SU1504322A2 - Буровой станок - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному оборудованию. Цель - повышение производительности. Буровой станок включает корпус 1, приводной двигатель 2, породоразрушающий инструмент 3 с хвостовиком 4, св занным с инерционной трансмиссией привода вращени . Последн   включает ведущий элемент 5, неуравновешенные сателлиты (С)6, св занные через оси 7 с элементом 5, и ведомый элемент, выполненный в виде полого вала 8, внутри которого с возможностью осевого перемещени  размещен боек 30. Боек 30 жестко соединен с солнечной косозубой шестерней (Ш)31, котора  находитс  в зацеплении с неуравновешенными косозубыми С 29. На Ш31 опираютс  и пружины 32, имеющие опору на водило 33 и элемент 5. Шлицевым соединением боек 30 св зан с наружной обоймой 10 механизма свободного хода. Наружна  обойма 10 соединена с породоразрушающим инструментом 3. Грузы С 29 размещены диаметрально противоположно грузам С6. Двигатель 2 приводит во вращение элемент 5 с неуравновешенными С6 и 29. При вращении С6 вокруг Ш9 и С29 вокруг Ш31 на вал 8 и боек 30 действуют знакопеременные вращающие моменты. С увеличением момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3 и увеличение энергии удара. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к горной промьшшенности, в частности к буровым станкам.

Цель изобретени  - повышение производительности бурени .

На чертеже изображена кинематическа  схема бурового станка.

Буровой станок состоит из корпуса 1, приводного двигател  2, поро- доразрушающего инструмента 3 с хвостовиком 4, который св зан с инерциоь

ной трансмиссией привода вращени , состо щей из ведущего элемента 5, неуравновешенных сателлитов 6, св зан- ньк через оси 7 с ведущим элементом 5, ведомого элемента 8, выполненного в виде полого вала, соединенного за одно целое с солнечной шестерней 9, наход щейс  в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 6, двух механизмов свободного хода (МСХ), причем наружна  обойма 10 одного из них соеN )

31504

динена с хвостовиком кулачковой муфтой, обеспечивающей жесткую св зь хвостовика А и обоймы 10 в окружающе направлении и возможность перемеще- ни  хвостовика 4 относительно обоймы

10в осевом (линейном) направлении в определенных пределах (обычно, не более 10... 12 мм) J, а наружна  обойма

11другого механизма свободного хода через шестерни 12, 13 соединена с задающим устройством 14, выполненным например, в виде регулировочного насоса с регулируемым сопротивлением

на выходе. При этом обе наружные обоймы 10 и 11 мех снабжены тормозными устройствами 15 и 16 с автономным приводами, а внутренние обоймы 17 и 18 мех жестко установлены на ведомый элемент 8 импульсатора и соединены с механизмом подачи породоразрушающе го инструмента. Этот механизм содержит шестерню 19, гайку 20 и ходовой винт 21. Регул тор механизма подачи вьтолнен в виде дифференциального ме ханизма, включающего центральные колеса 22 и 23, св занные с наружными обоймами 10 и 11 мех пульсатора, сателлиты 24, водило 25, св занное через зубчатый венец 26 с механизмом подачи, механизма свободного хода, внутренн   обойма 27 которого соединена с наружной обоймой 11 противоположно направленного ему механизма свободного хода импульсатора, а на- ружна  обойма 28 - с корпусом 1 бурового станка. Косозубые неуравновешенные сателлиты 29, как и неуравновешенные сателлиты 6, св заны через оси 7 с ведущим элементом 5. Причем сателлиты 6 и 29 посажены на оси 7 неподвижно вдоль последних и имеют свободу в окружном направлении, а грузы неуравновешенных сателлитов 29 размещены диаметрально противопо- ложно грузам неуравновешенных сателлитов 6. Боек 30 жестко соединен с солнечной косозубой шестерней 31, котора  в зацеплении с неуравновешенными косозубыми сателлитами 29 и на которую опираютс  пружины 32, Пружины 32 имеют опору на водило 33 и ведомый элемент 5, причем боек 30 св зан с наружной обоймой 10 МСХ шли цевьм соединением, подвижным в осево направлении.

Буровой станок работает следующим образом.

