RU2404883C1

RU2404883C1 - Laser electric drill

Info

Publication number: RU2404883C1
Application number: RU2009113379/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Стефанович Литвиненко (RU); Владимир Стефанович Литвиненко; Георгий Никифорович Соловьев (RU); Георгий Никифорович Соловьев
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-11-27
Also published as: RU2009113379A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to construction, particularly to hand-held drills and can be used for drilling holes in granite and concrete walls. Laser electric drill comprises motor drive, reduction gear housing, spindle shaft, laser device and drilling tool. Drilling tool is made up of screw coupled directly with reduction gear housing. One end of said screw is furnished with high-temperature single-breast drill bit reinforced by heat-resistant chisels and its other end coupled with spindle-shaft. Laser device is fitted in the reduction gear housing top part to direct laser beam through screw tool inner space to top face part of high-temperature drill bit.

EFFECT: higher rate of drilling in hard granite boulders and concrete walls.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к строительной промышленности, в частности к ручным сверлильным машинам, и может применяться для сверления отверстий в гранитных блоках и бетонных стенах.The present invention relates to the construction industry, in particular to manual drilling machines, and can be used for drilling holes in granite blocks and concrete walls.

Известен термомеханический породоразрушающий инструмент (см. патент RU №2247217 C², E21B 10/46, 7/14).Known thermomechanical rock cutting tool (see patent RU No. 2247217 C ² , E21B 10/46, 7/14).

Термомеханический породоразрушающий инструмент, включающий корпус, фрикционные элементы, которые трением нагревают и разупрочняют поверхностный слой пород забоя, и резцы, внедряющие в породу и отделяющие от забоя разупрочненный слой. Фрикционные элементы и термостойкие резцы неподвижно закреплены на одном корпусе, при этом резцы установлены с опережением фрикционных элементов на величину, определяемую из соотношения

, где δ - величина опережения резцов фрикционных элементов, мм; ν - проектная механическая скорость бурения; n - число оборотов инструмента за 1 с, об/с; k - число резцов на одной линии резания.A thermomechanical rock cutting tool, including a body, friction elements that heat and soften the surface layer of the face rocks, and cutters that introduce into the rock and separate the weakened layer from the face. Friction elements and heat-resistant cutters are fixedly mounted on one housing, while the cutters are installed ahead of the friction elements by an amount determined from the ratio

where δ is the amount of lead of the cutters of the friction elements, mm; ν - design mechanical drilling speed; n is the number of revolutions of the tool for 1 s, r / s; k is the number of incisors on one cutting line.

Недостатком является то, что разупрочнение прослойки твердой горной породы осуществляется за счет больших скоростей вращения породоразрушающего инструмента, что влечет за собой преждевременный износ фрикционных элементов и резцов.The disadvantage is that the softening of the layer of solid rock is due to the high rotation speeds of the rock cutting tool, which entails premature wear of the friction elements and cutters.

Известны способ управления спектром генерации формирования плотности излучения геотехнологического лазера на основе магнитно-звукового пространственно-временного модулятора и геотехнологический лазер с управляемым спектром генерации (патент РФ №2288530 от 27.11.2006, бюл. №33). Способ заключается в формировании требуемого распределения плотности энергии, мощности и интенсивности излучения для разрушения горных пород по заданному спектру генерации путем накачки активной среды лазером.A known method of controlling the generation spectrum of the formation of the radiation density of a geotechnological laser based on a magnetic-sound spatio-temporal modulator and a geotechnological laser with a controlled generation spectrum (RF patent No. 2285830 dated November 27, 2006, bull. No. 33). The method consists in forming the required distribution of energy density, power and radiation intensity for rock destruction by a given generation spectrum by pumping the active medium with a laser.

Известен способ резки пирографита, патент РФ №2344027 от 20.01.2009, бюл.2. Способ резки пирографита, включающий воздействие на заготовку фокусируемым лазерным излучением, при этом в качестве модового состава излучения используют центральную моду ТЕМоо и фокус излучения направляют на поверхность заготовки, поддерживая плотность мощности падающего излучения 10⁶-10⁷ Вт/см², а заготовку перемещают со скоростью от 1 до 3 мм/с, при этом используют излучение твердотельного лазера с активным элементом на алюмоиттриевом гранате с контролируемым распределением мощности излучения по сечению пучка.A known method of cutting pyrographite, RF patent No. 2344027 from 01/20/2009, bull. 2. A method of cutting pyrographite, which includes exposure to the workpiece by focused laser radiation, using the central mode TEMoo as the mode composition of the radiation and focusing the radiation on the surface of the workpiece, maintaining the incident radiation power density of 10 ⁶ -10 ⁷ W / cm ² , and moving the workpiece from at a speed of 1 to 3 mm / s, using radiation from a solid-state laser with an active element based on yttrium aluminum garnet with a controlled distribution of radiation power over the beam cross section.

