RU193120U1

RU193120U1 - SOLID ROCK DRILLING DEVICE

Info

Publication number: RU193120U1
Application number: RU2019128955U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Гришко
Original assignee: Дмитрий Алексеевич Гришко
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2019-10-15

Abstract

Устройство для бурения твердых горных пород содержит две колонковые трубы с коронками и резцами, установленные с возможностью вращения в противоположных направлениях, и элементы привода, предназначенные для передачи вращательного движения от электродвигателя к каждой из коронок. Применение устройства для бурения твердых горных пород увеличивает скорость бурения и повышает надежность работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.A device for drilling hard rocks contains two core pipes with crowns and cutters mounted for rotation in opposite directions, and drive elements designed to transmit rotational motion from the electric motor to each of the crowns. The use of a device for drilling solid rocks increases the drilling speed and increases the reliability of the device. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к строительной промышленности, в частности к ручным сверлильным машинам, и может применяться для бурения скважин в твердых горных породах.The utility model relates to the construction industry, in particular to hand-held drilling machines, and can be used for drilling wells in solid rocks.

Известен термомеханический породоразрушающий инструмент, RU 2247217 С2, Е21В 10/46 опубл. 27.08.2005, включающий корпус, фрикционные элементы, разупрочняющие нагревом приповерхностный слой породы, и термостойкие резцы, снимающие этот слой, при этом фрикционные элементы и термостойкие резцы неподвижно закреплены на одном корпусе, при этом резцы установлены с опережением фрикционных элементов.Known thermomechanical rock cutting tool, RU 2247217 C2, EV 10/46 publ. 08/27/2005, including a housing, friction elements that soften the near-surface rock layer by heating, and heat-resistant cutters that remove this layer, while friction elements and heat-resistant cutters are fixedly mounted on one housing, while the cutters are installed ahead of the friction elements.

Недостатком инструмента является то, что разупрочнение прослойки горной породы осуществляется трением при больших скоростях вращения породоразрушающего инструмента, что влечет за собой преждевременный износ бурильных штанг при трении их о стенки скважины, износ фрикционных элементов и резцов.The disadvantage of the tool is that the softening of the rock layer is carried out by friction at high speeds of rotation of the rock cutting tool, which entails premature wear of the drill rods when rubbing them against the borehole walls, wear of friction elements and cutters.

Известна установка электродугового плазмобура, RU 2100602 С2 Е21В 7/15, опубл. 27.12.1997, содержащая буровую колонку, соединенную с источником нагрева разрушаемой породы, причем источник нагрева выполнен в виде плазмотрона, соединенного с системой подачи плазмообразующего газа и системой охлаждения плазмотрона, содержащего корпус, не менее двух плоскообразных сопел, расположенных с пересекающимися межэлектродными промежутками и объединенных центральным каналом плазмотрона, не менее трех электродов, соединенных с одним или несколькими источниками электропитания, устройство вращения или колебания плазмотрона, устройство отсасывания разрушенной породы, сопла подачи охлаждающей породу среды, закрепленные у основания буровой колонки и имеющие систему каналов, устройство поступательной подачи плазмотрона, газоанализатор, датчик которого установлен у основания буровой коронки.A known installation of an electric arc plasma drill, RU 2100602 C2 EV 7/15, publ. 12/27/1997, containing a drill string connected to a source of heat for destructible rock, the source of heating being made in the form of a plasma torch connected to a plasma forming gas supply system and a plasma torch cooling system containing a housing of at least two plane-shaped nozzles arranged with intersecting electrode gaps and combined the central channel of the plasma torch, at least three electrodes connected to one or more power sources, a device for rotating or oscillating the plasma torch, oystvo sucking broken rock, rock feed nozzle cooling medium, fastened at the base of the drill bit and having a channel system device translational feeding of the plasma torch, a gas analyzer, the sensor which is mounted at the bottom of the drill bit.

Недостатком установки электродугового плазмобура является отсутствие породоразрушающих элементов для механического разрушения горной породы и нагрев ее до температуры плавления.The disadvantage of installing an electric arc plasma drill is the absence of rock-cutting elements for the mechanical destruction of the rock and its heating to the melting temperature.

