Гидравлический бесклапанный ударный механизм для буровых машин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВДЬСТВУ

Союз Советских

Сецналнстмчесннк

Республик ()883392 (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву— (22) Заявлено 190380 (2!) 2897478/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

-Опубликовано 23.11.81. Бюллетень No 43

Дата опубликования описания 231181 (5!)М. Кл3

Е 21 С 3/20

Госуяаретвеииый комитет

СССР яо Аеаам изобретеиий и открытий (53) УДК 622.243.92. .05 (088.8) Научно-исследовательский горнорудный институт

Министерства черной металлургии Украинской ССР (11) Заявитель (54 ) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ БЕСКЛАПАННЫЙ УДАРНЫЙ

МЕХАНИЗМ ДЛЯ БУРОВЫХ МАИИН

Изобретение относится к буровым машинам и может быть использовано в горной и строительной отраслях промышленности. 5

Известен ударный механизм"для буровых машин с проточками и каналами, содержащий рабочие камеры, ступенчатый поршень, золотниковое устройство f1) .

Недостатком этого устройства яв.— ляется то, что оно не позволяет бесступенчато регулировать длину разгона поршня и объем рабочих камер. Это снижает эффективность бурения пород различной крепости.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является гидравлический бесклапанный ударный 2О механизм для буровых машин, включающий корпус,с внутренними проточками и каналами для подачи жидкости в рабочие камеры механизма, напорную и сливную аккумулирующие полости, 25 ступенчатый поршень, размещенный в корпусе (2 .

Недостатком этого ударного механизма является невозможность регу- лирования энергии и частоты ударов.

Это снижает эффективность бурения пород различной крепости.

Все это ограничивает область применения устройства н не позволяет эффективно его использовать для бурения пород с широким диапазоном крепости.

Цель изобретения — обеспечение бесступенчатого регулирования энергии и частоты ударов за счет изменения хода разгона поршня и объема рабочих камер., Поставленная цель достигается тем, что механизм имеет плунжеры, размещенные в рабочих камерах с возможностью осевого перемещения, и по крайней мере две втулки, которые установлены в проточках корпуса с возможностью осевого перемещения и образуют две пары канавок, при этом одна из канавок первой пары сообщена с напорной аккумулнрующей полостью, одна иэ канавок другой пары сообщена со сливной аккумулирующей.полостью, а другие канавки из каждой пары сообщены с рабочими камерами. Кроме того, рабочие камеры выполнены в виде секций, а плунжеры размещены с возможностью осево883392 го фиксированного перемещения в отверстиях стенок, разделяющих секции рабочих камер.

На чертеже показано предлагаемое устройство, осевой разрез.

Гидравлический бесклапанный ударный механизм состоит из корпуса и ,поршня (не обозначены), втулок 1 и 2 с присоединенными к ним поводками

3 и 4, плунжеров 5 и 6, привода осевого перемещения втулок 1 и 2 напорУ

tO ной 7 н сливной 8 магистралей.

Корпус представляет собой объемную металлоконструкцию, стенки которой образуют кольцевые напорную 9 и сливную 10 аккумулирующие полости, кольцевые рабочие камеры 11 и 12.

Рабочая камера 11 стенками корпуса разделена на секции 13, 14 и 15, причем в этих стенках выполнено отверстие 16, а рабочая камера 12 стенками корпуса также разделена на секции 17, 20

18 и 19, причем в этих стенках также выполнены отверстия 2О. На внутренней поверхности корпуса выполнены расточка 21, проточки 22, 23 и 24, а в теле корпуса имеются каналы 25- р

30 и пазы 31 и 32. Втулка 2 делит проточку 24 на две части — канавки

33 и 34 и втулка 1 делит проточку 23 на две части канавки 35 и 36. В пазе 31 помещен поводок 4 втулки 2, а в пазе 32 — поводок 3 втулки 1 с возможностью перемещения вдоль оси механизма. Канавка 35 каналом 27. сообщена с расточной 21 и каналом

26 с рабочей камерой 12, канавка

36 — каналом 28 со сливной аккумулирующей полостью 10, канавка 33 каналом 29 с рабочей камерой 11, канавка 34 — каналом 30 с напорной аккумулирующей полостью 9, проточка

22 соединена с каналом 25 с напор- 40 ной аккумулирующей полостью 9. Напорная магистраль 7 соединена с напорной аккумулкрующей полостью 9, а сливная магистраль 8 соединена со сливной аккумулирующей полостью 10. 45

Поршень выполнен ступенчатым и помещен в расточке 21 корпуса и состоит из двух штоковых частей 37 и 38 и золотниковой части, включающей две кольцевые проточки 39, 40 и три пояс- ка 41, 42 и 43. Штоковые части 37 и

38 поршня герметизированы в корпусе уплотнения 44 и 45.

