Изобретение относится к ударным механизмам, используемым в качестве буровых устройств для проходки скважин в горной промышленности при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых.The invention relates to percussion mechanisms used as drilling devices for sinking wells in the mining industry during underground and open-cast mining of mineral deposits.
При проходке таких скважин ударный механизм располагают непосредственно у забоя скважины и по ставу бурильных труб к механизму подводят сжатый воздух или воздушно-водяную смесь (далее - энергоноситель).When such wells are drilled, the percussion mechanism is placed directly at the bottom of the well, and compressed air or air-water mixture (hereinafter referred to as the energy carrier) is supplied to the mechanism by the set of drill pipes.
Известна конструкция пневмоударника, разработанного по авт. свид. СССР №184761 МПК Е 21 С от 7.04.1964 г., опубликованному в Б.И. №16, 1966 г.Known design hammer, developed by ed. testimonial. USSR No. 184761 IPC E 21 C dated 7.04.1964, published in B.I. No. 16, 1966
Он содержит цилиндр без радиальных и продольных каналов в его теле, поршень, воздухораспределительное устройство с центральным трубчатым штоком-золотником, выполненным с радиальными каналами для подвода энергоносителя, входящим в отверстие поршня и осуществляющим распределение энергоносителя через радиальные каналы в поршне и продольные вырезы на его наружной поверхности, и инструмент с центральным каналом для выхлопа отработанного энергоносителя.It contains a cylinder without radial and longitudinal channels in its body, a piston, an air distribution device with a central tubular spool-rod made with radial channels for supplying energy, entering the piston hole and distributing energy through radial channels in the piston and longitudinal cutouts on its outer surface, and a tool with a central channel for exhaust exhaust energy.
Для автоматического выключения пневмоударника с продолжением продувки скважины при отсутствии контакта инструмента конец штока-золотника выполнен меньшего диаметра, а тело цилиндра имеет кольцевую проточку, являющуюся частью камеры обратного хода.For automatic shutdown of the hammer with continued purging of the well in the absence of tool contact, the end of the spool-rod is made of a smaller diameter, and the cylinder body has an annular groove, which is part of the reverse chamber.
В этом и заключается главный недостаток аналога, так как примерно 40% энергоносителя выходит в забой не только при выключении пневмоударника и продолжении продувки скважины, но и в периоды обратного и рабочего хода поршня, не производя полезного воздействия на поршень.This is the main disadvantage of the analogue, since about 40% of the energy source goes into the face not only when the hammer is turned off and the well is purged, but also during periods of return and stroke of the piston without producing a beneficial effect on the piston.
Указанный недостаток устранен в пневмоударнике по заявке №2002111893/0,3(012474) от 06.05.2002 г., по которой имеется положительное решение о выдаче патента на изобретение.This drawback was eliminated in the hammer by application No. 2002111893 / 0.3 (012474) dated 05.06.2002, according to which there is a positive decision to grant a patent for an invention.
Этот пневмоударник является наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению и принят в качестве прототипа.This hammer is the closest in technical essence and the achieved results to this invention and adopted as a prototype.