Известно устройство распиливания материалов, RU 2290298 С2 В27В 9/00 опубл. 27.12.2006, содержащее два пильных диска, установленных с возможностью вращения в противоположных друг относительно друга направлениях, средство изменения величины взаимного давления дисков в состоянии покоя и элементы привода, предназначенные для передачи энергии от двигателя к каждому из дисков. Один из дисков выполнен гладким, а другой снабжен профилированным поясом с лучевыми углублениями, разделенными перемычками, форма которых конгруэнтна форме углублений.A device for sawing materials is known, RU 2290298 C2 В27В 9/00 publ. 12/27/2006, containing two saw blades mounted for rotation in opposite directions relative to each other, means for changing the mutual pressure of the disks at rest and drive elements designed to transfer energy from the engine to each of the disks. One of the disks is made smooth, and the other is equipped with a profiled belt with radial recesses separated by jumpers, the shape of which is congruent with the shape of the recesses.

Устройство позволяет распиливать только тонкостенные образцы с минимальной пластической деформацией, а также тонкостенные трубы и профилированные образцы.The device allows you to saw only thin-walled samples with minimal plastic deformation, as well as thin-walled pipes and profiled samples.

Известно устройство для бурения твердых горных пород, взятое за прототип, RU 2416708 С2 Е21В 7/14 опубл. 20.04.2011, включающее породоразрушающий инструмент - коронку и термостойкие резцы. Устройство снабжено колонковой трубой, верхняя часть которой соединена с валом электродвигателя. Электродвигатель через ручной регулятор осевой нагрузки на забой скважины соединен с направляющей стойкой. Устройство содержит лазер. Разрушение горной породы осуществляют путем воздействия лазерным лучом, который фокусируют на забой скважины по периметру забоя, разупрочняя нагревом приповерхностный слой породы, после чего отделяют от забоя разупрочненный слой термостойкими резцами при вращении буровой коронки.A device for drilling solid rocks, taken as a prototype, RU 2416708 C2 EV 7/14 publ. 04/20/2011, including rock cutting tools - a crown and heat-resistant cutters. The device is equipped with a core tube, the upper part of which is connected to the motor shaft. The electric motor is connected to the guide rack through a manual regulator of the axial load on the bottom of the well. The device contains a laser. The destruction of the rock is carried out by exposure to a laser beam, which is focused on the bottom of the well along the perimeter of the bottom, softening by heating the surface layer of the rock, after which the weakened layer is separated from the bottom by heat-resistant cutters during rotation of the drill bit.

Недостатками такого устройства является низкий КПД лазера, не позволяющий достигать значительной скорости бурения, а так же большая осевая нагрузка на вал электродвигателя при бурении.The disadvantages of this device is the low laser efficiency, which does not allow to achieve a significant drilling speed, as well as a large axial load on the motor shaft during drilling.

Целью создания полезной модели является повышение скорости бурения отверстий в твердых горных породах и повышение надежности работы устройства.The purpose of creating a utility model is to increase the speed of drilling holes in solid rocks and increase the reliability of the device.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для бурения твердых горных пород включающее колонковую трубу, на торце которой закреплена буровая коронка с термостойкими резцами и электродвигатель вращения трубы, при этом, устройство снабжено дополнительной колонковой трубой с закрепленной на торце буровой коронкой с термостойкими резцами, внутренний диаметр дополнительной колонковой трубы больше внешнего диаметра основной колонковой трубы и она установлена поверх основной колонковой трубы, на коронке дополнительной трубы, на ее внутренней поверхности, изготовлен паз, в который вставлены ролики для вращения по внешней поверхности коронки основной колонковой трубы, причем, свободный торец дополнительной колонковой трубы упирается в упорный подшипник, установленный в обойму, закрепленную на основание, выполненное в виде пластины, а свободный торец основной колонковой трубы соединен с хвостовиком, соединенным другим концом через соединительную муфту с валом электродвигателя и на хвостовике закреплен планетарный редуктор, передающий вращение хвостовика на дополнительную колонковую трубу в противоположном направлении вращения, а так же втулка, упирающаяся в упорный подшипник, установленный в обойму, закрепленную на основание, на том же основании закреплен электродвигатель, электропитание которого производится через регулятор скорости вращения.This goal is achieved in that a device for drilling hard rock comprising a core pipe, at the end of which a drill bit with heat-resistant cutters and an electric motor for rotating the pipe are fixed, while the device is equipped with an additional core pipe with a drill bit fixed to the end with heat-resistant cutters, inner diameter additional core pipe is larger than the outer diameter of the main core pipe and it is installed on top of the main core pipe, on the crown of the additional pipe, on its of the inner surface, a groove is made in which the rollers are inserted for rotation on the outer surface of the crown of the main core pipe, moreover, the free end of the additional core pipe abuts against the thrust bearing mounted in a cage fixed to the base, made in the form of a plate, and the free end of the main core the pipe is connected to a shank connected to the other end through a coupling with an electric motor shaft and a planetary gearbox is mounted on the shank, transmitting the rotation of the shank to tional core barrel in the opposite direction of rotation, as well as the sleeve, abutting a thrust bearing mounted in a holder fixed to a base, on the same basis is fixed a motor power which is produced by speed regulator.