,

O

5 0 5 0 О

0

5

Двигатель 2 приводит во вращение }зедущий элемент 5 с неуравновешенными сателлитами 6 и 29. При вращении не- уравновеьченных сателлитов 6 вокруг солнечной шестерни 9, закрепленной на полом валу 8, и вращении неурав- новешенньж сателлитов 29 вокруг солнечной шестерни 31, закрепленной на бойке 30, на вал 8 и боек 30 действуют знакопеременные вращающие моменты , закон изменени  которых носит синусоидальный характер с периодом, равным времени одного оборота неуравновешенных сателлитов 6 и 29 относительно собственной оси вращени . Знакопеременный вращающий момент, дей- СТВУЮ1ТИЙ со стороны неуравновешенных сателлитов 6 на солнечную шестерню 9 и вал 8, в зависимости от положени  ведущего элемента 5 и вала 8 разгон ет последний до угловой скорости наружных обойм 10 и 11, которые могут вращатьс  и в процессе работы вращаютс  только в разные сто- рюны. При этом импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в сторону вращени  ведущего элемента 5, считаетс  положительным, импульс знакопеременного вращающего момента, действующий в противоположную сторону , - отрицательным. В положительной фазе цикла импульс знакопеременного момента, действующий на вал 8, со стороны неуравновешенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в отрицательной фазе предыдущего цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы 10, включение механизма свободного хода, совместный разгон вала 8 с на- ружной обоймой 10 и передачу вращающего момента через хвостовик 4 поро- доразрущающему инструменту 3. Одновременно при вращении сателлитов 6 вокруг солнечной шестерни 9 вращаютс  и неуравновешенные косозубые сателлиты 29 вокруг солнечной шестерни 31, закрепленной на бойке 30, на которьй также действует знакопеременный вращающий момент. Положительному импульсу знакопеременного вращающего момента импульсатора соответствует отрицательный импульс, создаваемый неуравновешенными сателлитами 29, и наоборот. Импульсы знакопеременных моментов на обойме 10 и бойке 30 должны быть противоположно

направлены, что необходимо дл  лучшей организации удара, численное значение момента положительного импульса им- пульсатора должно быть в несколько (3-5) раз больше отрицательного импульса момента, создаваемого неуравновешенными косозубыми сателлитами 29, Тогда при вращении обоймы 10 в положительной фазе цикла на боек 30 действует момент, в несколько раз больший, чем противоположно направленный отрицательный импульс момента, созданный, косозубыми неуравновешенными сателлитами 29,

Таким образом, в этом случае момент на бойке 30 в отрицательной фазе не может реализоватьс  во вращательное движение и за счет косозубого зацеплени  весь входной момент преобразуетс  в силу удара, посредством которой боек 30 будет наносить удар по хвостовику 4, что способствует увеличению производительности бурени 

передаетс  на задающее устройство 14, В этой же фазе цикла наружна  обойма 10 и св занные с ней хвостос вик 4 с породоразрушающим инструментом 3 и центральное колесо 22 вращаютс  по инерции до тех пор, пока импульс знакопеременного вращающего момента, действующий со стороны неtb уравновешенных косозубых стателлитов 29, не изменит знак на противоположный . Тогда направление действи  момента совпадает с направлением вращени  обймы 1C, т,е, ее вращение уже

15 будет осуществл тьс  бойком 30, который будет двигатьс  в осевом направлении , возвраща сь в исходное положение . Разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23, как и г

20 прежде, определ ет действие механизма подачи, обеспечива  и в этой фазе цикла подачу породоразрушающего инструмента 3 в рабочую зону. Так распредел ютс  положительные и отрица- шпуров в твердых породах, Одновремен- 25 тельные импульсы вращающего момента но с обоймой 10 вращаетс  колесо 22 и осуществл етс  работа инерционного дифференциального механизма, В этой привода при определенных величинах фазе цикла наружна  обойма 11, вра- моментов сил сопротивлени  на породо- ща сь по инерции, приводит во враще- разрушающем инструменте 3, обуслов- ние св занное с ней центральное коле- о ленных физико-механическими свойствасо 23 дифференциального механизма. Разность скоростей центральных колес 22 и 23, вращающихс  в разные стороны , обусловливает переносное движение сателлитов 24 и водила 25 дифференциального механизма с определенной угловой скоростью. Водило 25 жестко соединено с зубчатым венцом 26, который приводит в действие через шестерню 19 гайку 20, перемеща  ее вместе с корпусом 1 относительно неподвижного винта 21 подачи, обеспечива  подачу породоразрушающего инструмента 3 в рабочую зону,

В отрицательной фазе цикла импульс знакопеременного вращающего момента, действующий на вал 8 со стороны неуравновешенных сателлитов 6, вызывает торможение этого вала (разогнанного в противоположную сторону в положительной фазе цикла), его остановку и разгон до угловой скорости наружной обоймы 11, после включени  мех совместный разгон вала 8, наружной обоймы 11 и св занных с ней шестерни 12 и центрального колеса 23 дифференциального механизма, С шестерни 12 импульс знакопеременного вращающего момента через шестерню 1j

35

40

45

50

55

ми буримой породы.

