SU1078018A1 - Устройство дл вибровращательного бурени - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОВРАЩАТЕЛБНОГО БУРЕНИЯ, включающее направл ющую мачту, на которой установлена рама с вибровращательной кареткой, кинематически св занной посредством цепной передачи с двигател ми вращател  и вибратора, смонтированными на консол х рамы, и механизм регулировани  подачи. отличающеес  тем, что, с целью повыщени  надежности его в работе и эффективности бурени , механизм регулировани  подачи выполнен в виде двух барабанов вращател  и вибратора и двух планетарных механизмов , центральные шестерни которых жестко соединены с валами двигателей, центральные колеса свободно установлены на валах двигателей, а на ступицах центральных колес жестко установлены звездочки цепных передач, при этом щестерни-сателлиты кинематически св заны с центральными колесами и центральными шестерн ми , а их водила жестко закреплены на торцах барабанов, причем канат барабана вращател  соединен с рамой через блоки, установленные на верхней части направл ющей мачты, а канат барабана вибратора е соединен с рамой через блоки, установ (Л ленные на нижних концах направл ющей мачты. 7J / 27 J5 00 2Г 2J 00 77

Description

Ч,

в 9 6 1 Фиг. Изобретение относитс  к горной технике, а именно к устройствам дл  бурени  скважин вибровращательным способом. Известен вибровращательный станок, состо щий из вибровращательной каретки с вибратором и вращателем, электродвигатели которых смонтированы на подрессоренной площадке, св занной пружинами с вибровращательной кареткой 1. Недостатком станка  вл етс  то, что подача бурового органа на забой и осева  нагрузка на него осуществл ютс  только за счет веса колонны бурильных труб и бурового агрегата. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  установка дл  вибровращательного бурени , включающа  направл ющую мачту, на которой установлена рама с вибровращательной кареткой, кинематически св занной посредством цепной передачи с двигател ми вращател  и вибратора , смонтированными на консол х рамы, и механизм регулировани  подачи 2. Недостаток известной установки заключаетс  в том, что велика веро тность возникновени  «резонансных колебаний буровой установки и заклинивани  рабочего органа при бурении. Цель изобретени  - повышение надежности устройства и эффективности бурени  в зависимости от физико-механических свойств буримых пород. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  вибровращательного бурени , включающем направл ющую мачту, на которой установлена рама с вибровращательной кареткой, кинематически св занной посредством цепной передачи с двигател ми вращател  и вибратора, смонтированными на консол х рамы, и механизм регулировани  подачи, последний выполнен в виде барабанов вращател  и вибратора и двух планетарных механизмов, центральные шестерни которых жестко соединены с валами двигателей, центральные колеса свободно установлены на валах двигателей, а на ступицах центральных колес жестко установлены звездочки цепных передач, при этом щестерни-сателлиты кинематически св заны с центральными колесами и центральными щестерн ми, а их водила жестко закреплены на торцах барабанов, причем канат барабана вращател  соединен с рамой через блоки, установленные на верхней части направл ющей мачты, а канат барабана вибратора соединен с рамой через блоки, установленные на нижних концах направл ющей мачты. На фиг. 1 изображена кинематическа  схема устройства; на фиг. 2 - схема работы; на фиг. 3 - кинематическа  схема работы при «резонансных режимах ; на фиг. 4 - то же, при заклинивании бурового органа. Устройство состоит из вибровращательной каретки 1, рамы 2 и направл ющей 3 мачты с блоками 4 (фиг. 2). В корпусе вибровращательной каретки 1 размещен вал 5 вибратора, на котором жестко насажены щестерни-дебалансы 6. Шестернидебалансы 6 наход тс  в посто нном зацеплении с щестерн ми-дебалансами 7, которые свободно насажены на черв чный вал 8. Вал 8 зацеплен с черв чным колесом 9, которое жестко св зано со щпинделем 10. На щпиндель 10 наворачиваетс  бурова  щтанга 11 с буровой коронкой 12 на конце . На валах 5 и 8 жестко насажены звездочки 13 и 14. Каждый механизм регулировани  подачи состоит из двигателей 15 и 16 вибратора и вращател  соответственно барабанов 17 и 18 вибратора и вращател  соответственно и планетарного механизма, каждый из которых в свою очередь включает жестко насаженные на вал двигателей 15 и 16 центральные щестерни 19 и 20, которые наход тс  в посто нном зацеплении с щестерн ми-сателлитами 21 и 22, а последние свободно вращаютс  на водилах 23 и 24, консольно закрепленных на торцах барабанов 17 вибратора и 18 вращател , и могут перекатыватьс  в центральных зубчатых колесах 25 и 26 с внутренним зацеплением, на ступице которых жестко насажены ведущие звездочки 27 и 28, которые цепными передачами 29 и 30 св заны с ведомыми звездочками 13 и 14. Рама 2 представл ет жесткую четырехугольную конструкцию, котора  состоит из верхней 31 и нижней 32 площадок и двух стоек 33 и 34. Нижн   площадка 32 имеет два консольных выступа, на которых размещены двигатели и барабаны. Вибровращательна  каретка 1 соединена с рамой 2 посредством четырех скалок 35 и восьми цилиндрических винтовых пружин 36 сжати , надетых на скалки 35 и расположенных между корпусом вибровращательной каретки 1 и верхней 31 и нижней 32 плитами . Скалки 35 свободно проход т сквозь корпус вибровращательной каретки 1 и жестко закреплены на верхней 31 и нижней 32 площадках. Рама скользит по направл ющей мачте 3, на концах которой расположены блоки 4. Один конец каната 37 закреплен на барабане 17 вибратора, а второй конец огибает блоки 4 и крепИтс  к нижней плите 32. Конец каната 38 закреплен на верхней плите 31, сам канат огибает блоки 39 и крепитс  на барабане 18 вращател . При включенном двигателе 15 вибратора центральна  щестерн  19, жестко укрепленна  на его валу, вращает шестернюсателлит 21, свободно вращающуюс  на водиле 23, которое жестко св зано с барабаном 17. Шестерн -сателлит 21 вращает центральное колесо 25 и св занную