Причем, режущие поверхности резцов направлены по направлению вращения коронок.Moreover, the cutting surfaces of the incisors are directed in the direction of rotation of the crowns.

А так же на торце дополнительной колонковой трубы, закрепленным в упорный подшипник, за местом крепления редуктора, по окружности трубы изготовлены перфорационные отверстия.And also at the end of the additional core pipe, mounted in a thrust bearing, behind the gearbox mounting point, perforations were made around the pipe circumference.

Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.Between the distinguishing features and the achieved technical result, there is the following causal relationship.

Одним из существенных признаков является снабжение устройства дополнительной колонковой трубой с буровой коронкой и резцами, наличие планетарного редуктора, вращающего резцы коронки дополнительной колонковой трубы встречно резцам коронки основной колонковой трубы дает возможность подрезать участок породы с двух сторон, что увеличивает производительность бурения. Наличие роликов вращения между трубами исключает их радиальное биение, а упор торцов колонковых труб в упорные подшипники при бурении берут осевую нагрузку на себя и исключают нагрузку на вал электродвигателя, что повышает надежность эксплуатации устройства.One of the essential features is the supply of the device with an additional core pipe with a drill bit and cutters, the presence of a planetary gear that rotates the crown cutters of the additional core pipe counter to the core cutters of the core core pipe makes it possible to cut a section of the rock on both sides, which increases drilling productivity. The presence of rotation rollers between the pipes eliminates their radial runout, and the emphasis of the ends of the core pipes in the thrust bearings during drilling takes the axial load on themselves and excludes the load on the motor shaft, which increases the reliability of the device.

Совокупность существенных признаков устройства, а именно конструкция элементов, наличие связи между элементами, взаимное расположение элементов, характеризуют заявленное решение как устройство для бурения твердых горных пород и достаточно для достижения технического результата - увеличения скорости бурения отверстий в твердых горных породах и повышает надежности работы устройстваThe set of essential features of the device, namely the design of the elements, the presence of communication between the elements, the relative positions of the elements characterize the claimed solution as a device for drilling hard rocks and is sufficient to achieve a technical result - increasing the speed of drilling holes in hard rocks and increases the reliability of the device

Сущность полезной модели заключается в том, что предлагаемая конструкция устройства для бурения твердых горных пород дает возможность подрезать участок породы с двух сторон, что в целом увеличивает скорость бурения отверстий в твердых горных породах. Изобретение поясняются чертежами.The essence of the utility model lies in the fact that the proposed design of a device for drilling solid rocks makes it possible to cut a section of rock from two sides, which generally increases the speed of drilling holes in solid rocks. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен разрез устройство для бурения твердых горных пород, на фиг. 2 - разрез устройства по А-А.In FIG. 1 shows a section through a device for drilling solid rocks, FIG. 2 is a sectional view of the device along AA.

