RU2054542C1

RU2054542C1 - Drilling machine

Info

Publication number: RU2054542C1
Application number: RU93006276A
Authority: RU
Inventors: В.Т. Дмитриев; В.А. Талалаенко; С.В. Дмитриев; Н.Б. Ситников
Original assignee: Уральский горный институт им. В.В.Вахрушева
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: drilling machine body accommodates cylinder liner with piston which consists of the upper part and lower part. Inner surfaces of pistons are concave in shape and form closed cavity filled with fluid in which electrodes are immersed. Spring is installed above upper part of piston in cylinder liner. Lower part of piston transforms into striker. Rotary motion is transmitted through reducing gear. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к буровому оборудованию и может быть использовано, в частности, в горнорудной промышленности. The invention relates to drilling equipment and can be used, in particular, in the mining industry.

Известны бурильные машины вращательно-ударного действия (например, перфоратор ручной ПР-27В), состоящие из цилиндра, геликоидального стержня, поршня-ударника и буровращателя [1]
Недостатком таких бурильных машин является малый КПД. Кроме того, в бурильных машинах типа ПР-27В сила удара бойка ограничивается габаритами цилиндра, не регулируется и не является оптимальной.Known rotary-impact boring machines (for example, manual puncher PR-27V), consisting of a cylinder, a helicoidal rod, a piston-hammer and a rotary drill [1]
The disadvantage of such drilling machines is low efficiency. In addition, in drilling machines of the PR-27V type, the impact force of the hammer is limited by the dimensions of the cylinder, is not adjustable, and is not optimal.

Значительно более эффективными бурильными машинами являются машины, использующие в своей конструкции энергию электрогидравлического эффекта, высвобождающуюся при высоковольтном электрическом разряде в замкнутой полости, заполненной жидкостью. Significantly more efficient drilling machines are machines that use the energy of the electro-hydraulic effect in their design, which is released during a high-voltage electric discharge in a closed cavity filled with liquid.

К такому типу бурильных машин относится электрогидравлический рыхлитель конструкции КИСИ [2] принятый за прототип. Машина КИСИ включает корпус, в котором размещена гильза цилиндра с установленным в ней поршнем, образующая с ним полость, заполненную жидкостью. В боковой поверхности корпуса имеются два отверстия для электродов, размещенных в полости с жидкостью. This type of drilling machine includes an electro-hydraulic cultivator design KISI [2] adopted as a prototype. The KISI machine includes a housing in which a cylinder liner with a piston installed in it is placed, forming with it a cavity filled with liquid. In the side surface of the housing there are two holes for electrodes placed in the cavity with the liquid.

Недостатком этой машины является неэффективное использование энергии электрогидравлического эффекта, что приводит к снижению КПД машины. Это обусловлено тем, что при прохождении электрического разряда в жидкости эффект ударной волны имеет объемный характер и, следовательно, воздействует не только на поршень, но и на стенки и крышку цилиндра, т.е. используется менее половины ударного фронта волны. The disadvantage of this machine is the inefficient use of energy of the electro-hydraulic effect, which leads to a decrease in the efficiency of the machine. This is due to the fact that during the passage of an electric discharge in a liquid, the shock wave effect has a volume character and, therefore, affects not only the piston, but also the walls and the cylinder cover, i.e. less than half of the shock front of the wave is used.

Целью изобретения является повышение эффективности бурильной машины. The aim of the invention is to increase the efficiency of the drilling machine.

Цель достигается тем, что в бурильной машине, содержащей корпус с редуктором привода вращения и гильзой цилиндра, в котором размещен связанный с ударником поршень, а также заполненную жидкостью полость с расположенными в ней электродами, поршень выполнен из двух частей, одна из которых подпружинена относительно коpпуса, а вторая связана с ударником, при этом обращенные друг к другу торцовые поверхности частей поршня выполнены вогнутыми и образуют между собой и внутренними стенками гильзы цилиндра полость для размещения в последней электродов. The goal is achieved by the fact that in a drilling machine comprising a housing with a rotation drive gearbox and a cylinder liner in which a piston connected to the drummer is located, as well as a fluid-filled cavity with electrodes located in it, the piston is made of two parts, one of which is spring-loaded relative to the housing and the second is connected with the hammer, while the end surfaces of the piston parts facing each other are concave and form a cavity between themselves and the inner walls of the cylinder liner for placement in the latter childbirth.