Известен способ бурения твердых горных пород неглубоких отверстий диаметром 20 мм с удалением продуктов разрушения. Patent N.: US, 7416,258 B2 Date of Patent: Aug. 26,2008 METHODS OF USING A LASER TO SPALL AND DRILL HOLES IN ROCKS. Известен Patent: 4,473,737 Date of Patent: Sep.25,1984 REVERSE LAZER DRILLING.A known method of drilling solid rock shallow holes with a diameter of 20 mm with the removal of fracture products. Patent N .: US, 7416.258 B2 Date of Patent: Aug. 26,2008 METHODS OF USING A LASER TO SPALL AND DRILL HOLES IN ROCKS. Known Patent: 4,473,737 Date of Patent: Sep.25,1984 REVERSE LAZER DRILLING.

Известен Patent No.: US 7,193,175 B1 Date of Patent: Mar. 20,2007 HIGH PRECISION, RAPID LAZER HOLE DRILLING.Known Patent No .: US 7,193,175 B1 Date of Patent: Mar. 20,2007 HIGH PRECISION, RAPID LAZER HOLE DRILLING.

Известен способ лазерной размерной обработки композиционных материалов при изготовлении сложноконтурных изделий, патент №2219029, Россия. МПК B23K 26/38.A known method of laser dimensional processing of composite materials in the manufacture of complex contour products, patent No. 2219029, Russia. IPC B23K 26/38.

Приведенные лазеры позволяют разрушать горные породы только лазерными лучами, но технология и технические средства, обеспечивающие бурение-сверление необходимых диаметров и глубин отверстий, отсутствуют.These lasers allow rock to be destroyed only by laser beams, but there are no technologies and technical means for drilling and drilling the required diameters and depths of holes.

Известна электродрель для сверления отверстий в металле, дереве, пластике и других материалах. Авторское свидетельство №2278005, взятое за прототип. Электродрель содержит, корпус, редуктор, шпиндель, зажимной патрон, сверло, кнопку включения и зеркало, предназначенное для установки на обрабатываемой поверхности. Она снабжена лазерным устройством в виде лазера, выполненного с возможностью направления луча лазера к обрабатывающей поверхности. В результате обеспечивается повышение точности сверления под заданными углами.Known electric drill for drilling holes in metal, wood, plastic and other materials. Copyright certificate No. 2278005, taken as a prototype. An electric drill contains, a housing, a gearbox, a spindle, a chuck, a drill, a power button and a mirror, designed to be installed on the work surface. It is equipped with a laser device in the form of a laser, configured to direct the laser beam to the processing surface. The result is improved drilling accuracy at given angles.

Недостатком изобретения является отсутствие технологий и технических средств, обеспечивающих сверление отверстий в гранитных и других блоках с заданными диаметром и глубиной с использованием лазерного луча.The disadvantage of the invention is the lack of technology and technical means for drilling holes in granite and other blocks with a given diameter and depth using a laser beam.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков и расширение возможностей увеличения скорости бурения-сверления в твердых гранитных блоках и бетонных стенах с удалением разупрочненной прослойки с забоя.The technical result of the invention is to eliminate these drawbacks and expand the possibilities of increasing the speed of drilling and drilling in solid granite blocks and concrete walls with the removal of the weakened layer from the bottom.

Задача решается тем, что в лазерной электродрели, содержащей электродвигатель, корпус редуктора, шпиндель-вал, лазерное устройство, инструмент для сверления, инструмент для сверления выполнен в виде связанного непосредственно с корпусом редуктора шнека, на одном конце которого закреплена высокотемпературная коронка сплошного забоя, армированная термостойкими резцами, а другой его конец связан с шпинделем-валом, при этом лазерное устройство установлено в верхней части корпуса редуктора с возможностью направления лазерного луча через внутреннюю полость шнекового инструмента к верхней торцевой части высокотемпературной коронки.The problem is solved in that in a laser electric drill containing an electric motor, gear housing, spindle shaft, a laser device, a drilling tool, a drilling tool is made in the form of a screw connected directly to the gear housing, on one end of which a high-temperature crown of a continuous face, reinforced heat-resistant cutters, and its other end is connected with the spindle-shaft, while the laser device is installed in the upper part of the gear housing with the possibility of directing the laser beam through Cored oil auger tool cavity to an upper end portion of the high temperature of the crown.

Лазерная электродрель с устройством для повышения скорости бурения-сверления отверстий в гранитных блоках и бетонных стенах поясняется чертежом, на котором показана схема устройства.A laser electric drill with a device for increasing the speed of drilling and drilling holes in granite blocks and concrete walls is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the device.