Он содержит цилиндр, соединенный с одной стороны с переходником, имеющим центральное отверстие, с другой стороны - с головкой с закрепленным в ней долотом, расположенный внутри цилиндра с образованием полостей, одна из которых обращена к головке, а другая - к переходнику, поршень с центральным каналом, который выполнен с утолщением и имеет ударную часть, выполненную с возможностью вхождения в осевой канал головки, а в утолщенной части поршня в его центральном канале выполнены расточки и размещен золотник, пружину, установленную между переходником и торцом поршня для прижатия его к хвостовику долота, при этом поршень снабжен хвостовиком, установленным с возможностью вхождения в центральное отверстие переходника, а в центральном канале поршня выполнены расточки, расположенные в три яруса, причем ближняя и дальняя расточки F-образными каналами соединены между собой и с полостью цилиндра, обращенной к головке, средняя расточка -образными каналами соединена с полостью цилиндра, обращенной к переходнику, при этом золотник выполнен трубчатым и имеет внутри сплошную перегородку и боковые окна по обе стороны от перегородки, причем ближние к переходнику окна до перегородки совмещены с ближней к переходнику расточкой, а окна за перегородкой совмещены со средней расточкой, дальняя расточка перекрыта цилиндрической поверхностью золотника, при этом над ближними к переходнику окнами на наружной поверхности золотника образован кольцевой буртик, который разделяет ближнюю к переходнику расточку на две полости, одна из которых, обращенная к торцу хвостовика поршня, сообщена с выточкой поршня, а другая полость сообщена с F-образными каналами, причем буртик золотника прижат к торцу хвостовика поршня пружиной, расположенной между трубчатым золотником и внутренним уступом, образованным в месте уменьшения диаметра центрального канала поршня.It contains a cylinder connected on one side with an adapter having a central hole, on the other hand with a head with a chisel fixed in it, located inside the cylinder with the formation of cavities, one of which faces the head, and the other - to the adapter, the piston with the central the channel, which is made with a thickening and has a shock part made with the possibility of entering the axial channel of the head, and in the thickened part of the piston in its central channel, bores are made and a spool is placed, a spring installed between the the piston rod and end face to press it against the bit of the chisel, while the piston is equipped with a shank that can be inserted into the central hole of the adapter, and bores located in three tiers are made in the central channel of the piston, the near and far bores are F-shaped channels connected between by itself and with the cylinder cavity facing the head, middle bore 
Основным недостатком прототипа является недостаточная надежность работы узла распределения энергоносителя, обусловленная тем, что поршень и хвостовик выполнены составными и соединены между собой резьбою. В ударном режиме работы при частоте ударов 1500-2000 ударов в минуту очень трудно обеспечить надежность резьбового соединения, так как в процессе вибрации резьбовые соединения ослабляются и развинчиваются, при ослаблении и ударах резьба деформируется и выходит из строя, не может обеспечить требуемую соосность соединения и надежную работу трубчатого золотника.The main disadvantage of the prototype is the lack of reliability of the node distribution of energy, due to the fact that the piston and the shank are made integral and interconnected by a thread. In the shock mode of operation at a shock frequency of 1500-2000 beats per minute, it is very difficult to ensure the reliability of the threaded joint, since during vibration the threaded joints loosen and loosen, when loosened and impacts, the thread is deformed and malfunctioning, cannot provide the required joint alignment and reliable the work of the tubular spool.
Задача изобретения заключается в исключении указанного недостатка - устранении резьбового соединения хвостовика с поршнем.The objective of the invention is to eliminate this drawback - to eliminate the threaded connection of the shank with the piston.
Это достигается тем, что предлагаемый пневмоударник содержит цилиндр, переходник с перегородкой, имеющей периферийные и центральное отверстия, соединенный с цилиндром, с другой стороны цилиндр соединен с головкой, в осевом канале которой установлено долото и выполнены наклонные каналы для подачи в забой скважины энергоносителя, внутри цилиндра с образованием полостей размещены поршень, имеющий ударную часть, установленную с возможностью вхождения ее в осевой канал головки, и хвостовик с продольными вырезами, который входит в центральный канал клапанной коробки, закрепленной в полости между поршнем и переходником и имеющий внутри трубчатый распределитель энергоносителя с кольцевым буртиком и боковыми окнами, в полости между клапанной коробкой и торцом поршня установлена рабочая пружина, прижимающая ударную часть поршня к