Пневматическое реверсивное ударное устройство для проходки скважин в грунте

 

Изобретение относится к строительной и горной технике и предназначено для устройств ударного действия, применяемых для проходки скважин в грунте. Использование его повысит надежность работы устройства за счет того, что уменьшается вероятность самореверсирования, так как для этого необходимо приложить дополнительный вращающий момент. Это достигается за счет того, что в пневматическом реверсивном ударном устройстве для проходки скважин в грунте, содержащем размещенный в цилиндрическом корпусе подвижный ударник с окнами и полостью, в которой расположен ступенчатый патрубок с продольным каналом, средство крепления патрубка к цилиндрическому корпусу, ограничитель поворота патрубка, согласно изобретению ограничитель поворота патрубка имеет подпружиненный фиксатор, закрепленный во втулке средства крепления патрубка с возможностью размещения и контактирования с двумя основными лысками, выполненными на ступени патрубка меньшего диаметра со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси ступенчатого патрубка на расстояние, соответствующее перемещению ударника при режимах прямого и обратного ходов устройства. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области строительной и горной техники и предназначено для устройств ударного действия, применяемых, например, для проходки скважин в грунте, Известно пневматическое реверсивное устройство по патенту ФРГ N 2340751, кл. E 21 B 7/26, опубл. в 1981 г., содержащее корпус, ударник с окнами и полостью, ступенчатый патрубок с выступами и углублениями на ступени меньшего диаметра, фланец с отверстиями и пазами, шариковый фиксатор с тросом и шланг для подачи сжатого воздуха. Для реверсирования нужно натянуть трос, освободить фиксатор, затем повернуть патрубок так, чтобы его выступы совместились с пазами фланца, и под действием сжатого воздуха выступы патрубка входят в пазы фланца, совмещаясь в осевом направлении.

Недостатками такого устройства являются: а) сложность процесса реверсирования, связанная с тем, что необходимо одновременно натянуть трос для освобождения фиксатора и вращать шланг, б) невозможность дистанционного переключения с режима обратного хода на прямой, в) невозможность переключить режим работы устройства без отключения подачи сжатого воздуха.

Известно также пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте по авт. свид. СССР N 482103, кл. E 02 F 15/18, 1977 г., являющееся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, включающее корпус, в хвостовой части которого закреплен фланец, ударник, размещенный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, патрубок с осевым каналом и винтовой нарезкой, образующий камеру переменного объема, и закрепленный во фланце посредством амортизирующей эластичной муфты c воздухопропускными каналами. Между эластичной муфтой с воздухопропускными каналами и патрубком установлена винтовая втулка с торцевыми выступами, взаимодействующими в крайних положениях с упорами, смонтированными на патрубке.

Такая конструкция пневматического ударного устройства повышает надежность реверсирования хода устройства за счет ограничения поворота и осевого смещения патрубка, а также за счет исключения его заклинивания в крайних положениях, характеризующих прямой или обратный режим работы устройства.

Недостатком известного устройства является возможность его самопереключения с одного режима работы на другой или работа не в оптимальном режиме, когда окно ударника частично перекрывается большей ступенью патрубка из-за самопроизвольного разворота и осевого смещения (как следствие разворота) патрубка. Это связано с тем, что при пробивке скважины шланг может скручиваться. Кроме того, возможен поворот устройства в грунте при встрече с различными включениями, находящимися в грунте, или при проходке скважин в неоднородном грунте. В этом случае возникает вращающий шланг момент, стремящийся развернуть патрубок. В зафиксированном положении его удерживают силы трения, создаваемые пружиной (сила при этом действует вдоль продольной оси патрубка). Иногда момент вращения превышает силу трения и в этом случае происходит самопереключение с одного режима работы на другой. Кроме того, оператор иногда забывает распрямить шланг, что приводит к образованию момента вращения, соизмеримого с моментом, необходимым для переключения. Минимальный вращающий момент приводит к переключению.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы реверсивного механизма, а следовательно, и устройства в целом за счет создания дополнительных сил, удерживающих патрубок в нужном положении, определяющем прямой или обратный ход устройства.