Плунжер 5 помещен в отверстиях

20 корпуса, а плунжер 6 — в отверстиях с возможностью осевого перемещения. На плунжерах 5 и 6 имеютая резьбовые части 46 и 47, ввинченные в резьбовые отверстия корпуса. Для удобства ввинчивания выполнены пазы 48 и 49. бО

Привод осевого перемещения втулок 3 и 4 состоит из вала 50 с реэьбовым концом 51, ввинченным в корпус, Для удобства ввинчивания на резьбовом конце 51 имеется штурвал 52. На валу 50 имеются проточки 53 и 54, в которые входят поводки 3 и 4 втулок

1 и 2. B пер дней части механизма расположена наковальня 55 инструмента.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость под давлением из напорной магистрали 7 подают в напорную аккумулирующую полость 9. Если механизм находится в таком положении, как показано на чертеже, жидкость иэ напорной аккумулирующей полости 9 по каналу 30, канавке 34, проточке 40, канавке 33 и каналу 29 поступает в рабочую камеру 11 (рабочего хода) и заполняет секцию 13, сообщенную открытым отверстием 16 с рабочей камерой 11. Жидкость накапливается в рабочей камере 11, давление повышается и давит на поршень из-за разности диаметров пояска 43 и штоковой части 38. Поршень совершает рабочий ход (движется вверх), при этом жидкость из расточки 21 по каналу 27, канавке 35, расточке 39, канавке 36 и каналу 28 поступает в сливную аккумулирующую полость 10, а оттуда в сливную магистраль 8. Продолжая двигаться вверх, поясок 43 перекрывает канавку 34, одновременно с этим поясок 42 перекрывает .канавку

36. В этот момент жидкость под давлением.равным давлению в напорной магистрали 7, заполняет рабочую камеру 11 и секцию 13, давление же в расточке 21 и,в рабочей камере 12, соединенной с расточкой 21, каналом 26, канавкой 35 и каналом 27, равно давлению сливной магистрали

8. За счет разности этих давлений, расширение этих. жидкостей в рабочей камере 11 и сжатия в рабочей камере 12, поршень продолжает совершать рабочий ход, поскольку ширина пояска 42 больше ширины канавки 36 и проточка 22 и канавки 33-36 разобщены.

С этого момента происходит разгон поршня, причем длина разгона, разность давления в рабочих камерах

11 и 12, а также их емкость определяют скорость поршня, а значит и энергию удара. Таким образом, длина разгона поршня определяется его перемещением от точки, когда канавки

34 и 36 одновременно перекрываются н до точки, когда проточкой 40 поршня сообщаться канавки 33 и 36, а канавка 35 сообщится с проточкой 32.

При этом жидкость из напорной аккумулирующей полости 9 через канал 25, проточку 39, канавку 35, канал 27 поступает в расточку 21, а по каналу 26 в рабочую камеру 12 и через отверстия 20 - в секцию 17, давление в которых повышается до давления в напорной магистрали 7. В то же время рабочая камера 11 и секция 13 через канал 29, канавку 33, проточку 40., канавку 36 и канал 28 сообща883392

20

40

d0 ется со сливной аккумулирующей полостью 10 и давление в .рабочей камере 11 понижается до давления в сливной магистрали 8. За счет разности давлений в рабочих камерах. 11 и 12 поршень начинает тормозиться и в этот момент наносит удар по наковальне 55. После этого поршень совершает обратный ход (движется вниз)

Далее поясок 42 поршня перекрывает канавку 36, а поясок 41 перекрывает проточку 22 и канавки 33-36 оказываются разобщенными. За счет разности давлений в рабочих камерах 11 и

12 поршень продолжает совершать обратный ход, при этом жидкость в рабочей камере 12 расширяется, а в рабочей камере 11 - сжимается.

Далее проточка 40 сообщает канавки 33 и 34, а проточка 39 — канавки 35 и 36. В этом положении напорная аккумулирующая полость 9 через канал

30, канавку 34, проточку 40, канавку 33 и канал 29, сообщается с рабочей камерой.11 и секцией 13 через отверстие 16, давление в которых повышается. Сливная же аккумулирующая 25 полость 10 через канал 28, канавку 36, проточку 39, канавку 35 и канал 26 сообщается с рабочей камерой 12 и через канал 27 с расточкой 21, давление в которых снижается до давления в сливной магистрали 8. Под воздействием перепада давления в рабочих камерах 11 и 12 поршень тормозится, затем цикл меняет направление движения и совершает рабочий ход. И цикл начинается снова..

Регулирование энергии и частоты ударов поршня осуществляется следующим образом.

При бурении крепких пород требуется большая энергия единичного удара при небольшой частоте ударов.

