Виброгрейфер для прохода шурфов

(19) 1 В 7/24; Е 02 Е 3 ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 956731, кл. Е 21 В 7/28, 1981.2, Авторское свидетельство СССРМ 445731, кл. Е 02 Р 3/44, 1972.(54)(57) 1. ВИБРОГРЕЙФЕР ДЛЯ ПРОХОДКИШУРФОВ, включающий вибратор, привод,установленный на корпусе вибраторас помощью пружинного амортизатора,челюсти .с приводом в виде винтовойпары и виброударный стакан, верхняячасть которого соединена с корпусомвибратора, а нижняя шарнирно связана с челюстями, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения ппоизводительности проходки путем интенсификации операций внедрения, атакже выгрузки, виброгрейфер снабжен .траверсой с тягами, шарнирно связанными с челюстями и пружинными фиксаторами, установленными с возможностью взаимодействия с виброударным,стаканом, а винт винтовой пары в своей нижней части выполнен в виде штока некруглого сечения и с упорным,пояском, расположенным между винто 10 А вои частью и штоком некруглого сечения, и снабжен выталкивателем породы с клиновыми разновысокимиэлементами, при этом шток своей частью не.круглого "ечения размещен внутри пружинных фиксаторов с возможностью продольного перемещения и взаимодействия клиновых разновысоких элементов с пружинными фиксаторами, а траверса установлена с возможностью взаимодействия с упорным пояском, причем виброударный стакан имеет дополнительный вибратор, установленный между его верхней частью и корпусом вибратора.2. Виброгрейфер по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что выталкиватель породы с клиновыми разновысоки- Я ми элементами снабжен шнековым забурником, а в верхней части - штангсй некруглого сечения, выполненной в виде продолжения нижней части винта.3. Виброгрейфер по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный вибратор выполнен в виде закрепленной на внутренней части виброударного стакана зубчатой опоры и роликов, установленных на корпусе вибратора с возможностью взаимодействия с зубчатой опорой.4. Виброгрейфер по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью :оздания дополнительных крутящих колебаний, пружинный амортизатор выполнен в виде пружины кручения с закреп.ленными концами на приводе и корпусе вибратора.1068585 Составитель Л,Черепенкинаванова Техред Л.Микеж Корректор А. Зимокосов Редакто исно а 4 Патент" г.ужгород, ул.Проект лиал 1436/27 . Ти ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москраж 568ударственногоизобретений ива, Ж, Рауш По митвта СС ткрытий ая наб.,Изобретение относится к геолого-разведочным 1 работам и касается инструментов для проходки шурфов в песчано-гравийных породах, напримергрейферов к буровым установкам.Известен буровой инструмент дляпроходки шурфов, включающий закрывающиеся челюсти и шток для выталкивания породы при разгрузке 11.Недостатком данного устройства является наличие гидравлического привода закрытия лопастей и недостаточная эффективность при внедрении .впороду.Наиболее близким к изобретениюявляется виброгрейфер, включающий 15вибратор, привод, установленный накорпусе вибратора с помощью пружинного амортизатора, челюсти с приводом в виде винтовой пары и виброударный стакан, верхняя часть которогосоединена с корпусом вибратора, анижняя шарнирно связана с челюстями 21.Недостатком известного виброгрейфера является малая эффективностьпри внедрении и при разгрузке,Цель изобретения - повышение про.изводительности проходки путем интенсификации операций внедрения, а также выгрузки.