Это достигается за счет того, что в пневматическом реверсивном ударном устройстве для проходки скважин в грунте, включающем размещенный в цилиндрическом корпусе подвижный ударник с окнами и полостью, в которой расположен ступенчатый патрубок с продольным каналом, средство крепления патрубка к цилиндрическому корпусу, имеющее выхлопные каналы и выполненное в виде втулки с размещенным в ней амортизатором, ограничитель поворота патрубка, который выполнен с возможностью контактирования с элементами фиксации, выполненными на ступени патрубка меньшего диаметра со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси ступенчатого патрубка на расстояние, соответствующее перемещению ударника при режимах прямого и обратного ходов устройства, согласно изобретению, ограничитель поворота патрубка имеет подпружиненный фиксатор, закрепленный во втулке средства крепления патрубка с возможностью размещения и контактирования с элементами фиксации, которые выполнены в виде двух основных лысок на ступени патрубка меньшего диаметра, при этом ступенчатый патрубок подпружинен, а пружина размещена между втулкой средства крепления патрубка и торцевой поверхностью его ступени большого диаметра.

Таким образом, уменьшается вероятность самопереключения с одного режима работы устройства на другой, что повышает надежность его работы.

Целесообразно ступень патрубка меньшего диаметра выполнять с двумя дополнительными лысками, смещенными относительно основных на 180^o. Такое выполнение устройства повышает надежность его работы, так как фиксатор симметричен относительно продольной оси, а следовательно, исключается возникновение асимметричных сил, могущих его заклинивать.

Целесообразно подпружиненный фиксатор выполнять в виде подковы, средней частью закрепленной к втулке средства крепления патрубка. Такое выполнение устройства обеспечивает создание одинакового момента при переключениях с одного режима работы на другой, что повышает надежность переключения в любом положении патрубка.

Целесообразно при этом подпружиненный фиксатор закреплять со стороны переднего или заднего торца втулки средства крепления патрубка. Такое выполнение конструкции устройства обеспечивает доступность сборки (разборки) и возможность контроля за состоянием фиксатора, что, в свою очередь, обеспечивает правильную сборку, и в конечном счете, повышает надежность работы устройства.

Целесообразно подпружиненный фиксатор выполнять в форме изогнутой плоской пружины, средней частью имеющей возможность контактирования с поверхностью лысок, соответствующих режиму прямого или обратного ходов устройства, а периферийными - с телом втулки средства крепления патрубка. Такое выполнение устройства повышает надежность его работы: можно получить большие силы, удерживающие патрубок в положении того или иного режима работы устройства за счет симметричного прижатия фиксатора к патрубку.

Целесообразно при этом на внутренней поверхности втулки средства крепления патрубка выполнять паз кольцевой формы, размеры которого соответствуют размерам деформированного фиксатора. Такое выполнение конструкции устройства позволяет использовать изогнутый фиксатор разного размера (в основном разной толщины), что, в свою очередь, оптимизирует силу, с которой удерживается патрубок в требуемом положении, и, тем самым, повышает надежность работы устройства.

Целесообразно, чтобы подпружиненный фиксатор был выполнен со сферической поверхностью, которая имела бы возможность контактирования с основными лысками патрубка. Такое выполнение устройства упрощает его конструкцию, а следовательно, упрощает его обслуживание, повышая надежность работы.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на: фиг. 1 показано устройство в продольном разрезе; фиг. 2 - частичный продольный разрез устройства в большем масштабе с патрубком в положении прямого хода устройства; фиг. 3 - совмещенный частичный продольный разрез устройства с патрубком в положении обратного хода устройства, причем в верхней от продольной оси части разреза показан подпружиненный фиксатор со сферической поверхностью, имеющей возможность контактирования с основными лысками патрубка, а в нижней - подпружиненный фиксатор, имеющий форму изогнутой плоской пружины; фиг. 4 - сечение 1-1 на фиг. 3 в положении прямого или обратного ходов устройства с подпружиненным фиксатором, имеющим форму изогнутой плоской пружины; фиг. 5 - то же сечение, но в положении режима переключения; фиг. 6 - продольный разрез устройства, на меньшей ступени патрубка которого имеются лыски для фиксации его в положении режима прямого или обратного ходов устройства и фигурный паз для перевода с одного положения хода устройства на другой; фиг. 7 - частичный продольный разрез устройства, изображенного на фиг. 6 в большем масштабе; фиг. 8 - сечение II-II на фиг. 7, когда подпружиненный фиксатор удерживает патрубок в положении режима прямого или обратного ходов устройства; фиг. 9 - сечение II-II на фиг. 7, при смене режима работы с прямого хода устройства на обратный и наоборот (в режиме переключения); фиг. 10 - сечение III-III на фиг. 7; фиг. 11 - сечение IV-IV на фиг. 7; фиг. 12 - сечение V-V на фиг. 7; фиг. 13 - сечение VI-VI на фиг. 7; фиг. 14 - сечение VII-VII на фиг. 7.

