Бурильная машина

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к средствам бурения скважин малого диаметра. Технической задачей является повышение производительности бурения путем обеспечения бурильной машиной непрерывной подачи бурового инструмента на забой скважины. Достигается тем, что в бурильной машине, включающей гидростойку, узел подачи и узел вращения гибкого вала, состоящего из втулок с зубчатыми торцами, соединенными шлангом со сферическими узлами сопряжения в местах сочленения их торцов, втулки гибкого вала соединены с проставками, в осевых отверстиях которых соосно им на шланге размещены подпружиненные друг относительно друга антифрикционные втулки, с утолщениями полусферической формы на концах, а сферический узел сопряжения выполнен в виде сферической детали, внутри которой размещены смежные концы антифрикционных втулок с возможностью относительного перемещения и углового поворота и которую с наружной стороны охватывают полусферические втулки, соосно размещенные на антифрикционных втулках и взаимодействующие с торцами проставок через пружины, причем диаметр втулок выполнен большим диаметра проставок с образованием кольцевых выступов гибкого вала для взаимодействия с элементами узла подачи, а на наружной поверхности втулок гибкого вала выполнены секторальные впадины, при этом узел подачи выполнен в виде конвейеров с кронштейнами, на которых установлены элементы взаимодействия с гибким валом и его кольцевыми выступами в виде роликов и кулачков, а узел вращения, содержащий шестерню с осевым отверстием, через которое проходит гибкий вал, имеет дополнительно присоединенную к шестерне соосную втулку с радиальными отверстиями, выполненными в несколько рядов, в которых установлены кулачки, для взаимодействия с секторальными впадинами гибкого вала при вращении шестерни. 4 ил.

 

Предложение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к средствам бурения скважин малого диаметра.

Известна буровая машина [1], содержащая двигатель, шпиндель, вилку кулачковой муфты, кассету с буровыми штангами, каретку податчика, копиры с выступами и роликами, шарнирно установленные на каретке податчика с возможностью взаимодействия с буровой штангой.

Недостаток такой буровой машины состоит в том, что задолживается значительное время на выполнение спускоподъемных операций.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является бурильная машина [2], включающая опорный гидроцилиндр, узел подачи, узел вращения и гибкий вал, состоящего из жестких сегментов с зубчатым зацеплением торцов. Жесткие сегменты надеты на промывочный шланг, на котором смонтированы шаровые узлы в местах зубчатого зацепления торцов. Узел вращения гибкого вала и узел подачи взаимодействуют с гибким валом через цанговый захват.

Недостаток данного устройства состоит в передаче вращения через цанговый захват. Вследствие этого невозможна непрерывная подача бурового инструмента гибкого вала. По этой причине подача инструмента на забой скважины осуществляется после перехвата цангой гибкого вала. Затраты времени на перехват значительны. Кроме того, цанговый захват быстро изнашивается из-за многократного перехвата.

Целью предлагаемого решения является повышение производительности бурения путем создания бурильной машины с непрерывной подачей бурового инструмента на забой скважины.

Указанная цель достигается тем, что в бурильной машине, включающей гидростойку, узел подачи и узел вращения гибкого вала, состоящего из втулок с зубчатыми торцами, соединенными шлангом со сферическими узлами сопряжения в местах сочленения их торцов, втулки гибкого вала соединены с проставками, в осевых отверстиях которых соосно им на шланге размещены подпружиненные друг относительно друга антифрикционные втулки, с утолщениями полусферической формы на концах, а сферический узел сопряжения выполнен в виде сферической детали, внутри которой размещены смежные концы антифрикционных втулок с возможностью относительного перемещения и углового поворота и которую с наружной стороны охватывают полусферические втулки, соосно размещенные на антифрикционных втулках и взаимодействующие с торцами проставок через пружины, причем диаметр втулок выполнен большим диаметра проставок с образованием кольцевых выступов гибкого вала для взаимодействия с элементами узла подачи, а на наружной поверхности втулок гибкого вала выполнены секторальные впадины, при этом узел подачи выполнен в виде конвейеров с кронштейнами, на которых установлены элементы взаимодействия с гибким валом и его кольцевыми выступами в виде роликов и кулачков, а узел вращения, содержащий шестерню с осевым отверстием, через которое проходит гибкий вал, имеет дополнительно присоединенную к шестерне соосную втулку с радиальными отверстиями, выполненными в несколько рядов, в которых установлены кулачки, для взаимодействия с секторальными впадинами гибкого вала при вращении шестерни.