Указанная цель достигается тем,что виброгрейфер для проходки шурфов,включающий вибратор, привод, установленный на корпусе вибратора с помощьюпружинного амортизатора, челюсти сприводом в виде винтовой пары и виброударный стакан, верхняя часть которого соединена с корпусом вибратора, а нижняя шарнирно связана с челюстями, снабжен траверсой с тягами,шарнирно связанными с челюстями и 40с пружинными фиксаторами, установленными с возможностью взаимодействияс виброударным стаканом, а винт винтовой пары в своей нижней части выполнен в виде штока некруглого сечения и с упорным пояском, расположенным между винтовой частью и штокомнекруглого сечения, и снабжен выталкивателем породы с клиновыми разновысокими элементами, при этом штоксвоей частью некруглого сечения размещен внутри пружинных фиксаторов свозможностью продольного перемещения,и взаимодействия клиновых разновысоких элементов с пружинными фиксаторами, а траверса установлена с возможностью взаимодействия с упорнымпояском, причем виброударный стаканимеет дополнительный вибратор, установленный между его верхней частьюи корпусом вибратора.60Кроме того, выталкиватель породыс клиновыми разновысокими.элементамиснабжен шнековым забурником, а в вер.хней части - штангой некруглого сечения, выполненной в виде продолже ния нижней части винта, при этом дополнительный вибратор выполнен в виде закрепленной на внутренней части виброударного стакана зубчатой опорыи роликов, установленных на корпусе вибратора с возможностью взаимодействия с зубчатой опорой, причем пружинный амортизатор выполнен в виде пружины кручения с закрепленными концами на приводе и корпусе вибратора.На фиг.1 изображен виброгрейфер, на Фиг.2 - виброгрейфер с поднятым винтом и закрытымилопастями, на фиг,З - траверса с фиксаторами, на фиг.4 - разрез А-А на фиг,З; на Фиг.5 и 6 - работа сменного выталкивателя породы.Виброгрейфер для проходки шурфов имеет привод 1, корпус 2 вибратора между которыми установлена пружина 3 с концами, жестко закрепленными в теле привода и корпусе. Нижний торец корпуса снабжен кольцевым бойком 4, средняя часть имеет роликовую опору 5 дополнительного вибратора 6, В корпусе установлены поджимающие пружины 7 с шаровыми опорами 8, а также вибратор 9 с роликами 10, шарикоподшипниковой 11 и зубчатой 12 опорами. В конструкцию виброгрейфера входит винт 13 с упорным пояском 14 ис гайкой 15, которые находятся в изолированной камере 16, образованной корпусом 2 и стенками вибратора 9, Винт 13 ввернут в гайку 15, закрепленную в.верхней части корпуса 2. Нижняя часть винта 13 переходит в штангу 17 некруглого сечения фиг.1), Штанга 17 проходит через некруглое отверстие днища 18 траверсы 19 и не- круглые центральные отверстия подпружиненных фиксаторов 20 и 21. Заканчивается штанга 17 сменным наконечником 22. В качестве сменного наконечника 22 может быть использован буровой инструмент, например шнековый заЗурник 23 или тарельчатый выталкиватель 24 породы, Сменные наконечники в нижней части оборудованы клиновыми разновысокими элементами 25, Фиксаторы 20 и 21 представляют собой две втулки 26 и 27 с некруглыми центральными отверстиями с задвижками-фиксаторами 28 и 29, которые установлены в направляющих пазах днища 18 и крышки траверсы 30. Фиксаторы 20 и 21 установлены друг под другом с возможностью скольжения, а задвижки-фиксаторы 28 и 29 проходят через радиальные окна траверсы 19 и опираются своими верхними поверхностями на зубчатую опору 12 связанную с виброударным стаканом 31. Зубчатая опора 12 в месте конусного соединения с виброударным.стаканом 31 снабжена наковальней 32. Виброударный стакан 31 в верхней части оборудован зубчатойопорой 33. Низ виброударного стакана оборудован башмаком 34 с пазами,в которых с помощью осей 35 шарнирно закреплены челюсти 36 грейфера.С помощью тяг 37 с осями 38 челюсти36 шарнирно соединены с траверсой 19, 5Виброударный стакан 31 имеет технологическое отверстие 39. Инструментопускается на забой в исходном положении, изображенном на Фиг.1.От бурового станка через напорную 10штангу осевое усилие и левое вращение передаются к приводной муфте 1,а далее через пружину 3 к корпусу 2.Затем осевое усилие через гайку 15,винт 13 и штангу 17 передается к 15шнековому забурнику 23. Вращение кшнековому забурнику 23 передаетсянапрямую через гайку 15, а такжекорпус 2 инструмента,.корпус вибратора 9, ролики и боковые торцовые поверхности кулачков зубчатой опоры12, виброударный стакан 31 челюстями 36, а далее через тяги. 37 и днище 18 траверсы 19,По мере углубления шнекового забурника 23, челюсти 36 инструментавходят в контакт с породой забояшурфа. При проворачивании инструмента челюсти 36 будут калибровать забой выработки,, Сведению челюстей 36 будет препятствовать реакция породы забояблагодаря клиновой форме сечения.