Пневматическое реверсивное ударное устройство для проходки скважин в грунте состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1), внутри которого размещен установленный с возможностью возвратно-поступательного движения ударник 2 с окнами 3 и полостью 4, в которой размещен ступенчатый патрубок 5 с продольным каналом (позицией не обозначен), закрепленный средством крепления патрубка в виде втулки 6 с размещенным в нем амортизатором 7 в задней части корпуса 1 с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса 1. В амортизаторе 7 имеются продольные выхлопные каналы 8 для выхлопа сжатого воздуха. Ударник 2 разделяет полость корпуса 1 на две камеры 9, 10, одна из которых 9 служит для обеспечения обратного хода ударника 2, другая 10 - для выхлопа сжатого воздуха.

Ударник 2 совместно с патрубком 5 образуют камеру 11 прямого хода ударника 2 (часть полости 4 ударника 2 служит в качестве камеры 11). Между ступенью патрубка 5 большего диаметра и втулкой 6 размещена пружина 12, у которой концы могут быть закреплены к патрубку 5 и втулке 6 или могут свободно вращаться относительно этих деталей устройства.

Патрубок 5 на меньшей ступени имеет две лыски 13, 14, являющиеся основными, которые смещены вдоль продольной его оси на расстояние, соответствующее перемещению при сменах режимов работы устройства. Имеются дополнительные лыски 13', 14', смещенные относительно основных по окружности на 180^o. Имеется также ограничитель поворота патрубка 5, функцию которого исполняет торцевая поверхность кольцеобразных проточек 16, 17, в которую упирается боковая поверхность подпружиненного фиксатора (позицией не обозначен). Втулка 6 может быть выполнена с радиальным выступом 15 (фиг. 6, 7). Патрубок 5 при этом может быть выполнен с кольцеобразными проточками 16, 17, соединенными между собой пазом 18. Выступ 15 втулки 6 размещен в одной из проточек 16, 17 (фиг. 6, 7) в зависимости от работы устройства в режиме прямого или обратного ходов.

Подпружиненный фиксатор закреплен во втулке 6 средства крепления патрубка с возможностью размещения в основных лысках 13, 14 и дополнительных 13', 14'. Он может быть выполнен в виде подковы 19 (фиг. 8), средней частью закрепленной к втулке 6 средства крепления патрубка 5, а может иметь форму изогнутой плоской пружины 20 фиг. 3, нижняя часть разреза, фиг. 4, 5), при этом средняя ее часть имеет возможность контактирования с поверхностью лысок 13, 14, а периферийные - с телом втулки 6 или между ними имеется зазор (фиг. 8). Фиксатор целесообразно закреплять со стороны торца (переднего или заднего) втулки 6.

В случае, когда подпружиненный фиксатор имеет форму изогнутой плоской пружины 20, на внутренней поверхности втулки 6 может быть выполнен паз 21 кольцевой формы (фиг. 4, 5), размеры которого соответствуют размерам изогнутой плоской пружины 20 после ее деформации. Подпружиненный фиксатор может быть выполнен со сферической поверхностью 22, которая имеет возможность контактирования с основными лысками 13, 14 патрубка 5, и пружиной 23 (фиг. 3, верхняя часть разреза). В этом случае кольцеобразные проточки 16, 17 служат для установки патрубка 5 в положение прямого или обратного ходов устройства, а продольный паз 18 патрубка 5 служит для перевода выступа 15 втулки 6 в ту или иную проточку 16, 17. Фиксатор при любом его конструктивном исполнении служит для удержания положения патрубка 5 при работе устройства в режимах прямого или обратного его ходов. Подача сжатого воздуха ведется по шлангу 24.