При этом св занное с наружной , обоймой 11 через шестерни 12 и 13 задающее устройство 14 создает сопротивление вращению обоймы 11, которое может регулироватьс  по величине, например, путем принудительного изменени  сопротивлени  на выходе гидравлического насоса. Автоматическое распределение мощности приводного двигател  между движени ми вращени  породоразрушающего инструмента 3 и его подачи механизмом подачи в зависимости от физико-механических свойств буримой породы обеспечиваетс  тем, что величина положительного и отрицательного импульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных сателлитов 6 на ведомый элемент 8, и величина отрицательного и положительного им пульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных косозубых сателлитов 29 на боек 30,тем больше, чем скорость сателлитов 6 и 29 относительно ведущего элемента 5, котора  зависит отвеличины момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменпередаетс  на задающее устройство 14, В этой же фазе цикла наружна  обойма 10 и св занные с ней хвостовик 4 с породоразрушающим инструментом 3 и центральное колесо 22 вращаютс  по инерции до тех пор, пока импульс знакопеременного вращающего момента, действующий со стороны неуравновешенных косозубых стателлитов 29, не изменит знак на противоположный . Тогда направление действи  момента совпадает с направлением вращени  обймы 1C, т,е, ее вращение уже

будет осуществл тьс  бойком 30, который будет двигатьс  в осевом направлении , возвраща сь в исходное положение . Разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23, как и г

прежде, определ ет действие механизма подачи, обеспечива  и в этой фазе цикла подачу породоразрушающего инструмента 3 в рабочую зону. Так рас5

0

5

0

5

ми буримой породы.

При этом св занное с наружной , обоймой 11 через шестерни 12 и 13 задающее устройство 14 создает сопротивление вращению обоймы 11, которое может регулироватьс  по величине, например, путем принудительного изменени  сопротивлени  на выходе гидравлического насоса. Автоматическое распределение мощности приводного двигател  между движени ми вращени  породоразрушающего инструмента 3 и его подачи механизмом подачи в зависимости от физико-механических свойств буримой породы обеспечиваетс  тем, что величина положительного и отрицательного импульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных сателлитов 6 на ведомый элемент 8, и величина отрицательного и положительного им пульсов знакопеременного вращающего момента, действующего со стороны неуравновешенных косозубых сателлитов 29 на боек 30,тем больше, чем скорость сателлитов 6 и 29 относительно ведущего элемента 5, котора  зависит отвеличины момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструмен

те 3; наружные обоймы 10 и 11 МСХ импульсатора соединены между собой через дифференциальный механизм, а водило 25 дифференциального механиз- ма кинематических св зано с механизмом подачи породоразрушающего инструмента 3; наружна  обойма 10 МСХ, передающа  вращение породоразрушающеу инструменту 3, св зана с бойком 30 шлидевым соединением, подвижным в со осевом направлении. Так, например, увеличение момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменте 3 приводит к уменьшению угловой скорости наружной обоймы 10 и св занного с ней центрального колеса 22 дифференциального механизма, а углова  скорость наружной обоймы 11 и св занного с ней центрального колеса 23 возрастает , что приводит к уменьшению разности скоростей центральных колес 22 н 23 и уменьшению угловых скоростей водила 25, зубчатого венца 26, шестерни 19 и гайки 20, в результа- те чего уменьшаетс  величина подачи породоразрушающего инструмента 3. Дд новременно происходит уменьшение угловой скорости вала 8 в направлении действи  положительного импульса знакопе- ремецного вращающего момента импульса- тора, а также уменьшение угловой скорости бойка 30 в направлении действи отрицательного импульса знакопеременного вращающего момента ударника и увеличение относительных скоростеА 6 во врем  отрицательной фазы цикла импульсатора и сателлитов 29 во врем  положительной фазы цикла ударника. Вследствие этого увеличиваетс  положительный импульс момента импульсатора и отрицательный импульс ударника, что необходимо дл  праэдолени  моментов сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменте 3, т.е. увеличиваетс  крут щий момент и параметры удара на породоразрушающем инструменте 3, в результате обеспечиваетс  более высока  производительность бу- рового станка. При этом увеличение относительных скоростей неуравнове- шенных сателлитов 6 и 29 во врем  соответствующих фаз циклов пропорционально увеличению момента сил сопротивлени , причем каждому значению момента сил сопротивлени  соответст- вуют определенные значени  относительных скоростей неуравновешенных сателлитов 6 и 29 и величины импуль

