RU2296850C1

RU2296850C1 - Perforator

Info

Publication number: RU2296850C1
Application number: RU2005132349/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер (RU); Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер; Владимир Анатольевич Пивнев (RU); Владимир Анатольевич Пивнев; Галина Владимировна Соколова (RU); Галина Владимировна Соколова; Кирилл Александрович Лукашев (RU); Кирилл Александрович Лукашев; Михаил Юрьевич Непран (RU); Михаил Юрьевич Непран; Андрей Ярославович Бурак (RU); Андрей Ярославович Бурак
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-10

Abstract

FIELD: mining and construction industries.

SUBSTANCE: invention can be used for drilling bore holes in any rocks with hard inclusions, for instance, apatite nepheline ore. Proposed perforator contains rock breaking tool-bar with crow bit, housing accommodating rotary mechanism and twin hammer consisting of main and auxiliary strikers, air distributing system, rotary and end boxes. Auxiliary striker is installed in guides. Its section has from of polyhedron, and ratio of striker length L to its width b is chosen from L/b>1.5. Ratio of masses of twin hammer and bar should satisfy condition m₂>m₁(2R+R²).

EFFECT: increased efficiency of impact.

6 dwg

Description

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может применяться для бурения шпуров в любых многоструктурных породах с твердыми включениями, например, апатитонефелиновой руды.The invention relates to the mining and construction industries and can be used for drilling holes in any multi-structural rocks with solid inclusions, for example, apatitonefelinny ore.

Известен двухпоршневой перфоратор (а.с. №140228, М. кл. Е 21 С 3/04, БИ №7, 1989), включающий корпус, два поршня, кулачковую муфту, гранбуксу, воздухораспределительное устройство и уплотнительное кольцо. Такое устройство снабжается двухмассовым ударником с целью снижения вибрации, передаваемой на корпус, и не способно решать задачи по интенсификации режимов бурения многоструктурных пород, состоящих из твердых и мягких компонентов.Known two-piston rotary hammer (AS No. 140228, M. CL E 21 3/04, BI No. 7, 1989), comprising a housing, two pistons, a cam clutch, granbuksu, air distribution device and an o-ring. Such a device is equipped with a two-mass drummer in order to reduce the vibration transmitted to the body, and is not able to solve the problem of intensifying the drilling regimes of multistructured rocks consisting of hard and soft components.

Известен перфоратор по патенту РФ №2223378, М. кл. Е 21 В 6/06, БИ №4, 2004), принятый за прототип, содержащий породоразрушающий инструмент, закрепленный на штанге, корпус с размещенным в нем на воздухопроводной трубке поворотным механизмом и сдвоенным поршнем ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы, причем основной боек имеет защелку со стороны вспомогательного бойка, а соотношение масс и сечений основного и вспомогательного бойков выбирают из неравенства:Known perforator according to the patent of the Russian Federation No. 2223378, M. cl. E 21 B 6/06, BI No. 4, 2004), adopted for the prototype, containing a rock cutting tool mounted on a rod, a housing with a rotary mechanism placed therein and a double piston hammer, including a main and auxiliary hammer, an air distribution system, rotary and trailer axle boxes, the main striker having a latch on the side of the auxiliary striker, and the ratio of masses and sections of the main and auxiliary strikers is chosen from the inequality:

.

Однако эффект «двойного» удара, обеспечиваемый применением двухмассной системы, как средства для исключения, так называемых, косых ударов при использовании современных штыревых коронок недостаточно эффективен, кроме того, наличие дополнительной массы (вспомогательный боек) при некорректно выбранной массе вспомогательного бойка относительно массы основного бойка ведет к снижению кпд удара, а следовательно, и к снижению эффективности бурения. Наличие защелки на основном бойке, предназначенной для соединения основного и вспомогательного бойков при холостом ходе, снижает надежность работы конструкции в целом.However, the effect of a “double” impact provided by the use of a two-mass system as a means of eliminating so-called oblique strokes when using modern pin crowns is not effective enough, in addition, the presence of additional mass (auxiliary striker) with an incorrectly selected mass of the auxiliary striker relative to the mass of the main striker leads to a decrease in impact efficiency, and, consequently, to a decrease in drilling efficiency. The presence of a latch on the main striker, designed to connect the main and auxiliary strikers at idle, reduces the reliability of the structure as a whole.

Техническим результатом предложения является устранение указанных недостатков, а именно повышение кпд удара за счет обеспечения процесса «дребезга» вспомогательного бойка между основным бойком и штангой.The technical result of the proposal is to eliminate these drawbacks, namely, increasing the efficiency of the strike by ensuring the process of "bounce" auxiliary striker between the main striker and the barbell.