Устройство работает следующим образом.

Прямой ход устройства При прямом ходе устройства патрубок 5 занимает крайнее переднее положение. Ограничитель поворота патрубка 5 относительно втулки 6 средства крепления патрубка 5 контактирует с задними лысками 14. Если фиксатор выполнен со сферической поверхностью 22 и пружиной 23 (фиг. 3, верхняя часть разреза), то пружина 23 имеет максимально возможную длину. Если фиксатор имеет форму изогнутой плоской пружины 20 (фиг. 4, 5), то она имеет максимальную выпуклость, а если он выполнен в виде подковы 19 (фиг. 8), то она имеет минимальный размер, определяемый расстоянием между основными 13, 14 и дополнительными 13', 14' лысками, смещенными друг относительно друга по окружности на 180^o.

В случае использования механизма реверса (фиг. 6 ) выступ 15 втулки 6 размещен в задней кольцеобразной проточке 17 патрубка 5. При этом паз 18 патрубка 5 смещается по окружности относительно выступа 15 втулки 6, что исключает самопроизвольное переключение с одного режима работы на другой. Пружина 12 находится в свободном состоянии.

При подаче сжатого воздуха по шлангу 24 и патрубку 5 в камеру 11 ударник 2, двигаясь вперед, наносит удар по передней части корпуса 1 (положение деталей показано на фиг. 1, 6). Через окна 3 ударника 2 сжатый воздух поступает в камеру 9 обратного хода ударника 2. Давление сжатого воздуха в обеих камерах 9, 11 уравнивается и за счет разности площадей ударника 2 со стороны камер 9, 11 он движется назад. Сначала происходит перекрытие окон 3 ударника 2 стенками ступени патрубка 5 большего диаметра и ударник 2 двигается за счет расширения сжатого воздуха в камере 9. После того, как окна 3 ударника 2 выйдут за заднюю кромку ступени патрубка 5 большего диаметра, произойдет выхлоп сжатого воздуха из камеры 11 в камеру 10 и затем через продольные выхлопные каналы 8 амортизатора 7 в атмосферу. Давление сжатого воздуха в камере 9 обратного хода ударника 2 снизится до атмосферного и он пойдет вперед за счет воздействия на него давления сжатого воздуха в камере 11. В переднем положении ударника 2 откроются его окна 3 и сжатый воздух из камеры 11 поступит в камеру 9. Цикл повторится, как описано выше.

Самопроизвольному переключению устройства на иной режим работы, т.е. исключению возможности поворота патрубка 5 относительно корпуса 1 устройства, препятствуют силы трения, возникающие от воздействия подпружиненного фиксатора. А в случае, когда пружина 12 закреплена к патрубку 5 и втулке 6, возникают еще дополнительные крутильные силы, которые препятствуют повороту патрубка 5 (без пружины 12 устройство можно переключать с обратного хода на прямой вручную на небольшом расстоянии, когда жесткости шланга достаточно для переключения, например, в ударных узлах, не погружающихся в грунт, к которым можно оператору подойти).

Переключение устройства с одного режима на другой.

Для смены режима работы, например, с прямого хода на обратный, необходимо повернуть патрубок 5 по часовой стрелке на 90^o шлангом 24. При этом цилиндрическая поверхность ступени патрубка 5 меньшего диаметра, в которую переходит плоская поверхность основных 13, 14 и дополнительных 13', 14' лысок (фиг. 1, 8), имеющая больший радиальный размер, чем поверхность лысок 13, 13', 14, 14', воздействует на упругий элемент фиксатора, который деформируется. В случае подпружиненного фиксатора со сферой 22 и пружиной 23 (фиг. 3, вверху) при повороте патрубка 5 сжимается пружина 23, а при использовании подпружиненного фиксатора в виде подковы 19 - ее боковые поверхности раздвигаются (фиг. 9). При использовании фиксатора, имеющего форму изогнутой плоской пружины 20 (фиг. 4), последняя, деформируясь, приобретает кольцевидную форму (фиг. 5) и располагается на внутренней поверхности втулки 6 в пазу 21 кольцеобразной формы (если он выполнен). В итоге упругий элемент фиксатора будет находиться в самом напряженном состоянии. Сила, необходимая для создания максимального напряжения упругого элемента фиксатора, является той силой, которая препятствует самопроизвольному переключению устройства с одного режима работы на другой. Сила, вращающая шланг 24, в производственных условиях может возникнуть в случае, например, распрямления шланга 24, находящегося до этого закрученным в бухту. Предложенное устройство создает дополнительный момент, который необходимо преодолеть для перевода режима работы устройства.

