит синусоидальный характер с периодом, равным времени одного оборота неуравновешенных сателлитов 6 и 29 относительно собственной оси вращения. Знакопеременный вращающий момент, действующий со стороны неуравновешенных сателлитов 6 на солнечную шестерню

9 и вал 8, в зависимости от положения ведущего элемента 5 и вала 8 разгоняет последний до угловой скорости наружных обойм 10 и 11, которые могут вращаться и в процессе работы вращаются только в разные стороны. При этом импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в сторону вращения ведущего элемента

5, считается положительным, импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в противоположную сторону, - отрицательньм. В положительной фазе цикла импульс энакопеременного момента, действующий на вал 8, со стороны неуравновешенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в отрицательной фазе предыдущего цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы

10, включение механизма свободного хода, совместный разгон вала 8 с наружной обоймой 10 и передачу вращающего момента через хвостовик 4 породораэрушающему инструменту 3. Одновременно при вращении сателлитов 6 вокруг солнечной шестерни 9 вращаются и неуравновешенные косозубые сателлиты 29 вокруг солнечной шестерни

31, закрепленной на бойке 30, на который также действует знакопеременный вращающий момент. Положительному импульсу знакопеременного вращающего момента импульсатора соответствует отрицательный импульс, создаваемый неуравновешенными сателлитами 29, и наоборот. Импульсы энакопеременных моментов на обойме 10 и бойке 30 должны быть противоположно

5 15043 направлены, что необходимо для лучшей организации удара, численное значение момента положительного импульса импульсатора должно быть в несколько

5 (3-5) раз больше отрицательного импульса момента, создаваемого неуравновешенными косозубыми сателлитами

29. Тогда при вращении обоймы 10 в положительной фазе цикла на боек 10

30 действует момент, в несколько раэ больший, чем противоположно направленный отрицательный импульс момента, созданный, косоэубыми неуравновешенными сателлитами 29. 15

Таким образом, в этом случае момент на бойке 30 в отрицательной фазе не может реализоваться во вращательное движение и за счет косоэубого зацепления весь входной момент пре- 20 образуется в силу удара, посредством которой боек 30 будет наносить удар по хвостовику 4, что способствует увеличению производительности бурения шпуров в твердых породах. Одновременно с обоймой 10 вращается колесо 22 дифференциального механизма. В этой фазе цикла наружная обойма 11, вращаясь по инерции, приводит во вращение связанное с ней центральное колесо 23 дифференциального механизма.

Разность скоростей центральных колес

22 и 23, вращающихся в разные стороны, обусловливает переносное движение сателлитов 24 и водила 25 дифференциального механизма с определенной угловой скоростью. Водило 25 жестко соединено с зубчатым венцом 26, который приводит в действие через шестерню 19 гайку 20, перемещая ее вместе с корпусом 1 относительно непод40 вижного винта 21 подачи, обеспечивая подачу породоразрушающего инструмента 3 в рабочую зону, В отрицательной фазе цикла импульс знакопеременного вращающего момента, действующий на вал 8 со стороны неуравновешенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в положительной фазе цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы 11, после включения МСХ совместный разгон вала 8, наружной обоймы 11 и связанных с ней шестерни 12 и центрального колеса 23 дифференциального механизма, С шестерни 12 импульс знакопеременного вращающего момента череэ шестерню 1: передается на задающее устройство

14. В этой же фазе цикла наружная обойма 10 и связанные с ней хвостовик 4 с породораэрушающим инструментом 3 и центральное колесо 22 вращаются по инерции до тех пор, пока импульс знакопеременного вращающего момента, действующий со стороны неуравновешенных косозубых стателлитов

29, не изменит знак на противоположный. Тогда направление действия момента совпадает с направлением вращения обймы 10, т.е, ее вращение уже будет осуществляться бойком 30, который будет двигаться в осевом направ" ленни, возвращаясь в исходное положение. Разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23, как и прежде, определяет действие механизма подачи, обеспечивая и в этой фазе цикла подачу породораэрушающего инструмента 3 в рабочую зону. Так распределяются положительные и отрицательные импульсы вращающего момента и осуществляется работа инерционного привода при определенных величинах моментов сил сопротивления на породораэрушающем инструменте 3, обусловленных физико-механическими свойствами буримой породы.

При этом связанное с наружной обоймой 11 через шестерни 12 и 13 задающее устройство 14 создает сопротивление вращению обоймы 11, которое может регулироваться по величине, например, путем принудительного изменения сопротивления на выходе гидравлического насоса. Автоматическое распределение мощности приводного двигателя между движениями вращения породораэрушающего инструмента 3 и его подачи механизмом подачи в зависимости от физико-механических свойств буримой породы обеспечивается тем, что величина положительного и отрицательного импульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных сателлитов

6 на ведомый элемент 8, и величина отрицательного и положительного им пульсов энакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных косоэубых сателлитов

29 на боек 30,тем больше, чем скорость сателлитов 6 и 29 относительно ведущего элемента 5, которая зависит отвеличины момента сил сопротивления на породоразрушающем инструмен1504322 те 3; наружные обоймы 1О и 11 MCX импульсатора соединены между собой через дифференциальный механизм, а водило 25 дифференциального механизма кинематических связано с механизразности скоростей центральных колес