хвостовику долота, поршень выполнен с утолщением в средней части и центральным каналом, внутри которого образованы две расточки, расположенные одна над другой, первая расточка -образным каналом до начала работы соединена с полостью под поршнем, вторая расточка -образным каналом соединена с полостью над поршнем, внутри центрального канала поршня размещен трубчатый золотник, имеющий перегородку и боковые окна по обе стороны от перегородки, причем окна до перегородки до начала работы пневмоударника перекрыты цилиндрической поверхностью центрального канала поршня, а окна за перегородкой совмещены с ближней к клапанной коробке расточкой, для этого в центральном канале установлены упоры, снизу золотника расположена пружина, один конец которой упирается в нижний торец золотника, а второй конец - во внутренний уступ, образованный в месте уменьшения диаметра центрального канала, для ограничения рабочего и холостого хода поршня в цилиндре выполнены сквозные щелевые отверстия, клапанная коробка выполнена ступенчатой формы, большая ступень которой обращена к поршню, внутри ее выполнен ступенчатый центральный канал, больший диаметр которого выполнен в ступени большого диаметра, а меньший диаметр - в ступени меньшего диаметра, с внутренней стороны канала меньшего диаметра выполнена расточка, которая радиальными отверстиями соединена с полостью цилиндра и каналом ступени меньшего диаметра клапанной коробки, с обоих торцов ступени большего диаметра попарно в диаметральных плоскостях выполнены -образные каналы, которые выходят внутрь канала ступени большего диаметра на одном и том же расстоянии от торца, обращенного к поршню, в нерабочем положении пневмоударника все выходы -образных каналов полностью перекрываются буртиком трубчатого распределителя энергоносителя, установленного в канале большего диаметра с возможностью вхождения его открытого конца меньшего диаметра в центральный канал хвостовика поршня, второй, закрытый с торца конец распределителя энергоносителя, обращенный к переходнику, тонким стержнем соединен с перегородкой переходника и поджат пружиной так, чтобы окна, выполненные в ступени меньшего диаметра распределителя энергоносителя, в нерабочем положении совпадали с расточкой меньшего диаметра, верхняя часть полости канала большего диаметра распределителя энергоносителя, неперекрытая буртиком, дренажным отверстием соединена с атмосферой.This is achieved by the fact that the proposed hammer comprises a cylinder, an adapter with a partition having peripheral and central holes connected to the cylinder, on the other hand, the cylinder is connected to the head, in the axial channel of which a bit is installed and inclined channels are made for supplying the energy carrier to the bottom of the hole, inside the cylinder with the formation of cavities placed a piston having a shock part mounted with the possibility of entering it in the axial channel of the head, and a shank with longitudinal cuts, which is included in the Central the channel channel of the valve box, mounted in the cavity between the piston and the adapter and having a tubular energy distributor inside with an annular collar and side windows, a working spring is installed in the cavity between the valve box and the piston end, pressing the piston shock part to the bit end, the piston is made thicker in the middle part and the central channel, inside of which two bores are formed, located one above the other, the first bore 
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез пневмоударника с расположением его деталей в нерабочем положении.The invention is illustrated by the drawing, which shows a vertical section of the hammer with the location of its parts in the idle position.
Пневмоударник содержит: цилиндр 1, переходник 2 с перегородкой 3, имеющей периферийные отверстия 4 и осевое отверстие 5, соединенный с цилиндром, с другой стороны, цилиндр 1 соединен с головкой 6, в осевом канале 7 которой установлено долото 8 и выполнены наклонные каналы 9 для подачи в забой скважины отработанного энергоносителя, внутри цилиндра 1 с образованием полостей 10 и 11 размещен поршень 12, имеющий ударную часть 13, установленную с возможностью вхождения ее в осевой канал 7 головки, и хвостовик 14 с продольными вырезами 15, который входит в центральный канал 16 клапанной коробки 17, закрепленной в полости 10 между поршнем 12 и переходником 2 муфтой 18 и имеющей внутри трубчатый распределитель 19 энергоносителя с кольцевым буртиком 20 и боковыми окнами 21, в полости, образованной между клапанной коробкой 17 и торцом поршня 12, установлена рабочая пружина 22, прижимающая ударную часть 13 к хвостовику 23 долота 8, поршень 12 выполнен с утолщением в средней части и центральным каналом 24, внутри которого образованы две расточки одна над другой 25 и 26, при этом расточка 25 - образным каналом соединена с полостью 11, а расточка 26 - образным каналом соединена с полостью 10, внутри центрального канала 24 размещен трубчатый золотник 27, имеющий перегородку 28 и боковые окна 29 до перегородки