Лазерная электродрель состоит из электродвигателя 4, который жестко соединен с корпусом редуктора 1, оснащенным взаимосвязанными шестеренками 2 и 5, при этом шестеренка 2 жестко закреплена с валом электродвигателя 4, а шестеренка 5 закреплена на шпиндель-вале редуктора (не показано), который соединен с верхней частью шнекового инструмента (шнека) 6, нижняя часть которого соединена с высокотемпературной коронкой сплошного забоя 7, армированной термостойкими резцами 8, при этом разогрев высокотемпературной коронки до температуры, обеспечивающей разупрочнение прослойки забоя гранитных блоков или бетонных стен, осуществляется лазерным лучом 9, направленным от лазерного устройства 10, жестко закрепленного в верхней части корпуса редуктора 1, через внутреннюю полость шнекового инструмента 6 к верхней торцевой части высокотемпературной коронки 7. При этом электродрель с устройством для повышения скорости бурения-сверления снабжена пусковым устройством 11, установленным на рукоятке 12, а к лазерному устройству 10 от лазера подведен кабель 13 (не показано), выполненный из стекловолокна, и к электродвигателю 4 подведен силовой кабель 14.The laser electric drill consists of an electric motor 4, which is rigidly connected to the gear housing 1, equipped with interconnected gears 2 and 5, while gear 2 is rigidly fixed to the shaft of the electric motor 4, and gear 5 is fixed to the spindle shaft of the gear (not shown), which is connected to the upper part of the screw tool (screw) 6, the lower part of which is connected to a high-temperature crown of a continuous face 7, reinforced with heat-resistant cutters 8, while heating the high-temperature crown to a temperature, ensuring softening of the face layer of granite blocks or concrete walls is carried out by a laser beam 9 directed from the laser device 10, rigidly fixed in the upper part of the gearbox housing 1, through the internal cavity of the screw tool 6 to the upper end part of the high-temperature crown 7. In this case, an electric drill with a device for increase the speed of drilling and drilling is equipped with a starting device 11 mounted on the handle 12, and a cable 13 (not shown) made of fiberglass is connected to the laser device 10 from the laser and a power cable 14 is connected to the electric motor 4.

Лазерная электродрель работает следующим образом. После сборки лазерной электродрели и после постановки лазерной электродрели с лазерным устройством 10 на гранитный блок или бетонную стену к электродвигателю 4 пусковой рукояткой включения 11 подается электроэнергия по кабелю 14 и лазерному устройству 10 от лазера по кабелю 13. При этом разогрев высокотемпературной коронки 7 до температуры, обеспечивающей разупрочнение забоя гранитных блоков или бетонных стен, осуществляется лазерным лучом 9, направленным от лазерного устройства 10 к верхней торцевой части высокотемпературной коронки 7 через внутреннюю полость шнекового инструмента 6. Разупрочнение забоя гранитных блоков или бетонных стен происходит за счет термических напряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности забоя, при этом разупрочненная поверхностная прослойка при вращении шнекового инструмента 6 свободно снимается термостойкими резцами 8 и удаляется с забоя.Laser electric drill works as follows. After assembling the laser electric drill and after setting up the laser electric drill with the laser device 10, electric power is supplied to the electric motor 4 by the trigger switch 11 to the granite block or concrete wall 4 via cable 14 and the laser device 10 from the laser via cable 13. In this case, the high-temperature crown 7 is heated to a temperature providing softening of the face of granite blocks or concrete walls, carried out by a laser beam 9, directed from the laser device 10 to the upper end part of the high-temperature crown 7 through h the internal cavity of the screw tool 6. The softening of the face of granite blocks or concrete walls occurs due to thermal stresses that occur when the surface of the face is quickly heated, while the softened surface layer during rotation of the screw tool 6 is freely removed by heat-resistant cutters 8 and removed from the face.

Предложенная лазерная электродрель позволяет бурить - сверлить отверстия в гранитных и бетонных стенах глубиной до 1 метра и диаметрами от 20 до 60 мм, может найти экономически целесообразное практическое применение в строительной промышленности. Высокая скорость при термомеханическом бурении существенно снижает материальные затраты, исключает при этом использование дорогостоящих алмазных буровых коронок.The proposed laser electric drill allows drilling - drilling holes in granite and concrete walls with a depth of up to 1 meter and diameters from 20 to 60 mm; it can find economically feasible practical application in the construction industry. High speed during thermomechanical drilling significantly reduces material costs, eliminating the use of expensive diamond drill bits.

Claims

A laser electric drill comprising an electric motor, a gear housing, a spindle shaft, a laser device, a drilling tool, characterized in that the drilling tool is made in the form of a screw connected directly to the gear housing, at one end of which a high-temperature solid crown is reinforced with heat-resistant cutters and its other end is connected to the spindle-shaft, while the laser device is installed in the upper part of the gear case with the possibility of directing the laser beam through ennyuyu auger tool cavity to an upper end portion of the high temperature of the crown.