Технический результат достигается тем, что перфоратор, содержащий породоразрушающий инструмент (штанга с коронкой), корпус с размещенным в нем поворотным механизмом и сдвоенным ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы, согласно изобретению вспомогательный боек установлен в направляющих, его сечение имеет форму многогранника, а отношение длины L бойка к его ширине b выбирают из неравенства L/b≥1.5, причем соотношение масс сдвоенного ударника и штанги должно удовлетворять условию m₂>m₁(2R+R²), где m₁ - масса штанги, кг; m₂ - масса сдвоенного ударника, равная сумме масс основного и вспомогательного бойков, кг; R - коэффициент восстановления скорости.The technical result is achieved by the fact that a perforator containing a rock cutting tool (a rod with a crown), a housing with a rotary mechanism and a double striker placed in it, including the main and auxiliary strikers, an air distribution system, a rotary and end axle box, according to the invention, the auxiliary striker is installed in guides, its cross section has the shape of a polyhedron, and the ratio of the length L of the striker to its width b is chosen from the inequality L / b≥1.5, and the mass ratio of the double striker and the rod should satisfy etvoryat condition m _2> m ₁ (2R + R ²⁾ wherein ₁ m - mass of the rod, kg; m ₂ is the mass of a double striker equal to the sum of the masses of the main and auxiliary strikers, kg; R is the speed recovery coefficient.

Такое выполнение перфоратора повышает надежность работы конструкции, т.к. исключается необходимость механического сцепления основного и вспомогательного бойков при помощи пружинной защелки, а также повышает кпд передачи удара за счет возникновения процесса «дребезга» вспомогательного бойка между основным бойком и штангой, что ведет к формированию в штанге не колокольного импульса, а серии коротких импульсов большой амплитуды, которые, проходя через штангу, интенсифицируют процесс разрушения породы, т.е. повышают эффективность бурения.This embodiment of the hammer increases the reliability of the structure, because eliminates the need for mechanical coupling of the main and auxiliary strikers with the help of a spring latch, and also increases the transmission efficiency of the shock due to the process of "bounce" of the auxiliary striker between the main striker and the rod, which leads to the formation of a series of short pulses of large amplitude in the rod, not a bell pulse which, passing through the bar, intensify the process of rock destruction, i.e. increase drilling efficiency.

Предлагаемый перфоратор поясняется чертежами. На фиг.1 показан фронтальный разрез перфоратора; на фиг.2 показано положение сдвоенного ударника и штанги в конце рабочего хода (момент «слипания»); на фиг.3 показан процесс «дребезга» вспомогательного бойка между основным бойком и штангой; на фиг.4 показаны графики ударных импульсов в штанге.The proposed punch is illustrated by drawings. Figure 1 shows a frontal section of a perforator; figure 2 shows the position of the double striker and rod at the end of the stroke (the moment of "sticking"); figure 3 shows the process of "bounce" auxiliary striker between the main striker and the bar; figure 4 shows graphs of shock pulses in the bar.

Перфоратор (фиг.1) содержит штангу 1 с закрепленной на ней коронкой 2, корпус 3 с размещенным в нем поворотным механизмом 4, сдвоенный ударник, состоящий из основного 5 и вспомогательного 6 бойков, воздухораспределительную систему 7, поворотную 8 и концевую 9 буксы, в последнюю входит хвостовик 10 штанги 1. Вспомогательный боек 6 имеет форму многогранника (например, шестигранника), что исключает возможность его осевого вращения, и установлен в направляющих 11, связанных с концевой буксой 9. Выступы 12 направляющих 11 входят в пазы 13 вспомогательного бойка 6 и препятствуют выпадению последнего в свободное пространство 14 концевой буксы 9 во время холостого хода основного бойка 5. Длина L вспомогательного бойка 6 должна быть в 1,5 раза больше его ширины b (L/b≥1.5), что исключает возможность его перекашивания в буксе 9 в процессе движения. Воздух поступает из воздухораспределительной системы 7 в рабочую полость 15 перфоратора. Для осуществления процесса «дребезга» вспомогательного бойка 6 относительно основного бойка 5 и штанги 1 соотношение масс сдвоенного ударника m₂ и штанги m₁ должно удовлетворять условию m₂>m₁(2R+R²); где m₁ - масса штанги; m₂ - масса сдвоенного ударника, равная сумме масс основного

и вспомогательного бойков

; R - коэффициент восстановления скорости, т.е. отношение высоты отскока металлического шарика при абсолютно упругом ударе к высоте, с которой он падает на стальную плиту. Процесс «дребезга» формирует в штанге не классический «колокольный» импульс 16, формируемый при ударе сплошным ударником, а серию коротких импульсов 17 большой амплитуды (фиг.4).The perforator (figure 1) contains a rod 1 with a crown 2 fixed on it, a housing 3 with a rotary mechanism 4 located therein, a double hammer, consisting of the main 5 and auxiliary 6 strikers, an air distribution system 7, a rotary 8 and an end 9 axle box, the latter includes the shank 10 of the rod 1. The auxiliary striker 6 has the shape of a polyhedron (for example, a hexagon), which excludes the possibility of its axial rotation, and is installed in the guides 11 associated with the end axle box 9. The protrusions 12 of the guides 11 are included in the grooves 13 of the auxiliary bo 6 and prevent the latter from falling into the free space 14 of the end axle box 9 during idling of the main striker 5. The length L of the auxiliary striker 6 should be 1.5 times its width b (L / b≥1.5), which excludes the possibility of distortion in axle box 9 in the process of movement. Air enters from the air distribution system 7 into the working cavity 15 of the perforator. For the process of "bounce" of the auxiliary striker 6 relative to the main striker 5 and rod 1, the mass ratio of the double striker m ₂ and rod m ₁ must satisfy the condition m ₂ > m ₁ (2R + R ² ); where m ₁ is the mass of the rod; m ₂ is the mass of a double striker equal to the sum of the masses of the main

and auxiliary strikers

; R is the speed recovery coefficient, i.e. the ratio of the height of the rebound of the metal ball with an absolutely elastic impact to the height with which it falls on the steel plate. The process of "bounce" forms in the rod is not a classic "bell" impulse 16, formed upon impact by a solid striker, but a series of short pulses 17 of large amplitude (Fig. 4).