и 30 за перегородкой, причем в исходном положении до начала работы окна 29 перекрыты цилиндрической поверхностью центрального канала 24, а окна 30 совмещены с ближней к клапанной коробке 17 расточкой 25, для этого в центральном канале 24 установлены ограничительные упоры 31, а снизу золотника 27 расположена пружина 32, один конец которой упирается в нижний торец золотника 33, а второй конец во внутренний уступ 34, образованный в месте уменьшения диаметра центрального канала 24, для ограничения рабочего и холостого хода поршня в цилиндре 1 выполнены сквозные щелевые отверстия 35 и 36, клапанная коробка 17 имеет ступенчатую форму, внутри нее выполнен ступенчатый центральный канал, большая ступень 16 которого обращена к поршню 12, а меньшая 37 - к переходнику 2, с внутренней стороны канала 37 выполнена расточка 38, которая радиальными отверстиями 39 соединена с полостью 40 цилиндра 1 между ступенью меньшего диаметра клапанной коробки 17 и переходником 2, с обоих торцов ступени большего диаметра выполнены -образные каналы, которые выходят внутрь канала 16 большей ступени на одном и том же расстоянии от торца, обращенного к поршню 12, в ступенчатом канале 16 клапанной коробки 17 установлен трубчатый распределитель 19 энергоносителя, открытый торец 41 которого входит в центральный канал 2 хвостовика 14 поршня 12, второй закрытый торец 42, обращенный к переходнику 2, тонким стержнем 43 соединен с ним и поджат пружиной 44 так, чтобы окна 45, выполненные в ступени 46 меньшего диаметра распределителя 19, в нерабочем положении пневмоударника совпадали с расточкой 38 клапанной коробки 17, кроме этого на наружной цилиндрической поверхности распределителя 19 выполнен кольцевой буртик 20, расстояние его от открытого торца 41 и высота выполнены так, что он в нерабочем положении полностью перекрывает все выходы 47 -образных каналов в центральный канал 16 большей ступени клапанной коробки 17, верхняя часть полости канала 16, не перекрытая буртиком 20, дренажным отверстием 48 соединена с атмосферой.The hammer includes: cylinder 1, adapter 2 with a baffle 3 having peripheral holes 4 and an axial hole 5 connected to the cylinder, on the other hand, cylinder 1 is connected to a head 6, in the axial channel 7 of which a bit 8 is installed and inclined channels 9 are made for supplying the spent energy to the bottom of the well, inside the cylinder 1 with the formation of cavities 10 and 11 there is a piston 12 having a shock part 13 installed with the possibility of entering it in the axial channel 7 of the head, and a shank 14 with longitudinal cutouts 15, which is included in the price the channel 16 of the valve box 17, fixed in the cavity 10 between the piston 12 and the adapter 2 of the clutch 18 and having a tubular energy distributor 19 with an annular collar 20 and side windows 21, in the cavity formed between the valve box 17 and the end of the piston 12, is installed working spring 22, pressing the shock part 13 to the shank 23 of the bit 8, the piston 12 is made with a thickening in the middle part and the Central channel 24, inside of which two bores are formed one above the other 25 and 26, while the bore 25
Предлагаемый пневмоударник работает следующим образом. Для проходки скважины переходник 2 соединяют с буровым ставом станка (на чертеже они не показаны), который вращает и прижимает к забою долото 8. Внутрь труб бурового става подают энергоноситель (сжатый воздух или воздушно-водяную смесь), который по периферийным отверстиям 4 под сетевым давлением поступает в полость между перегородкой 3 переходника 2 и клапанной коробкой 17, идет в кольцевую полость 40, через окна 39, расточку 38 и окна 45 в распределителе энергоноситель 19 проникает в его центральный канал, далее в центральный канал 24 поршня 12, в канал трубчатого золотника 27, давит на перегородку 28 сверху и смещает золотник 27 вниз до совмещения окон 29 до перегородки с расточкой 25 поршня 12 и -образными каналами, ведущими в подпоршневую полость 11, при этом окна 30 будут совмещены с расточкой 26 и -образными каналами, ведущими в надпоршневую полость 10, поступая в полость 11 под давлением энергоноситель будет поднимать поршень 12 вверх, сжимая рабочую пружину 22 и вытесняя из полости 10 отработавший энергоноситель в центральный канал 24 поршня 12 и наклонные каналы 9 в головке 6, на забой скважины для удаления разрушаемой породы. Это холостой ход поршня 12. По мере продвижения вверх и сжатия рабочей пружины 22 скорость поршня 12 замедляется. В конце холостого хода при низкой скорости хвостовик 14 поршня 12, вытесняя из центрального канала 16 энергоноситель по продольным вырезам 15, подходит вплотную к буртику 20 и приподнимает его, приоткрывая выходы 47 -образных каналов в центральный канал 16 клапанной коробки 17, в тот же момент энергоноситель под давлением устремится под буртик 20 и перебросит его вверх, так как над буртиком давление будет равно давлению затрубного пространства (из-за наличия их связи дренажным отверстием 48). Окна 45 распределителя 19 энергоносителя