Вращающий момент от полой шестерни на берега секторальных впадин втулок гибкого вала передается консольными кулачками, которые смонтированы на подшипниках в радиальных отверстиях втулок шестерни. Необходимость в секторальных впадинах (вырезах) во втулках гибкого вала и свободновращающихся на подшипниках консольных кулачков обусловлена передачей вращающего момента с шестерни на гибкий вал, который одновременно подается на забой скважины, т.е. перемещается вдоль своей оси. Подача гибкого вала на забой скважины осуществляется конвейерами, которые установлены с противоположных сторон гибкого вала и взаимодействуют с ним через ролики, которые смонтированы на кронштейнах конвейеров. Ролики конвейеров при вращающемся гибком вале обкатывают шейку втулок и торцовой поверхностью их поперечные выступы. При перемещении ленты конвейера торцы роликов осуществляют силовое воздействие на торцы поперечных выступов вращающихся сегментов гибкого вала в осевом направлении. В качестве привода конвейеров могут быть использованы реверсивные электрические двигатели или пара гидродомкратов. В последнем случае гидродомкраты снабжены специальными откидными кронштейнами, которые взаимодействуют с кронштейнами конвейеров. Пара домкратов, поочередно раздвигаясь, приводит в движение оба конвейера.

Таким образом, отличительные от прототипа признаки обеспечивают непрерывное бурение скважины с помощью гибкого вала без остановок подачи инструмента на забой, что способствует повышению производительности бурения.

Анализ аналогов и прототипа позволяет сделать вывод о том, что заявляемый объект отвечает признакам «новизна» и «полезность».

Сущность предложения поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлена схема общего вида бурильной машины.

На Фиг.2а - разрез 1-1 Фиг.1.

На Фиг.2б - разрез 2-2 Фиг.1.

На Фиг.3 представлена конструкция гибкого вала.

На Фиг.3а - разрез 1-1 Фиг.3. На Фиг.3б - разрез 2-2 Фиг.3.

На Фиг.4 представлена схема привода конвейеров (разрез А-А Фиг.2б) бурильной машины.

Бурильная машина включает гидростойку 1 (Фиг.1, 2а, 2б), на которой посредством кронштейнов 2, 3, 4 смонтированы соответственно рама 5 узла подачи, двигатель 6, редуктор 7 в составе ведущей 8, промежуточной 9, ведомой шестерни-вращателя 10 с втулкой. Втулка шестерни-вращателя 10 выполнена с осевыми и радиальными отверстиями. Через осевое отверстие проходит гибкий вал 11 (Фиг.1, 2а, 2б). На гидростойке 1 установлена посредством кронштейнов 12 направляющая втулка 13 для гибкого вала 11. Рама 5 соединена с кронштейном 2 и редуктором 7. На раме 5 смонтирован привод подачи гибкого вала 11. Гибкий вал 11 (Фиг.3) состоит из жестких втулок 14 с зубчатыми торцами, в осевых отверстиях которых размещены антифрикционные втулки 15 с полусферами на торцах. Полусферические окончания смежных антифрикционных втулок 15 соединены с возможностью относительного перемещения упругими усами 16 и разделены между собой пружинами 17. Смежные полусферические окончания втулок 15 размещены внутри сферы 18 с возможностью угловых поворотов. Внешняя поверхность сферы 18 охвачена полусферическими торцами втулок 19, которые надеты на антифрикционные втулки 15 и подперты пружинами 20 с противоположных полусферам торцов. Антифрикционные втулки 15 надеты на промывочный шланг 21. Относительные осевые перемещения втулок 15 ограничены внутренней поверхностью сфер 18. Втулки 14 соединены с проставками 22 резьбой. Смежные торцы втулок 14 выполнены с зубцами. Диаметр втулок 14 выполнен большим диаметра проставок 22. Вследствие этого торцы втулок 14 являются кольцевыми выступами гибкого вала, которые необходимы для взаимодействия с элементами узла подачи вала. На внешней поверхности втулок 14 выполнены секторальные впадины (вырезы) для взаимодействия с элементами узла вращения вала. Узел подачи выполнен в виде двух конвейеров 23, 24 (Фиг.1, 2б, 4) с кронштейнами 25, на которых установлены ролики 26. Ролики 26 охватывают проставки 22 гибкого вала и своими торцами взаимодействуют с торцами втулок 14, т.е. с кольцевыми выступами вращающегося гибкого вала при движении лент конвейеров 23, 24. Движение конвейеров 23, 24 задается собственными двигателями или гидродомкратами 27, которые рычагами 28 оказывают силовое давление на кронштейны 25 лент конвейеров 23, 24. Ограничение поворота рычагов 28 задается храповым механизмом 29.