Работа перфоратора осуществляется следующим образом. Воздух из воздухораспределительной системы 7 поступает в рабочую полость 15, давит на основной боек 5 и заставляет его двигаться слева навстречу вспомогательному бойку 6 и штанге 1. При этом основной боек 5 наносит удар по вспомогательному бойку 6 (фиг.3а), который, получив ударную энергию, отскакивает от него со скоростью большей, чем скорость основного бойка, и самостоятельно наносит удар в торец штанги 1 (фиг.3б), отскакивает от нее и движется в обратном направлении навстречу основному бойку, продолжающему свой ход навстречу штанге. Далее процесс повторяется.The work of the punch is as follows. The air from the air distribution system 7 enters the working cavity 15, presses on the main striker 5 and makes it move left to meet the auxiliary striker 6 and rod 1. In this case, the main striker 5 strikes the auxiliary striker 6 (Fig. 3a), which, having received the shock energy, bounces off of it at a speed greater than the speed of the main striker, and independently strikes the end of the rod 1 (Fig.3b), bounces off of it and moves in the opposite direction towards the main striker, continuing its progress towards the rod. The process is then repeated.

Возникает серия повторяющихся кратковременных соударений вспомогательного бойка 6 со сближающимися основным бойком и штангой, т.е. эффект «дребезга», который заканчивается «слипанием» основного, вспомогательного бойков и штанги и их завершающим совместным ударом (фиг.2, фиг.3в), причем момент завершения процесса «дребезга» должен предшествовать моменту перемены направления движения основного бойка, т.е. моменту начала холостого хода последнего. Направляющие 11 при этом препятствуют выпадению вспомогательного бойка 6 в свободную зону 14.There is a series of repeated short-term collisions of the auxiliary striker 6 with the approaching main striker and the bar, i.e. the "bounce" effect, which ends with the "sticking together" of the main, auxiliary strikers and rods and their final joint blow (Fig.2, Fig.3c), and the moment of completion of the "bounce" process should precede the moment of the change of direction of movement of the main striker, i.e. . the moment of the beginning of idling of the latter. The guides 11 in this case prevent the auxiliary striker 6 from falling into the free zone 14.

Процесс «дребезга» формирует в штанге не классический «колокольный» импульс 16, а серию коротких импульсов 17 большой амплитуды (фиг.4), суммарная продолжительность которых примерно равна продолжительности импульса 16 от сплошного ударника, а суммарная энергия на 20% выше. Проходя через штангу, эти импульсы интенсифицируют процесс разрушения породы, а следовательно, повышают эффективность бурения.The process of “bounce” does not form a classic “bell” pulse 16 in the bar, but a series of short pulses 17 of large amplitude (Fig. 4), the total duration of which is approximately equal to the pulse duration of 16 from a solid projectile, and the total energy is 20% higher. Passing through the rod, these impulses intensify the process of rock destruction, and therefore increase the efficiency of drilling.

Следует отметить, что для осуществления процесса «дребезга» вспомогательного бойка относительно основного бойка и штанги необходимо исключить осевое вращение вспомогательного бойка и его перекашивание в концевой буксе, что достигается рациональным выбором соотношения между длиной бойка и его шириной, а также наличием направляющих. При этом соотношение масс сдвоенного ударника m₂ и массы штанги m₁ должно удовлетворять условию m₂>m₁(2R+R²).It should be noted that for the process of "bounce" of the auxiliary striker relative to the main striker and the rod, it is necessary to exclude the axial rotation of the auxiliary striker and its distortion in the end axle, which is achieved by a rational choice of the ratio between the length of the striker and its width, as well as the presence of guides. The mass ratio of the double striker m ₂ and the mass of the rod m ₁ must satisfy the condition m ₂ > m ₁ (2R + R ² ).

Claims

A rotary hammer containing a rock cutting tool (a rod with a crown), a housing with a rotary mechanism and a double striker placed in it, including the main and auxiliary strikers, an air distribution system, a rotary and end axle box, characterized in that the auxiliary striker is installed in the guides, its cross-section is shaped polyhedron, and the ratio of the length L of the striker to its width b is chosen from the inequality L / b> 1.5, and the mass ratio of the double striker and the rod must satisfy the condition

m2> m ₁ (2R + R ² ),

where m ₁ is the mass of the rod, kg;

m ₂ is the mass of a double striker equal to the sum of the masses of the main and auxiliary strikers, kg;

R is the speed recovery coefficient.