Следующим этапом натягивают шланг 24, в результате чего патрубок 5 смещается к хвостовой части корпуса 1, сжимая при этом пружину 12. Сдвиг патрубка 5 нужно осуществлять до положения, когда фиксатор разместится у передних лысок 13, 13'. Затем, поворачивая шлангом 24 патрубок 5 на 90^o, размещают фиксатор в этих лысках. В этом положении упругие элементы фиксатора разгибаются и в них напряжение будет минимальным.

Для переключения устройства с режима обратного хода на прямой нужно повторить вышеизложенные операции в обратном порядке.

Использование механизма реверсирования в предложенном техническом решении позволяет повысить надежность работы устройства, так как для переключения с одного режима работы устройства на другой необходимо приложить дополнительный крутящий момент /его величина превышает момент, возникающий в условиях производственной эксплуатации устройства/.

Обратный ход устройства.

При обратном ходе устройства патрубок 5 занимает крайнее заднее положение, что обеспечивает более ранний впуск сжатого воздуха в камеру 9 обратного хода ударника 2 и более поздний его выхлоп из камеры 9 в камеру 10. В остальном принцип работы устройства (поступление сжатого воздуха по воздухоподводящим окном 3 ударника 2 и его выхлоп через каналы 8 амортизатора 7) такой же, как и при прямом ходе устройства. Отличие - в нанесении удара по задней части корпуса 1 за счет более позднего выхлопа сжатого воздуха из камеры 9 и за счет увеличенного его объема (патрубок 5 смещен в заднее положение).

Формула изобретения

1. Пневматическое реверсивное ударное устройство для проходки скважин в грунте, включающее размещенный в цилиндрическом корпусе подвижный ударник с окнами и полостью, в которой расположен ступенчатый патрубок с продольным каналом, средство крепления патрубка к цилиндрическому корпусу, имеющее выхлопные каналы и выполненное в виде втулки с размещенным в ней амортизатором, ограничитель поворота патрубка, который смонтирован с возможностью осевого перемещения относительно цилиндрического корпуса, средства крепления патрубка и ограничителя поворота патрубка, который выполнен с возможностью контактирования с элементами фиксации, выполненными на ступени патрубка меньшего диаметра со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси ступенчатого патрубка на расстояние, соответствующее перемещению ударника при режимах прямого и обратного ходов устройства, отличающееся тем, что ограничитель поворота патрубка имеет подпружиненный фиксатор, закрепленный во втулке средства крепления патрубка с возможностью размещения и контактирования с элементами фиксации, которые выполнены в виде двух основных лысок на ступени патрубка меньшего диаметра, при этом ступенчатый патрубок подпружинен, а пружина размещена между втулкой средства крепления патрубка и торцевой поверхностью его ступени большего диаметра.

2. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что ступень патрубка меньшего диаметра выполнена с двумя дополнительными лысками, смещенными относительно основных на 180^o.

3. Пневматическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что подпружиненный фиксатор выполнен в виде подковы, средней частью закрепленной к втулке средства крепления патрубка.

4. Пневматическое устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что подпружиненный фиксатор закреплен со стороны переднего или заднего торца втулки средства крепления патрубка.

5. Пневматическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что подпружиненный фиксатор имеет форму изогнутой плоской пружины, причем ее средняя часть имеет возможность контактирования с поверхностью лысок, соответствующих режиму прямого или обратного ходов устройства, а периферийные - с телом втулки средства крепления патрубка.

6. Пневматическое устройство по п.5, отличающееся тем, что на внутренней поверхности втулки средства крепления патрубка выполнен паз кольцевой формы, размеры которого соответствуют размерам деформированного фиксатора.

7. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что подпружиненный фиксатор выполнен со сферической поверхностью, которая имеет возможность контактирования с основными лысками патрубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14