челюстей, а также фиксации траверсой19 и тягами 37 от продольного перемещения. Это достигается за счет З 5упорного пояса 14 между винтом 13 иштангой 17, который упирается в днище 18 траверсы, а также фиксаторов20 и 21 траверсы 19.По мере углубления челюстей 36 и 40при встрече крупных валунов резковозрастает мощность, затрачиваемаяна проворачивание инструмента.Этослужит сигналом для переключения левого вращения на правое. При нравомвращении напорной штанги корпус 2начнет проворачиваться относительновиброударного стакана с зубчатойопорой, Ролики, набегая.на кулачкизубчатой опоры 12, будут подниматькорпус относительно виброударногостакана 31 и траверсы 19. При соскальзывании роликов с зубцов боек4 корпуса 2 будет наносить удары понаковальне 32 зубчатой опоры 12, аследовательно, и по виброударномустакану 31, Благодаря тому, что диаметр роликов несколько меньше высоты зубцов зубчатой опоры 12, ударбойка будет полностью передаватьсянаковальне.60Осевое давление, прижимая челюсти 36 к забою, передается только вмомент контакта роликов с зубцамизубчатой опоры 12 и контакта бойка4 с наковальней 32. В этой связи, 65 для повышения эффективности внедрения челюстей 36, установлены пружины 7 с шаровыми опорами 8, которые обеспечивают постоянное прижатие лопастей к забою.При вращении корпуса 2 частота ударов будет зависеть от числа зубцов зубчатой опоры 12 и числа оборотов напорной штанги. Энергия единичных ударов зависит от высоты зубцов и осевого усилия, передаваемого через напорную штангу и пружину 3 корпусу 2 с учетом реакции поджимающих пружин 7).В процессе работы вибратора за счет сил трения, возникающих при движении роликов по кулачкам, появляются усилия, скручивающие пружину 3.Такимобразом, при вращении напорной штанги и внедрения челЮстей в породу забоя возникнут крутильные колебания, которые также будут способствовать повышению интенсивности внедрения лопастей в породу. Частота и энергия крутильных колебаний также соответс".венно зависят от частоты вращения корпуса 2, числа зубцов и от осевого усилия, передаваемого через корпус 2 на ролики. Кроме того, пружина 3 выполняет роль обычного амортизатора в значительной степени снижающего вредное воздействие виброударных нагрузок на буровой станок, Надежная фиксация челюстей 36 от схождения, передача ударов лопастей по прямой, а также большая поверхность И плотный контакт между торцовыми поверхностями челюстей и башмака 34 виброударного стакана 31 способствуют эффективной передаче энергии удара. Клиновая Форма челюстей также способствует повышению эффективности их внедрения в рыхлую породу с твердыми включениями.Продолжительность прямого внедрения челюстей в породу зависит от длины части винта, соответствующей длине штока со сменным наконечником, шага резьбы винта и гайки, а также частоты вращения напорной штанги,Конструкция проворачивающегося башмака 34 позволяет челюстям 36 при их внедрении в породу забоя "находить" и погружаться на участках с наименьшим сопротивлением например, челюсти способны соскальзывать с краев валунов и углубиться в промежутки между последними, попадать своими остриями в трещины и раздвигать их, перемещаться с плотных участков глин к участкам рыхлых песчаных включений и т.д.) . При внедрении челюстей 36 в породу виброзабивной стакан 31 надежно фиксируется от дальнейшего кругового перемещения. Одновременно с этим фийсируется от, проворачивания тяги 37 и траверса 19.10 Так как при этом гайка 15 будет вращаться, то винт 13 вместе со штангой17 и шнековым забурником 23 будетподниматься, Во время подъема шнекового забурника 23 из пилот-скважинывозможны его подклинки вывалившимисяиз стенок твердыми включения. В,результате этого возникнут дополллительные осевые усилия, которые также будут способствовать внедрению челюстей в породу забоя.