Устройство для бурения твердых горных пород, Фиг. 1, включает в себя колонковую трубу 1, на торце которой закреплена буровая коронка 2 с термостойкими резцами 3. Устройство снабжено дополнительной колонковой трубой 4, с закрепленной на торце буровой коронкой 5 с термостойкими резцами 6. Внутренний диаметр колонковой трубы 4 больше внешнего диаметра основной колонковой трубы 1 и труба 4 установлена поверх основной колонковой трубы 1. Колонковые трубы выпускаются по ГОСТ Р 51682-2000. В качестве колонковой трубы 4 применяют следующий больший типоразмер трубы по ГОСТ, чем колонковая труба 1. В качестве коронок применяют твердосплавные коронки типа СА и СТ (Твердосплавные коронки. http://www.eztab.ru/index.php/catalog/34-drilling-tools/62-catalog, html). На внутренней поверхности коронки 5 изготовлен паз 7, в который вставлены ролики 8 вращения. Свободный торец трубы 4 упирается в упорный подшипник 9, установленный в обойму 10, закрепленную на основание 11, изготовленное в виде пластины. Упорные подшипники воспринимают осевые нагрузки и обеспечивают требуемое положение частей конструкции в продольном направлении. Упорные подшипники применяют в соответствии с ГОСТ7872 - 89 в корпусе (Корпус подшипника. Подшипниковые корпуса. Подшипниковые опоры. http://www.bergab.ru/skfbearingshous.shtml). На это же основание 11 закреплен электродвигатель 12 вращения трубы 1, а его вал 14 через соединительную муфту 15 соединен с хвостовиком 16, закрепленным к торцу основной колонковой трубы 1. В качестве соединительной муфты 15 целесообразно применять компенсирующую муфту по ГОСТ Р 50892 - 96, допускающую осевое и радиальное смещение валов. На хвостовик 16 установлен планетарный редуктор 17, см. Фиг. 2, осуществляющий вращение дополнительной колонковой трубы 4 в противоположном направлении вращению основной колонковой трубы 1. Планетарные редукторы - это механизмы в которых оси отдельных колес являются подвижными. Планетарные редукторы должны соответствовать ГОСТ 25022 - 81. На хвостовике 16 закреплена втулка 18, упирающаяся в упорный подшипник 19, установленный в обойму 20, закрепленную на основание 11. Электропитание электродвигателя 12 осуществляется от регулятора 21 скорости вращения. В качестве электродвигателя 12 могут применяться электродвигатели постоянного или переменного тока питающегося от регулятора 21 скорости вращения (Регулятор скорости двигателя постоянного тока. http://chipenable.ru//http://chipenable.ru/index.php/programming-avr/item/155. или Регулятор скорости переменного тока, https://tehnoobzor.com//schemes/automatics/850-regulyator-skorostidvigatelya-peremennogo-toka.html). На корпусе дополнительной колонковой трубы 4 изготовлены перфорационные отверстия 22.Device for drilling hard rocks, FIG. 1, includes a core pipe 1, at the end of which a drill bit 2 with heat-resistant cutters 3 is fixed. The device is equipped with an additional core pipe 4, with a drill bit 5 attached to the end with heat-resistant cutters 6. The inner diameter of the core pipe 4 is larger than the outer diameter of the main core pipes 1 and pipe 4 are installed on top of the main core pipe 1. Core pipes are produced in accordance with GOST R 51682-2000. As a core pipe 4, the following larger pipe standard size is used in accordance with GOST than core pipe 1. As the crowns, carbide crowns of the CA and ST type are used (Carbide crowns. Http://www.eztab.ru/index.php/catalog/34- drilling-tools / 62-catalog, html). On the inner surface of the crown 5, a groove 7 is made in which rotation rollers 8 are inserted. The free end of the pipe 4 abuts against the thrust bearing 9, mounted in a cage 10, mounted on a base 11, made in the form of a plate. Thrust bearings absorb axial loads and provide the required position of the structural parts in the longitudinal direction. Thrust bearings are used in accordance with GOST7872 - 89 in the housing (bearing housing. Bearing housings. Bearing bearings. Http://www.bergab.ru/skfbearingshous.shtml). An electric motor 12 for rotating the pipe 1 is fixed to the same base 11, and its shaft 14 is connected through a coupling 15 to a shank 16 fixed to the end of the main core pipe 1. As a coupling 15, it is advisable to use a compensating coupling according to GOST R 50892 - 96, allowing axial and radial displacement of the shafts. A planetary gear 17 is mounted on the shank 16, see FIG. 2, which rotates the additional core pipe 4 in the opposite direction to the rotation of the main core pipe 1. Planetary gearboxes are mechanisms in which the axles of the individual wheels are movable. Planetary gearboxes must comply with GOST 25022 - 81. A sleeve 18 is mounted on the shank 16, abutting against a thrust bearing 19, mounted in a cage 20, mounted on the base 11. The electric motor 12 is supplied from the speed controller 21. As the electric motor 12 can be used electric motors of direct or alternating current powered from a speed controller 21 (speed controller of a DC motor. Http://chipenable.ru //http://chipenable.ru/index.php/programming-avr/item / 155. Or AC speed controller, https://tehnoobzor.com//schemes/automatics/850-regulyator-skorostidvigatelya-peremennogo-toka.html). Perforation holes 22 are made on the housing of the additional core pipe 4.