с ним жестко звездочку 27. Через цепную передачу 29 вращение от звездочки 27 передаетс  на звездочку 13, а затем через вал 5 вибратора шестерн м-дебалансам 6 и 7.

При нат нутом канате 37 шестерн -сателлит 21 вращаетс  только вокруг своей оси, передава  весь крут щий момент на механизм вибратора, т. е. имеет место проста  планетарна  передача с одной степенью свободы.

При включенном двигателе 16 вращател  центральна  щестерн  20, котора  жестко с ним св зана, вращает шестерню-сателлит 22, а от той вращение передаетс  на центральное колесо 26 и жестко с ним св занную звездочку 28. Затем через цепную передачу 30 вращение передаетс  на звездочку 14 и через черв чный вал 8 на черв чное колесо 9. Черв чное колесо 9 жестко св зано со шпинделем 10 вибровращательной каретки I, который передает крут щий момент буровой щтанге 11. При нат нутом канате 38 шестерн -сателлит 22 вращаетс  только вокруг своей оси, передава  весь крут щий момент на вращение щтанги П. В данном случае планетарный механизм работает как проста  планетарна  передача с одной степенью свободы.

При работе (бурении) данного устройства включают оба двигател  15 вращател  и 16 вибратора, и на буровую щтангу 11 передают как крут щий момент через черв чную пару 8 и 9, так и инерционные силы от вращени  неуравновешенных масс (щестерни-дебалансы 6 и 7), т. е. на буровую щтангу 11 накладываютс  как осевые колебани , так и крут щий момент.

При бурении однородных по литологическому составу грунтов процесс бурени  стабилизирован и нагрузка на механизмы вращател  и вибратора не превышает допустимых значений. В то же врем  канат 38 находитс  в посто нном нат жении и прижимает буровой агрегат к забою, так как величина крут щего момента на валу барабана 17 больше, чем на валу барабана 18. Такое условие выполн етс  соответствующим соотнощением звеньев кинематических цепей: двигатель 15 вибратора - барабан 17 и двигатель 16 вращател  - барабан 8.

