SU1434096A1 - Вращательно-ударна бурильна головка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной промьгашенности, в частности к бурильным установкам, обеспечивающим вращательный и ударно-вращательный способ бурени . Цель изобретени  - повышение долговечности бурильной головки буровой машины. Бурильна  головка |включает электродвигатель I, враща- гель 2, шпиндель 12, ударный механизм . Последний выполнен в виде планетарного редуктора с шестерн ми

Description

-

СЛ

26

л

О)

(Ш), валами 9 и 10 и механизмом П переключени  скоростей вращател  2, Косозуба  солнечна  Ш 21 ударного механизма подпружинена с двух сторон относительно водила 18 и жестко св зана с бойком 24, Боек 24 соединен со шпинделем 12 посредством шлицов. На диаметрально расположенных пальцах 19 водила 18 неподвижно в осевом направлении посажены неуравновешенные косозубые сателлиты (КС) 20,имеющие возможность свободного вращени . При вращательном режиме бурени  вращение от электродвигател  1 через

вал 9, Ш 3,4, вал 10 и одну из пар Ш 5,7 или 6,8 передаетс  на шпиндель 12, хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент 26, При ударно-вращательном режиме бурение приводитс  во вращение водилом I8 с КС 20 вокруг Ш 21, При зтом на Ш 21 циклически действует знакопеременный вращающий момент сил инерции, создаваемый КС 20, Ко- созубое зацепление совместно со шли- цевым соединением бойка 24 и шпиндел  12 между собой преобразует этот момент в удар, 1 ил.

15

1

Изобретение относитс  к горной промьшшенности, в частности к бурильным установкам, имеющим вращательно- ударную бурильную головку электромеханического типа и обеспечивающим од- 5 новременно вращательный и вращатель- но-ударный способы бурени .

Целью изобретени   вл етс  повыше- |ние долговечности бурильной головки, I На чертеже изображена кинематичес- О ка  схема вращательно-ударной бу- рипьной головки с ударным механизмом инерционно-импульсного типй,

Вращательно-ударна  бурильна  головка с ударным механизмом инерционно-импульсного типа состоит из электродвигател  1, вращател  2, представл ющего собой, например, двухскорост- ной двухступенчатый редуктор, В1шю- чающий шестерни 3-8, валы 9 и 10, механизм 11 переключени  скоростей вращател  2, Шестерни 3 и 4 жестко посажены соответственно на валы 9 и 10, Шестерни 5 и б расположены на шли цах вала 10 с возможно стью перемещени  на них посредством механизма 11 переключени  скоростей вращател  2« Шестерни 7 и 8 жестко посажены на шпиндель 12, Валы 9 и 10 и шпинд гль 12 вращаютс  в подшипниках, расположенных в корпусе (не показан) бурильной головки. Така  конструкци  вращател  2 обеспечивает два значени  угловой скорости вращени  шпиндел  12, т,е, две скорости вращени  35

25

30

О

5

5

0

2 .

шпиндел  12, Редуктор 13 привода ударного механизма состоит из шестерен 3 и 14 и устройства 15 включени  ударного механизма. Шестерн  14 посажена на шлицах вала 16 с возможностью перемещени  на них посредством устройства 15 включени ; ударного механизма. Така  конструкци  редуктора 13 привода ударного механизма обеспечивает два способа бурени : вращательный способ, если шестерн  14 выведена устройством 15 включени  ударного механизма из зацеплени  с шестерней 3, и вращательно-ударный, если шестерн  14 находитс  в зацеплении с шестерней 3, На фиг,1 показано осуществление вращательно-удар- ного способа бурени .

