Ударник бурильной машины

 

Изобретение относится к конструкциям ударников, применяемых в механизмах ударного, ударно-поворотного, ударно-вращательного действия для генерирования упругих волн сжатия в волноводах. Позволяет повысить долговечность соударяющихся поверхностей при одновременном повышении эффективности передачи кинетической энергии бойка волноводу. Для этого в ударнике, включающем генерирующую часть с образующей боковой поверхностью, ограниченной воспринимающим и выпуклым ударным торцами, последний выполнен в виде поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси бойка плоской кривой, являющейся частью эллиптической лемнискаты Бута с отношением коэффициентов а/b = 0,7 ... 0,8, где а и b - коэффициенты эллиптической лемнискаты Бута. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к конструкциям ударников, применяемых в механизмах ударного, ударно-поворотного, ударно-вращательного действия для генерирования упругих волн сжатия в волноводах.

Известен ударник [1, стр. 343 рис. 195], имеющий торцевую генерирующую поверхность, выполненную в виде шарового сегмента с радиусом R₁ [там же, стр. 347, 9 строка сверху].

Данная конструкция ударника имеет принципиальный недостаток, заключающийся в том, что выполнение ударного торца в виде шарового сегмента приводит к быстрому разрушению как ударяемого тела, так и тела, воспринимающего удар, так как контакт соударяющихся тел с закругленными торцами начинается в точке и очень медленно переходит в площадку по мере упругого деформирования тел.

Более близкой к предлагаемому изобретению является конструкция ударника [2], содержащая выпуклый ударный торец, выполненный в виде поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси бойка укороченной циклоиды.

Такая форма ударного торца обеспечивает более интенсивный рост площади контакта ударяемого торца, имеющего переменную кривизну, при его взаимодействии с волноводом в сравнении с формой ударного торца, выполненного в виде шарового сегмента.

Однако и эта конструкция ударника имеет недостаток, заключающийся в том, что участок контакта укороченной циклоиды с волноводом мало отличается от окружности, вписанной в циклоиду, что не приводит к высокоэффективной передаче кинетической энергии ударника волноводу. Задача изобретения состоит в повышении долговечности соударяющихся поверхностей при одновременном повышении эффективности передачи кинетической энергии бойка волноводу.

В предложенном техническом решении отмеченный недостаток устраняется тем, что выпуклый ударный торец ударника выполнен в виде поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси бойка плоской кривой, являющейся частью эллиптической лемнискаты Бута с отношением коэффициентов a/b=0,7... 0,8, где а и b - коэффициенты эллиптической лемнискаты Бута.

Известно, что плоская алгебраическая кривая 4-го порядка, называемая лемнискатой Бута [3, том 1, стр. 566], описывается уравнением в прямоугольных декартовых координатах в виде: (x²+y²)²+(2m²+n)x²+(2m²-n) y²=0, (1) где m и n - коэффициенты.

Если < 2m, то лемниската Бута называется эллиптической, если > 2m - гиперболической. Уравнение эллиптической лемнискаты Бута в полярных координатах имеет вид: ρ²= a²cos²ϕ+b²sin²ϕ, (2) где а и b - коэффициенты эллиптической лемнискаты.

Выполнение торца ударника по поверхности, являющейся поверхностью вращения части эллиптической лемнискаты Бута, позволяет обеспечить при ударе о волновод более интенсивное нарастание площади соприкосновения взаимодейстсвующих элементов. Отношение коэффициентов выбирается равным а/b=0,7... 0,8.

Конструкция предлагаемого ударника показана на фиг. 1, а на фиг. 2 - форма эллиптической лемнискаты Бута с отношением коэффициентов а/b = 0,7... 0,8. Отношение коэффициентов а/b= 0,7...0,8 выбрано таким потому, что при а/b<0,7 форма части лемнискаты Бута, используемая для ударной поверхности бойка, мало отличается от формы укороченной циклоиды; при а/b>0,8 лемниската в этой части становится вогнутой. Линия 1 (фиг. 1) - кривая, образованная частью лемнискаты Бута. Там же, для сравнения, приведен торец ударника, ограниченный частью укороченной циклоиды - 2. Очевидно, что площадь контакта ударного торца, выполненного по лемнискате Бута, при его взаимодействии с воспринимающим торцом волновода возрастает гораздо интенсивнее, чем площадь торца, выполненного по укороченной циклоиде. Из фиг. 1 видно, что нарастание сечения при использовании лемнискаты происходит на величине осевого смещения h₁ много меньшего h₂.

Боек, изображенный на фиг. 1 с ударным торцом, образованным вращением вокруг продольной оси бойка части лемнискаты Бута с отношением коэффициентов а/b = 0,7...0,8, работает следующим образом.

Усилие, приложенное к воспринимающему торцу 3, разгоняет боек для удара. Кинетическая энергия бойка преобразуется генерирующей частью 1 в продольные колебания, которые передаются в волновод. Предлагаемая форма ударного торца позволяет увеличить коэффициент передачи кинетической энергии бойка в волновод при сохранении стабильности результатов удара.

Используемые источники: 1. Иванов К. И., Варич М.С., Дусев В.И., Андреев В.Д. "Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых". М., "Недра", 1974.

2. Авторское свидетельство N 2041792, кл. 6 В 25 D 17/02, бюл. N 23 20.08.95 г.

3. Математическая энциклопедия. М., "Советская энциклопедия", 1977 г.

Формула изобретения

Ударник бурильной машины, включающий генерирующую часть с образующей боковой поверхностью, ограниченную воспринимающим и выпуклым ударным торцами, отличающийся тем, что выпуклый ударный торец ударника выполнен в виде поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси бойка плоской кривой, являющейся частью эллиптической лемнискаты Бута с отношением коэффициента a/b = 0.7 ... 0.8, где a и b - коэффициенты эллиптической лемнискаты Бута.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2