Для этого вращением штурвала 52 вал

50 вывинчивается из корпуса-(движется вниз), при этом втулки 1 и 2 перемещаются в проточках 23 и 24, увлекаемые поводками 3 и 4, заходящими в зацепление с кольцевыми проточками

53 и 54, вала 50. Поводки 3 и 4 перемещаются в пазах 32 и 31 корпуса вниз, при этом ширина канавок 36 и

34 уменьшается. Поскольку ширина пояска 42 поршня остается постоянной, увеличивается разность между шириной пояска 42 и шириной канавки Зб, т.е. увеличивается длина разгона поршня, а вследствие одинакого перемещения втулок 1 и 2 перекрытие канавок 34, 36 происходит всегда одновременно. ВмЕсте с тем для бурения крепких пород,плунжеры 5 и 6 выВинчивают из корпуса. При этом открываются отверстия 20 и 16, до этого перекрытие плунжерами 5, 6 емкость рабочей камеры 11 увеличивается на емкость секций 13-15, а емкость рабочей камеры 12 — на емкость секций

17-19. Разгон поршня при таком положении втулок 1 и 2 и плунжеров 5 и 6 происходит на большей длине, а разность давления в рабочих камерах

11 и 12, движущая поршень за счет увеличения емкости рабочих камер 11 и 12, и жидкости, аккумулированной в них, остается постоянной. Поскольку в устройстве увеличивается длина разгона поршня, а перепад давления в рабочих камерах 11 и 12 за счет увеличения их емкости остается ,постоянным, скорость поршня к кон цу разгона увеличивается, а значит увеличивается энергия единичного удара. За счет удлинения хор а поршня увеличивается время цикла, т.е. снижается частота ударов в единицу времени.

Для эффективного бурения мягких пород требуется меньшая энергия удара поршня и более высокая частота ударов. Для этого вал 50 штурвалом

52 ввинчивается резьбовым концоМ 48 в корпус (движется вверх), в корпус также ввинчиваются плунжеры 5 и 6.

Втулки 1 и 2 через поводки 3 и 4 перемещаются в проточках 23 и 24 корпуса, при этом ширина канавок 34 и

Зб увеличивается, секции 17-19 изолируются от рабочей камеры 12, а секции 13-15 — от рабочей камеры 11.

Происходит уменьшение объемов рабочих камер 11 и 12 и уменьшается ход разгона поршня. Вследствие этого поршень в конце разгона имеет меньшую скорость и меньшую энергию удара,,при этом .увеличивается частота ударов.

Снабжение кбрпуса механизма двумя втулками с возможностью осевого перемещения позволяет бесступенчато регулировать величину хода разгона поршня, а установка в рабочих камерах двух плунжеров с воэможностью осевого .перемещения обеспечивает бесступенчатое изменение объемов рабочих камер. При одновременном регулировании этих величин (хода разгона поршня и емкости рабочих камер) можно бесступенчато регулировать предударную скорость поршня и время цикла,т.е. энергию единичного удара и частоту ударов, Снабжение механизма приводом осевого перемещения втулок позволяет регулировать длину разгона поршня без разборки механизма, что делает регулирование удобным и оперативным. Регулирование энергии и частоты ударов поршня позволяет эффективно. вести бурение з различных по крепости породах, повысить универсальность механизма, уменьшить парк буровой техники. Выполнение рабочих камер секционными и размещение плунжеров в отверстиях стенок, разделяющих секции рабочих камер, позволяет уменьшить размеры плунжеров и их ход при равных параметрах

883392

Формула изобретения

4z

z0 б

zo

ВНИИПИ Заказ 1 01 51/48 Тираж 630 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул.Проектная,4 регулирования, что снижает вес механизма.

1. Гидравлический бесклапанный ударный механизм для буровых машин, включающий корпус с внутренними проточками и каналами для подачи жидкости в рабочие камеры механизма, напорную и сливную аккумулирующие полости, ступенчатый поршень, размещенный в корпусе, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью о6еспечения бесступенчатого регулирования энергии и частоты ударов эа счет иэменения объема рабочих камер и величины хода поршня, механизм имеет плунжеры, размещенные в рабочих камерах с возможностью осевого перемещения и по крайней мере две втулки, которые установлены в проточках корпуса с воэможностью осевого перемещения и образуют две пары канавок, при этом одна из канавок первой пары сообщена с напорной аккумулирующей полостью, одна из канавок другой нары сообщена со сливной аккумулирующей полостью, а другие канавки иэ каждой пары сообщены с рабочими камерами.

2. Механизм по п.1, о т л и ч а о ю шийся тем, что рабочие камеры выполнены в виде секций, а плунжеры размещены с воэможностью осевого фиксированного перемещения в отверстиях стенок, раэделяки4их секции рабочих камер.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США В 3468222, кл. 173-134, опублик. 1969.

2. Патент CfdA Р 3620312, Щ кл. 173-138, опублик. 1971 (прототип).