Возмущающее усилие, возникающее в жидкости при высоковольтном разряде, носит объемный характер с очень крутым фронтом. Эффективность его использования и КПД зависят от формы и величины поверхности поршня. Так, выполнение торцовой поверхности поршня вогнутой позволяет увеличить поверхность поршня без увеличения его диаметра, что позволяет более полно использовать объемный гидродинамический эффект. Кроме того, в предлагаемом техническом решении поршень состоит из двух частей. При гидродинамическом ударе части поршня перемещаются в противоположных направлениях. The perturbing force arising in a liquid during a high-voltage discharge is volumetric in nature with a very steep front. The effectiveness of its use and efficiency depends on the shape and size of the piston surface. So, the execution of the end surface of the piston concave allows you to increase the surface of the piston without increasing its diameter, which allows you to more fully use the volumetric hydrodynamic effect. In addition, in the proposed technical solution, the piston consists of two parts. With hydrodynamic shock, parts of the piston move in opposite directions.

Часть поршня, связанная с ударником, перемещаясь, наносит удар по рабочему инструменту. Другая часть поршня перемещается в противоположном направлении, при этом ее кинематическая энергия превращается в потенциальную энергию сжимаемой пружины. Затем происходит обратное преобразование энергий, за счет чего происходит дополнительный удар, что повышает эффективность работы машины. The part of the piston associated with the hammer, moving, strikes the working tool. The other part of the piston moves in the opposite direction, while its kinematic energy is converted into the potential energy of a compressible spring. Then there is a reverse transformation of energies, due to which an additional blow occurs, which increases the efficiency of the machine.

На чертеже схематично представлена бурильная машина в разрезе. The drawing schematically shows a drilling machine in section.

Бурильная машина содержит корпус 1 с размещенной в нем гильзой цилиндра 2, внутри которой находится цилиндрический поршень, состоящий из частей 3 и 4, имеющих вогнутые торцовые поверхности, образующие совместно с внутренними стенками гильзы цилиндра полость 5. В этой полости, заполненной жидкостью, размещены электроды 6, которые подключаются к внешнему источнику электроэнергии (на чертеже не показан). Жидкость заливается в полость 5 через гидропробку 7, снабженную клапаном 8. The drilling machine comprises a housing 1 with a cylinder liner 2 located inside it, inside which there is a cylindrical piston consisting of parts 3 and 4 having concave end surfaces that form a cavity 5 together with the inner walls of the cylinder liner. Electrodes are placed in this cavity filled with liquid 6, which are connected to an external source of electricity (not shown in the drawing). The fluid is poured into the cavity 5 through the hydraulic plug 7, equipped with a valve 8.

Часть 4 поршня связана с ударником 9, взаимодействующим с хвостовиком рабочего инструмента 10. Между частью 4 поршня и корпусом 1 помещена резиновая прокладка 11, а между частью 3 поршня и корпусом установлена пружина 12. Вращение рабочего инструмента осуществляется двигателем 13 через редуктор 14. Part 4 of the piston is connected with the hammer 9, interacting with the shank of the working tool 10. Between part 4 of the piston and the body 1, a rubber gasket 11 is placed, and a spring 12 is installed between the part 3 of the piston and the body. The rotation of the working tool is carried out by the engine 13 through the gearbox 14.

Бурильная машина работает следующим образом. The drilling machine operates as follows.