будут закрыты, пружина 44 сжата, а энергоноситель под сетевым давлением будет поступать по -образным каналам и центральному каналу 16 в надпоршневую полость 10 по наикратчайшему пути.The proposed hammer works as follows. For the sinking of the well, adapter 2 is connected to the drilling rig of the machine (they are not shown in the drawing), which rotates and presses the bit 8. The energy carrier (compressed air or air-water mixture) is supplied inside the pipes of the drill stem, which is supplied through peripheral holes 4 under the network the pressure enters the cavity between the partition 3 of the adapter 2 and the valve box 17, goes into the annular cavity 40, through the windows 39, the bore 38 and the windows 45 in the distributor, the energy carrier 19 penetrates into its central channel, then into the central channel 24 of the piston 12, into the channel l of tubular spool 27, presses on the baffle 28 from the top and shifts the spool 27 down until the windows 29 are aligned with the bore 25 of the piston 12 and 
В то же время нижний торец поршня 12 откроет щелевое отверстие 36 и давление энергоносителя в полости 11 резко упадет, при этом упадет оно и в верхней полости золотника 27 над перегородкой 28, поэтому сжатая пружина 32 перебросит золотник 27 вверх до упора в ограничители 31, полость 11 под поршнем 12 будет соединена с забоем через -образные каналы, расточку 26, центральный канал 24 и наклонные каналы 9 в головке 6, начнется рабочий ход поршня вниз, ему будет способствовать и сжатая рабочая пружина 22. В конце рабочего хода ударная часть 13 нанесет по хвостовику 23 резкий удар и все детали пневмоударника займут положение, показанное на чертеже.At the same time, the bottom end of the piston 12 will open the slit hole 36 and the pressure of the energy carrier in the cavity 11 will drop sharply, while it will also drop in the upper cavity of the spool 27 above the partition 28, so the compressed spring 32 will throw the spool 27 up to the stop in the stops 31, the cavity 11 under the piston 12 will be connected to the bottom through -shaped channels, a bore 26, a central channel 24 and inclined channels 9 in the head 6, the piston downward stroke will begin, and a compressed working spring 22 will contribute to it. At the end of the stroke, the shock part 13 will strike a sharp shank 23 and all the details of the hammer will take the position shown in the drawing.
Как следует из описания и чертежа, предлагаемый пневмоударник обладает очень надежной конструкцией:As follows from the description and drawing, the proposed hammer has a very reliable design:
1) поршень его представлен одной деталью, цельной, неразъемной;1) its piston is represented by one piece, one-piece, one-piece;
2) трубчатый золотник выполнен укороченным и легким, что обеспечивает его небольшую массу и малую инертность, а это очень важное свойство при частых переключениях;2) the tubular spool is made shortened and lightweight, which ensures its small mass and low inertness, and this is a very important property with frequent switching;
3) пневмоударник оснащен оригинальной клапанной коробкой надежно закрепленной в цилиндре, все каналы, проточки и окна в ней могут быть выполнены достаточно большого сечения, что обеспечит низкие аэродинамические сопротивления при работе, особенно при подаче энергоносителя в надпоршневую полость при рабочем ходе, исключит засорение каналов частицами малого размера, которые могут находиться в энергоносителе;3) the hammer is equipped with an original valve box securely fixed in the cylinder, all channels, grooves and windows in it can be made of a sufficiently large cross section, which will provide low aerodynamic drags during operation, especially when the energy carrier is supplied to the supra-piston cavity during the working stroke, it will prevent particles from clogging the channels small size that can be in the energy carrier;
4) переключение с холостого хода на рабочий обладает очень высокой надежностью, оно практически неизбежно, может легко регулироваться как по силе механического импульса на буртик распределителя, так и по величине хода, столь же неизбежно и переключение золотника с рабочего на холостой ход. Принцип действия и надежность работы основных узлов пневмоударника многократно проверены нами в лабораторных и производственных условиях при разработке и внедрении устройств для буровых станков и инструмента для подземных и открытых работ.4) switching from idle to working has a very high reliability, it is almost inevitable, can be easily adjusted both by the strength of the mechanical impulse to the bead of the distributor, and by the magnitude of the stroke, switching the spool from the worker to idle is just as inevitable. The principle of operation and the reliability of the main components of the hammer have been repeatedly tested by us in laboratory and production conditions during the development and implementation of devices for drilling rigs and tools for underground and open work.