Ударный механизм 17, выполненный в виде планетарного редуктора, состоит из .водила 18 с диаметрально расположенными пальцами 19, на которых свободно в окружном направлении и неподвижно вдоль оси пальцев 19 посажены косозубые неуравновешенные сателлиты 20, вход щие в зацепление с ко- созубой солнечной шестерней 21, Цент-, ры т жести косозубых неуравновешен-  ых сателлитов 20 смещены ртноситель- IHO оси пальцев 19 с помощью дебалан- сов 22, Косозуба  солнечна  шестерн  21 опираетс  через пружины 23 на водило 18 и соединена в одно целое с бойком 24 ударного механизма,который одним своим концом располагаетс 

с возможностью осевого перемещени  в выточке водила 18, а другим концом, ударной частью, св зан посредством шлиц со шпинделем 12, Между бойком 24 и хвостовиком 25 есть зазор,Количество косозубых неуравновешенных сателлитов. 20 определ етс  исход  из известного услови  соседства, величина смещени  их центра т жести зависит, в основном, от требуемых параметров удара.

Шпиндель 12 соединен с хвостовиком 25, один конец которого со стороны шпиндел  12 имеет форму кулач- КОБОЙ муфты, а другой конец со стороны породоразрушающего инструмента 26 имеет форму конуса типа Морзе. Параметры концов хвостовика не имеют принципиального значени  и определ - ютс  расчетным путем.исход  из конкретных требований эксплуатации. Необходимо , чтобы конец хвостовика 25 с кулачковой муфтой обеспечивал жесткую св зь в окружном направлении со шпинделем 12 и давал возможность хвостовику 25 перемещатьс  в осевом направлении в определенных пределах (обычно, максимум, 10 мм). Необходимо также чтобы конец хвостовика 25 с.конусной частью обеспечивал жесткую св зь хвостовика 25 с породораз- рушающим инструментом 26,

При проведении буровых работ необходимо бурить как м гкие, так и твер- дые породы. М гкие породы хорошо бурить вращательным режимом бурени , а твердые - вращательно-ударным режимом бурени . Поэтому бурильна  головка должна и может осуществл ть 2 ука- занных режима.бурени .

При вращательном режиме бурени  породоразрушающий инструмент 26 внедр етс  в породу под действием осевого усили  с одновременным непрерыв- ным однонаправленным вращением. Ударные нагрузки при этом отсутствуют. При таком режиме бурени  разрушение пород происходит непрерывно, представл   собой процесс резани  пластич- ного материала с образованием стружки . При бурении хрупких пород разрушение происходит циклично в виде отдельных сколов.

При вращательно-ударном режиме бурени  породоразрушающий инструмент 26 внедр етс  в породу под действием осевого усили , ударной нагрузки с одновременным непрерывным однонаправ5

0

5 0 0

5 0

5

ленным вращением породоразрушающего инструмента 26. При таком режиме бурени  разрушение происходит за счет скалывани  породы,

Вращательньш режим бурени  осуществл етс  за счет взаимодействи  вращател  2 со шпинделем 12, хвостовиком 25 и породоразрушающим инструментом 26, Вращение от электродвигател  I через вал 9, шестерни 3, 4, вал 10 и одной из пар шестерен 5, 7 или 6, 8 передаетс  на шпиндель 12,хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент имеют непрерывное однонаправленное вращение.

При введении устройством 15 включени  ударного механизма шестерни 14 в зацепление с шестерней 3 редуктор 13 привода ударного механизма приводит во вращение водило 18 с ко- созубыми неуравновешенными сателлитами 20, При вращении косоэубых неуравновешенных сателлитов 20 вокруг косозубой солнечной шестерни 21 на последнюю циклически действует зна- копеременный вращающий момент сил инерции, создаваемый косозубыми неуравновешенными сателлитами 20, за- кон изменени  которого носит синусоидальный характер с периодом, равным времени одного оборота косозубых неуравновешенных сателлитов 20 относительно оси вращени  пальцев 19,