При подаче разности потенциалов на электроды 6, размещенные в жидкости, между ними возникает искра электрического разряда. Так как при высоковольтном электрическом разряде жидкость не сжимается, то энергия ударной волны вызывает перемещение обеих частей поршня в противоположные стороны. Часть 4 поршня, перемещаясь в сторону хвостовика рабочего инструмента 10, воздействует на него через ударник 9, заставляя рабочий инструмент совершать полезную работу разрушения породы. Энергия перемещения части 3 поршня преобразуется в потенциальную энергию сжимаемой пружины 12, которая, разжимаясь, толкает часть 3 поршня и через часть 4 поршня и ударник 9 передает энергию удара хвостовику рабочего инструмента, повышая тем самым КПД бурильной машины. Резиновая прокладка 11 предотвращает утечку жидкости из машины. When applying the potential difference to the electrodes 6 placed in the liquid, a spark of electric discharge arises between them. Since the liquid does not compress during a high-voltage electric discharge, the energy of the shock wave causes both parts of the piston to move in opposite directions. Part 4 of the piston, moving towards the shank of the working tool 10, acts on it through the hammer 9, forcing the working tool to do the useful work of rock destruction. The energy of movement of the piston part 3 is converted into the potential energy of the compressible spring 12, which, unclenching, pushes the piston part 3 and through the piston part 4 and the hammer 9 transfers the impact energy to the tool shank, thereby increasing the efficiency of the drilling machine. The rubber gasket 11 prevents fluid from escaping from the machine.

Жидкость в полости 5 находится под давлением, несколько превышающим атмосферное, что позволяет при любом пространственном положении бурильной машины обеспечить хороший контакт ударника 9 с хвостовиком рабочего инструмента. The fluid in the cavity 5 is at a pressure slightly higher than atmospheric, which allows for any spatial position of the drilling machine to ensure good contact of the hammer 9 with the shank of the working tool.

Энергию ударного импульса можно регулировать, изменяя величину напряжения, подводимого к электродам 6, или емкость конденсатора в схеме питания. Частоту следования импульсов несложно регулировать, изменяя величину межискрового промежутка. В простейшем случае это можно осуществить с помощью набора свечей с различной длиной электрода. The energy of the shock pulse can be adjusted by changing the magnitude of the voltage supplied to the electrodes 6, or the capacitance of the capacitor in the power circuit. The pulse repetition rate is easy to adjust by changing the magnitude of the spark gap. In the simplest case, this can be done using a set of candles with different electrode lengths.

Вогнутая торцовая поверхность поршня значительно увеличивает площадь активной зоны рабочей поверхности, в результате чего энергия электрогидравлического эффекта используется с наибольшим КПД. Кроме того, непосредственное превращение электрической энергии в механическую является несомненным достоинством предлагаемой конструкции бурильной машины. The concave end surface of the piston significantly increases the area of the active zone of the working surface, as a result of which the energy of the electro-hydraulic effect is used with the highest efficiency. In addition, the direct conversion of electrical energy into mechanical energy is an undoubted advantage of the proposed design of the drilling machine.

Таким образом, бурильная машина предлагаемой конструкции имеет более высокий КПД по сравнению с прототипом, достигаемый за счет увеличения рабочей поверхности поршня без увеличения его геометрических размеров. Кроме того, использование потенциальной энергии сжатия пружины и преобразование в кинематическую энергию удара по хвостовику рабочего инструмента дополнительно повышают эффективность и КПД бурильной машины. Конструкция бурильной машины позволяет в значительных пределах изменять как мощность, так и частоту возмущающих усилий, что расширяет область ее применения. Thus, the drilling machine of the proposed design has a higher efficiency compared to the prototype, achieved by increasing the working surface of the piston without increasing its geometric dimensions. In addition, the use of the potential energy of compression of the spring and the conversion into kinematic energy of the impact on the shank of the working tool further increase the efficiency and efficiency of the drilling machine. The design of the drilling machine allows to significantly vary both the power and the frequency of disturbing forces, which expands the scope of its application.

Claims

A DRILLING MACHINE, comprising a housing with a rotation drive gearbox and a cylinder liner, in which a piston is connected with a hammer, a fluid-filled cavity with electrodes located in the cavity, characterized in that the piston is made of two parts, one of which is spring loaded relative to the housing, and the second is connected with a hammer, while the end surfaces of the piston parts facing one another are concave and form a cavity between themselves and the inner walls of the cylinder liner for placement in the last electrodes.