В радиальных отверстиях втулки шестерни-вращателя 10 смонтированы на подшипниках 30 консольные кулачки 31 (Фиг.1, 3). Кулачки 31 взаимодействуют с берегами секторальных впадин (вырезов) втулок 14 гибкого вала 11 (Фиг. 2а). При вращении шестерни 10 кулачки 31 передают крутящий момент на берега секторальных впадин (вырезов) втулок 14 гибкого вала 11, задавая последнему принудительное вращение. При подаче гибкого вала 11 кулачки 31, вращаясь в подшипниках 30, обкатывают берега секторальных впадин (вырезов) гибкого вала, передавая крутящий момент.

Бурильная машина работает следующим образом. В рабочем положении гидростойка 1 расперта между почвой и кровлей горной выработки в направлении бурения. На гидростойке 1 посредством кронштейнов 2, 3, 4 (Фиг.1, 2а, 3) закреплены двигатель 6, редуктор 7 узла вращения и рама 5 узла подачи. Рама 5 соединена с корпусом редуктора 7. Направляющая втулка 13 для гибкого вала 11 зафиксирована на гидростойке 1 посредством кронштейнов 12. Бурение начинают с включения двигателя 6, который передает крутящий момент на втулку шестерни 10 через шестерни 8 и 9. Жесткий забурник (не показано) гибкого вала 11, размещенный в направляющей втулке 13 касается горного массива и начинает вместе с первыми втулками 14 гибкого вала 11 вращаться. Крутящий момент на гибкий вал передается от втулки шестерни 10 через подшипники 30 и кулачки 31. Кулачки 31 консольной частью контактируют с берегами секторальных впадин (вырезов) первых от забурника втулок 14 (Фиг. 2а) гибкого вала 11 и передает на них крутящий момент. Первые от забурника втулки 14 с проставками 22 вращаются, обкатывая антифрикционные втулки.