22 и 23 и уменьшению угловых скоростей водила 25, зубчатого венца 26, шестерни 19 и гайки 20, в результате чего уменьшается величина подачи

25 породоразрушающего инструмента 3, Одновременно происходит уменьшение угловой скорости вала 8 в направлении действия положительного импульса энакопеременного вращающего момента импульсатора, а также уменьшение угловой скорости бойка 30 в направлении действия отрицательного импульса знакопеременного вращающего момента ударника и увеличение относительных скоростей 6 35 во время отрицательной фазы цикла им" пульсатора и сателлитов 29 во время положительной фазы цикла ударника °

Вследствие этого увеличивается положительный импульс момента импульсато- 40 ра и отрицательный импульс ударника, что необходимо для пр юдоления моментов сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3, т,е. увеличивается крутящий момент и параметры - 45 удара на породоразрушающем инструмен" те 3, в результате обеспечивается более высокая производительность бурового станка. При этом увеличение относительных скоростей неуравнове- 50 шенных сателлитов 6 и 29 во время соответствующих фаэ циклов пропорционально увеличению момента сил сопротивления, причем каждому значению момента сил сопротивления соответствуют определенные значения относительных скоростей неуравновешенных сателлитов 6 и 29 и величины импуль55 мом подачи породораэрушающего инструмента 3; наружная обойма 10 МСХ, пе" редающая вращение породоразрушающеу инструменту 3, связана с бойком 30 шпицевым соединением, подвижным в со осевом направлении, Так, например, увеличение момента сил сопротивления на породоразрушающем инструменте 3 приводит к уменьшению угловой скорос- 15 ти наружной обоймы 10 и связанного с ней центрального колеса 22 дифференциального механизма, а угловая ско" рость наружной обоймы 11 и связанного с ней центрального колеса 23 возрастает, что приводит к уменьшению сов соответствующих знаков энакопеременных вращающих моментов, создаваемых импульсатором и ударным механиз— мом.

С увеличением момента сил сопротивления на породораэрушающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3, увеличение знакопеременного вращающего момента на нем и увеличение параметров (энергии) удара.

Увеличенная ударная нагрузка позволяет породоразрушающему инструменту в внедриться в породу .на большую глубину ° В результате этого происходит значительно большее разрушение породы (скалывание, смятие), чем при статическом воздействии на породораэрушающий инструмент, а также разрушение еще неразрушенной горной породы (образование трещин, отслаивание), тем самым снижается крепость породы.

Поэтому возросший вращающий момент обеспечивает более эффективное резание породы эаглубленным инструментом.

При этом уменьшается величина подачи породоразрушающего инструмента, С уменьшением величины подачи прогрессирующее падение угловой скорости породоразрушающего инструмента Э прекращается, что приводит к выходу инерционного привода бурового станка на новый установившийся режим работы с локализацией изменений скоростных и силовых параметров в определенной области, определяемой сопротивлением породы и задающего устройства. При значительном увеличении момента сил сопротивления на породораэрушающем инструменте 3 значения положительного импульса знакопеременного вращающего момента импульсатора и отрицательного импульса энакопеременного вращающего момента ударника макси-мально возрастают, т.е. вращающий момент и показатели (энергия) удара на породоразрушающем инструменте Э достигают своих максимальных значений, которые может обеспечить привод бурового станка. Если же и после этого момент сил сопротивления будет не преодолен на породораэрушающем инструменте 3, то разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23 станет равной нулю, что соответствует режиму работы инерционного привода с нулевой подачей породоразрушающего

1504322

Формула изобретения

Буровой станок по авт. св.

11 1004596, отличающийся

Составитель М.Неснова

Техред А. Кравчук

Корректор М. Васильева

Редактор Л.Веселовская

Заказ 5224/32 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101 инструмента 3. Момент наступления этого режима, а также соответствующие ему величины скоростных и силовых параметров на породоразрушающем ин5 струменте 3 и механизме подачи зависит от сопротивления породы и задающего устройства 14, которое создает сопротивление вращению наружной обоймы 11, Сопротивление задающего устройство должно быть отрегулировано так, чтобы режим работы цикла с нулевой подачей породоразрушающего ин-. струмента 3 наступал при кинематическом передаточном числе (отношение 15 числа оборотов породоразрушающего 3 к числу оборотов вала двигателя 2), соответствующем минимально допустимому КПД при работе рассматриваемого привода. 20 тем, что, с целью повышения проиэво; дительности бурения, он снабжен ударным механизмом, выполненным в виде импульсатора, содержащего установленные иа осях сателлитов инерционной трансмиссии вращения водило и косоэубые неуравновешенные сателлиты, связанные с косозубой солнечной шес" терней, которая жестко связана с бой ком и подпружинена относительно водила и ведущего элемента инерционной трансмиссии привода вращения, причем ведомый элемент последнего выполнен в виде полого вала, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещен боек, который связан посредством шлицевого соединения с наружной обоймой механизмв свободного хода, соединенной с породоразрушающим инструментом, а грузы на сателлитах инерционной трансмиссии привода вращения и косоэубых неуравновешенных сателлитах расположены диаметрально противоположно.