5

0

5 0 5

0

5

0

5

сов соответствующих знаков знакопеременных вращающих моментов, создаваемых импульсатором и ударным механизмом .

С увеличением момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменте 3 происходит автоматическое бесступенчатое уменьшение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3, увеличение знакопеременного вращающего момента на нем и увеличение параметров (энергии) удара. Увеличенна  ударна  нагрузка позвол ет породоразрушающему инструменту в внедритьс  в породу -на большую глубину . В результате этого происходит значительно большее разрушение породы (скалывание, см тие), чем при статическом воздействии на породоразру- шающий инструмент, а также разрушение еще неразрушенной горной породы (образование трещин, отслаивание), тем самым снижаетс  крепость породы. Поэтому возросший вращающий момент обеспечивает более эффективное резание породы заглубленным инструментом. При этом уменьшаетс  величина подачи породоразрзппающего инструмента. С уменьшением величины подачи прогрессирующее падение угловой скорости породоразрушающего инструмента 3 прекращаетс , что приводит к выходу инерционного привода бурового станка на новый установившийс  режим работы с локализацией изменений скоростных и силовых параметров в определенной области, определ емой сопротивлением породы и задающего устройства. При значительном увеличении момента сил сопротивлени  на породоразрушающем инструменте 3 значени  положительного импульса знакопеременного вращающего момента импульсатора и отрицательного импульса знакопеременного вращающего момента ударника макси- мально возрастают, т.е. вращающий момент и показатели (энергий) удара на породоразрушающем инструменте 3 достигают своих максимальных значений , которые может обеспечить привод бурового станка. Если же и после этого момент сил сопротивлени  будет не преодолен на породоразрущающем инструменте 3, то разность угловых скоростей центральных колес 22 и 23 станет равной нулю, что соответствует режиму работы инерционного привода с нулевой подачей породоразрушающего

инструмента 3. Момент наступлени  этого режима, а также соответствующие ему величины скоростных и силовых параметров на породоразрушающем инструменте 3 и механизме подачи зависит от сопротивлени  породы и задающего устройства 14, которое создает сопротивление вращению наружной обоймы 11. Сопротивление задающего уст- ройство должно быть отрегулировано так, чтобы режим работы цикла с нулевой подачей породоразрушающего ий- . струмента 3 наступал при кинемати О

что, с целью повышени  произвог

дительности бурени , он снабжен ударным механизмом, выполненным в виде импульсатора, содержащего установленные на ос х сателлитов инерционной трансмиссии вращени  водило и косо- зубые неуравновещенные сателлиты, г-. св занные с косозубой солнечной шес- терней, котора  жестко св зана с бойком и подпружинена относительно водила и ведущего элемента инерционной трансмиссии привода вращени , причем ведомый элемент последнего выполнен

ческом передаточном числе (отношение в виде полого вала, внутри которого

числа оборотов породоразрушающего 3 к числу оборотов вала двигател  2), соответствующем минимально допустимому КПД при работе рассматриваемого привода.20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Буровой станок по авт. св. № 1004596, отличающийс  25

   с возможностью осевого перемещени  размещен боек, который св зан посред ством шлицевого соединени  с наружно обоймой механизмв свободного хода, соединенной с породоразрушающим инструментом , а грузы на сателлитах инерционной трансмиссии привода вращени  и косозубых неуравновешенных сателлитах расположены диаметрально противоположно.

   10

   J//

   с возможностью осевого перемещени  размещен боек, который св зан посредством шлицевого соединени  с наружной обоймой механизмв свободного хода, соединенной с породоразрушающим инструментом , а грузы на сателлитах инерционной трансмиссии привода вращени  и косозубых неуравновешенных сателлитах расположены диаметрально противоположно.

   иWб 79

   mL JJ1 «t 11

   1

   Jrf/У