По шлангам 21, которые размещены в осевых отверстиях антифрикционных втулок 15, подается к забою скважины вода. Забурник и первые от него втулки 14 вращаются, а остальной став втулок 14 с проставками 22, которые не контактируют с кулачками 31, не вращается вследствие того, что их торцы с зубчатым венцом не вошли в зацепление с зубчатым венцом торцов вращающихся втулок 14. Сцеплению зубчатых венцов смежных втулок 14 препятствуют пружины 17, которые расперты между полусферическими торцами антифрикционных втулок 15. Сферическая оболочка 18, взаимодействуя с полусферическими окончаниями втулок 15, соединяет их между собой в единый гибкий вал благодаря возможности относительного поворота смежных втулок 14. Радиус изгиба вала составляет ˜0,3÷0,4 м. Для того чтобы породная мелочь не просыпалась в зазор между втулками 15 и 14, втулки 19 с полусферическими торцами прижаты пружинами 20 к поверхности сферических оболочек 18. После начала вращения забурника гибкого вала 11 включаются конвейеры 23. Ролики 26 кронштейнов 25 при движении лент конвейеров 23 в направлении подачи торцами оказывают силовое давление на кольцевые выступы втулок 14 гибкого вала. Преодолевая силы трения пружин 17, 20, втулки 14 с проставками 22 сближаются со смежными, которые уже вращаются. Войдя в контакт зубчатым венцом с вращающимся зубчатым венцом смежной втулки, подаваемая конвейером 23 втулка 14 также начинает вращаться. При этом ролики 26 конвейеров 23, 24 начинают вращаться, обкатывая проставки 22 гибкого вала. Вращающаяся часть става гибкого вала обладает некоторой изгибной жесткостью благодаря тому, что кольцевые выступы втулок 15 под давлением узла подачи входят (преодолевая сопротивление пружин 20) в кольцевые проточки гнезда смежных втулок 15. При подаче вращающегося гибкого вала 11 кулачки 31 также вращаются, обкатывая берега секторальных впадин (вырезов) втулок 14. Подача конвейеров 23, 24 осуществляется электродвигателями или дополнительными гидродомкратами 27. В таком случае гидродомкраты 27 при раздвижке задают движение ленты конвейеров 23, 24 посредством воздействия на кронштейны 25 конвейеров своими рычагами 28. При раздвижке гидродомкратов 27 рычаги 28 фиксируются храповым механизмом 29. При сокращении гидродомкратов 27 в исходное положение храповой механизм выключается и рычаги 28 свободно вращаются на своей оси. При задании обратного хода конвейеров 23, 24 храповой механизм 29 настраивается на фиксирование положения рычагов 28 при сокращении гидродомкратов.

Бурение происходит с непрерывной подачей гибкого вала путем поочередной раздвижки гидродомкратов 27. После окончания бурения на нужную глубину с промывкой скважины продолжают вращать вал 11 и включают подачу в обратном направлении путем поочередного сокращения гидродомкратов 27. Перед этим перенастраивают работу храповиков 29 в противоположном направлении. Таким образом осуществляется работа буровой машины. Непрерывная подача инструмента повышает производительность бурения за счет исключения затрат времени на перехват гибкого вала цангой (прототип). Введенные новые признаки по конструкции гибкого вала, узла вращения, узла подачи, таким образом, обеспечивают полезность предлагаемой буровой машины.

Источники информации

1. А.с. РФ №737614.

2. Глюкауф 1994, №4, с.18. Экстерн Брик В., Бернард В.Д.

Бурильная машина, включающая гидростойку, узел подачи и узел вращения гибкого вала, состоящего из втулок с зубчатыми торцами, соединенными шлангом со сферическими узлами сопряжения в местах сочленения их торцов, отличающаяся тем, что втулки гибкого вала соединены с проставками, в осевых отверстиях которых соосно им на шланге размещены подпружиненные друг относительно друга антифрикционные втулки с утолщениями полусферической формы на концах, а сферический узел сопряжения выполнен в виде сферической детали, внутри которой размещены смежные концы антифрикционных втулок с возможностью относительного перемещения и углового поворота и которую с наружной стороны охватывают полусферические втулки, соосно размещенные на антифрикционных втулках и взаимодействующие с торцами проставок через пружины, причем диаметр втулок выполнен большим диаметра проставок с образованием кольцевых выступов гибкого вала для взаимодействия с элементами узла подачи, а на наружной поверхности втулок гибкого вала выполнены секторальные впадины, при этом узел подачи выполнен в виде конвейеров с кронштейнами, на которых установлены элементы взаимодействия с гибким валом и его кольцевыми выступами в виде роликов и кулачков, а узел вращения, содержащий шестерню с осевым отверстием, через которое проходит гибкий вал, имеет дополнительно присоединенную к шестерне соосную втулку с радиальными отверстиями, выполненными в несколько рядов, в которых установлены кулачки, для взаимодействия с секторальными впадинами гибкого вала при вращении шестерни.