Устройство работает следующим образом. Собирают устройство и прикрепляют его основание 11 к направляющим с возможностью возвратно-поступательного перемещения (на Фиг. не показано). Производят подключение регулятора 21 к электрической сети (на Фиг. не показано). После установки устройства в рабочее положение и его центрирования на поверхности горной породы, устройство подается вперед до касания резцами 3 и 6 поверхности породы, и включают регулятор 21. При продольном давлении на устройство начинается процесс бурения. Регулятором 21 устанавливают скорость вращения вала 14 электродвигателя 12, при этом критерием является максимальная скорость бурения. При вращении колонковых труб 1 и 4 с заданным числом оборотов, происходит интенсивное воздействии резцов 3 и 6 на горную породу и ее разрушение. Разрушение горной породы происходит за счет расположенных рядом и совершающих движение в противоположных направлениях резцов 3 и 6, которые оказывает равное и противоположно направленное силовое воздействие на горную породу. Это воздействие значительно повышает скорость бурения. За счет втулок 8, вращающихся в пазу 7 и обкатывающихся по поверхности коронки 2, сводятся к минимуму перекосы и радиальное биения колонковых труб 1 и 4, что важно для стабильной работы устройства. Осевые нагрузки, возникающие при бурении, и передающиеся колонковым трубам 1 и 4 гасятся в упорных подшипниках 9 и 19, защищая вал 14 от нагрузок. При этом осевая нагрузка трубы 1 передается на подшипник через втулку 18. При вращении труб 1 и 4 в зоне бурения возникает повышенное давление воздуха и осколки бурения в виде твердых частиц породы за счет воздуха поступающего в пространство через отверстия 22 не попадают в пространство между трубами 1 и 4. Удаление осколков из зоны резания происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении труб 1 и 4, часть продуктов затягиваются в полость трубы 1, а часть остается в затрубном пространстве трубы 4.The device operates as follows. Assemble the device and attach its base 11 to the guides with the possibility of reciprocating movement (Fig. Not shown). Connect the controller 21 to the electrical network (Fig. Not shown). After installing the device in the working position and centering it on the rock surface, the device moves forward until the cutters 3 and 6 touch the rock surface, and turn on the regulator 21. With longitudinal pressure on the device, the drilling process begins. The controller 21 sets the rotation speed of the shaft 14 of the motor 12, while the criterion is the maximum drilling speed. When the core pipes 1 and 4 rotate with a given number of revolutions, the cutters 3 and 6 are exposed to the rock intensively and its destruction. The destruction of the rock occurs due to the nearby and making the movement in opposite directions of the cutters 3 and 6, which has an equal and oppositely directed force on the rock. This effect significantly increases the drilling speed. Due to the bushings 8, rotating in the groove 7 and rolling around the surface of the crown 2, distortions and radial runout of the core pipes 1 and 4 are minimized, which is important for the stable operation of the device. Axial loads arising during drilling and transmitted to core pipes 1 and 4 are absorbed in thrust bearings 9 and 19, protecting the shaft 14 from loads. In this case, the axial load of the pipe 1 is transmitted to the bearing through the sleeve 18. When the pipes 1 and 4 rotate in the drilling zone, increased air pressure occurs and drilling fragments in the form of solid rock particles due to air entering the space through the holes 22 do not enter the space between the pipes 1 and 4. The removal of fragments from the cutting zone is due to centrifugal forces arising from the rotation of the pipes 1 and 4, part of the products are drawn into the cavity of the pipe 1, and some remain in the annulus of the pipe 4.

Заявляемое устройство обеспечивает возможность увеличить скорость бурения твердых горных пород при уменьшенных нагрузках на элементах устройства.The inventive device provides the ability to increase the drilling speed of solid rocks with reduced loads on the elements of the device.

Предложенное устройство может найти экономически целесообразное практическое применение для бурения твердых горных пород не только малых, но и больших диаметров скважин с выбуриванием гранитных валов, используемых в камнедобывающей и бумагоделательной промышленностях.The proposed device can find economically feasible practical application for drilling hard rocks of not only small but also large diameters of wells with drilling granite shafts used in the stone mining and paper industries.

Claims

1. A device for drilling solid rocks, comprising a core pipe, at the end of which a drill bit with heat-resistant cutters is fixed, and a pipe rotation electric motor, characterized in that the device is equipped with an additional core pipe with a drill bit fixed to the end with heat-resistant cutters, an inner diameter of an additional core the pipe is larger than the outer diameter of the main core pipe and it is installed on top of the main core pipe, on the crown of the additional pipe on its inner surface and a groove is prepared in which the rollers are inserted for rotation on the outer surface of the crown of the main core pipe, and the free end of the additional core pipe abuts against a thrust bearing mounted in a cage fixed to the base, made in the form of a plate, and the free end of the main core pipe is connected to the shank connected to the other end through a coupling with an electric motor shaft and a planetary gear is mounted on the shank, transmitting the rotation of the shank to an additional core pipe in the opposite direction of rotation, as well as the sleeve, abutting a thrust bearing mounted in a holder fixed to a base, on the same basis it is fixed a motor power which is produced by speed regulator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the cutting surfaces of the cutters are directed in the direction of rotation of the crowns.

3. The device according to claim 1, characterized in that perforations are made at the end of the additional core tube fixed to the thrust bearing behind the gearbox mounting point around the pipe circumference.