Положительный импульс знакопеременного момента сил инерции будет противодействовать вращающему моменту , подведенному от электродвигател  через вращатель 2 к шпинделю 12, Вращающий момент в 2-4 раза больше, чем максимальное значение положительного импульса. Сила сопротивлени  в этот момент времени вообще отсутствует (не счита  сил упругости в пружине). Вследствие этого косозуба  солнечна  шестерн  21 вместе с бойком 24 будут совершать, в основном , линейное перемещение к-хвостовику 25 с породоразрушающим инструментом 26 (направление движени  определ етс  направлением косого зуба ). После выбора зазора боек 24 ударит по хвостовику 25, так как скорость хвостовика 25 равна нулю, А боек имеет какое-то значение скорости ,

С наступлением отрицательной фазы цикла на косозубую солнечную шес- терю 21 начнет действовать отрица

тельный импульс знакопеременного мо- ; мента сил инерции, который будет ; иметь направление действи , противо- ; ПОЛОЖН00. положительному импульсу и одинаковое направление с моментом, подведенным к шпинделю 12 от элект- родвигател  1 через вращатель 2, :Вследствие этого косозуба  солнечна  I шестерн  21 вместе с бойком 24 бу- I дут совершать, в основном, линейное перемещение, но уже отвод  боек 24 от хвостовика 25, раскрыва  между ними зазор и возвраща  детали планетарного инepциoннo-и myльcнoгo редуктора в первоначальное положение.Дп  стабилизации, большей определенности этого положени  и устранени  возможности удара бойка 24, особенно во времени его движени  в отрицательной фазе, в водило 18 меиоду косо- зубой солнечной шестерней 21 поставлены пружины 23,

С наступлением положительной фазы I цикла работа ударного механизма в вн I де планетарного инерционно-импульсно I го редуктора 17 будет циклически i повтор тьс ,

I Таким образом, в данном ударном I механизме удар создаетс  за счет то- I го, что планетарный инерционно-им- jпульсный редуктор 17 создает знако- iпеременный момент сил инерции, а ко- созубое зацепление совместно со пши- цевым соединением бойка 24 и шпинде- iл  12 между собой и при встречном ;взаимодействии в положительной фазе I ранее рассмотренных моментов, дейст- j вующих на шпинделе 12, преобразует ;Зтот момент сил инерции в силу удара

Противоположное вращение водила 18 и шпиндел  12 способствует лучшей организации удара и повышению показателей процесса бурени  в целом. В положительной фазе цикла момент сил инерции будет в какой-то мере тормо

0

5

0

25

зить шпиндель 12, уменьша  частоту вращени  шпиндел  12 до какой-то величины ц; , а в отрицательной фазе цикла будет увеличивать частоту вращени  шпиндел  12 до какой-то величины , « Таким образом,шпиндель 12, хвостовик 25 и породоразру- шающий инструмент 26 будет совершать в итоге непрерывное однонаправленное пульсирующее вращение. За цикл работы планетарного ин циоино-импульсно- го редуктора-шпиндель 12 будет иметь какую-то усредненную частоту вращени  . Как показала практика, процесс бурени , осуществл емый с наложением окружных вибраций на непрерывное однонаправленное вращение по- родоразрушающего инструмента, значительно снижает энергоемкость и повышает фактическую производительность бурильных установок,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вращательно-ударна  бурильна  головка , включающа  электродвигатель, вращатель, шпиндель с хвостовиком, породоразрушающий инстрзгмент и удар- ный .механизм, выполненный в виде планетарного редуктора, отличающа с  тем, что, с целью повьщтени  долговечности бурильной головки , планетарный редуктор вьтолнен с косозубой солнечной шестерней,води- лом с диаметрально расположенными пальцами, на которых посажены с возможностью свободного вращени  косо- зубые неуравновешенные сателлиты,установленные на пальцах водила неподвижно в осевом направлении, а косозуба  солнечна  шестерн  подпружинена с двух сторон относительно водила

   45

   и жестко св зана с бойком, который кинематически соединен со шпинделем посредством шлицов.