Регулирование подачи рабочего органа на забой в зависимости от физикомеханических свойств буримых пород осуществл етс  следующим образом.

При проходке мерзлых слоев россыпи, представленных галечниковым материалом , амплитуда колебаний вибровращательной каретки 1 увеличиваетс , вследствие чего увеличиваетс  нагрузка на центральное колесо 25. Оно замедл ет свое вращение , а центральна  шестерн  19 поворачивает шестерню-сателлит 21 вокруг своей оси (фиг. 3). При этом барабан 17 вибратора также проворачиваетс  и наматывает канат 37, а весь буровой агрегат перемеща етс  вниз и прижимает коронку 12 к забою скважины. В то же врем  канат 38, сматыва сь с барабана 18, проворачивает вокруг своей оси шестерню-сателлит 22, котора , перемеща сь, ускор ет вращение централь0 ного колеса 26, что ведет к увеличению числа оборотов буровой коронки 11. Происходит перенос энергии с механизма вибратора на механизм вращател . В данном случае оба планетарных механизма работают как дифференциалы и имеют по две степени свободы.

При проходке слоев россыпи, представленных мелкодисперсным материалом, св занным льдистой прослойкой, момент вращени  на разрущающем инструменте возQ растает, вследствие чего увеличиваетс  нагрузка на центральное колесо 26. Оно замедл ет свое вращение, а центральна  шестерн  20 проворачивает шестерню-сателлит 22 вокруг своей оси (фиг. 4). При этом барабан 18 вращател  также прово5 рачиваетс  и наматывает канат, весь буровой агрегат поднимаетс  вверх и отводит коронку 12 от забо  скважины. Канат сматыва сь с барабана 17, проворачивает вокруг своей оси шестерню-сателлит 21. Она увеличивает число оборотов централь - ного колеса 25, что ведет к увеличению числа оборотов вала 5 вибратора. Происходит перенос энергии с механизма врашател  на механизм вибратора. Обе планетарные передачи работают как дифференциалы и имеют две степени свободы.

Как видно из этих примеров, при увеличении амплитуды колебаний вибровращательной каретки 1 устройство прижимает коронку 12 к забою скважины, тем самым предотвраща  возникновение резонан0 са.

При увеличении нагрузки на механизм вращател  происходит отвод коронки 12 от забо  скважины, так как иначе может произойти ее заклинивание.

Предлагаема  установка имеет следую щие преимущества: подача рабочего органа на забой производитс  в зависимости от физико-механических свойств буримых пород; снижаетс  веро тность «резонансных колебаний бурового агрегата и заQ клинивани  рабочего органа при бурении: осуществл етс  посто нное нат жение канатов; обеспечиваетс  возможность установки скоростных двигателей; больщий вес бурового агрегата без увеличени  его металлоемкости за счет установки лебедок на нижней площадке рамы.

Фиг. 4

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, включающее направляющую мачту, на которой установлена рама с вибровращательной кареткой, кинематически связанной посредством цепной передачи с двигателями вращателя и вибратора, смонтированными на консолях рамы, и механизм регулирования подачи, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе и эффективности бурения, механизм регулирования подачи выполнен в виде двух барабанов вращателя и вибратора и двух планетарных механизмов, центральные шестерни которых жестко соединены с валами двигателей, центральные колеса свободно установлены на валах двигателей, а на ступицах центральных колес жестко установлены звездочки цепных передач, при этом шестерни-сателлиты кинематически связаны с центральными колесами и центральными шестернями, а их водила жестко закреплены на торцах барабанов, причем ^канат барабана вращателя соединен с рамой через блоки, установленные на верхней части направляю- _л щей мачты, а канат барабана вибратора § соединен с рамой через блоки, установленные на нижних концах направляющей мачты.

   SU „„ 1078018

   Фиг. 1