При достижении клиновыми разновысокими элементами 25 пружинных фиксаторов верхней части траверсы 19элементы 25 одновременно войдут внекруглые центральные отверстия втулок 26 и 27 и переместят их вместес задвижкой-фиксаторами 28 и 29 кцентру инструмента. Расфиксированнаятаким образом траверса 19 под действием осевого усилия винта 13 поднимется вверх При этом тяги 37 такжебудут подниматься вверх и закроютчелюсти 36, Одновременно с закрытием челюстей виброударный стакан будетподнят и прижат винтами 13 к корпусу 2.Время на закрытие челюстей 36определяется в зависимости от длины части винта равной расстоянию отфиксаторов до корпуса и соответствующему перемещению тяг 37 при сведении челюстей с одновременной вибрацией., от шага винта 13 и гайки 19,а также частоты вращения напорной . штанги. Общая длина винта 13 определяется как сумма длин его участков,З 5работающих при прямом внедрении челюстей в породу и при закрытии.Благодаря закрытию челюстей с одновременной вибрацией осевой и крутильной), а также ослаблению пород 40забоя, предварительно пробуреннойпилот-скважиной значительно облегчается закрытие челюстей, С полнымзакрытием челюстей нижняя часть снаряда приобретает коническую форму.По изменяющейся при этом мощности,затрачиваемой на вращение напорнойштанги, можно судить об окончанииоперации наполнения инструмента и закрытия челюстей. 50Сразу после закрытия челюстей инструмент поднимается на поверхность лебедкой станка на прямом канате, ,Цля разгрузки инструмента под него .подкатывается емкость, в технологическое отверстие 39 виброуДарного стакана 34 вставляется фиксирующий штырь и станок переключается на левое вращение, При этом работа механизмов инструмента будет происходить в обратноМ порядке. Винт 13 начнет выкручиваться из гайки 15, виброударный стакан 31 вместе с челюстями осядет вниз и упрется своей зубчатой опорой 33 в ролики 5 дополнительного вибратора,б корпуса 2. 65 При дальнейшем движении штанги17 и выхода ее из инструмента, шнековый забурник 23 выполняет роль выталкивателя породы. При наличии назабое крупных валунов, когда невозможно пробурить пилот-скважину, вкачестве сменного наконечника 22может быть установлен короткий тарельчатый выталкиватель породы 241 на,фиг.1 показан пунктирными линияли ),При выходе шнекового забурникавыталкивателя ) из инструмента одновременно происходит движение зубцовзубчатой опоры 33 по роликам 5 дополнительного вибратора б, Возникающаяпри этом вибрация будет способствовать освобождению инструмента от породы, одновременно с удалением породы, при помощи выталкивателя 24 породы. Интенсифицирование разгрузкипороДы особенно важно при наличии ввалунно-гравийном материале большого количества включений глины и ила,склонных к прилипанию к стенкам ичелюстям инструмента,К моменту полной выгрузки породы,задвижки-фиксаторы 28 и 29 выходятиз камеры 16 и зафиксируют челюсти36 в рабочем положении. К этому моменту упорный поясок 14 подойдет кднищу 18 и подопрет траверсу. Спускинструмента может быть произведенпосле откатки емкости с породой отустья шурфа. Со спуском инструментана забой и,включением левого вращения операции по проходке шурфа повторяются.Конструкция снаряда со свободновращающимся виброударным стаканом31, двумя вибраторами 6 и 9 позволяет производить открытие и закрытиечелюстей практически в любом интервале шурфа. В этих случаях фиксациявиброударного стакана 31 от проворачивания достигается за счет сил трения между стаканом и стенками шурфа.Благодаря забуриванию пилот-скважины, способствующей ослаблению породна забое шурфа, сочетанию таких интенсифицирующих Факторов, как напор,осевая и крутильная вибрации, значительно повышается производительностьпроходки. Наличие виброударного воздействия на рыхлую обводненную породу тажже способствует ее ослаблениюза счет эффекта "разжижения". Вибрация инструмента при закрытии челюстей предотвращает образование "скелетов жесткости", что способствует повышению коэффициента его наполнения. Росту производительности способствует также исключение из технологического цикла ряда промежуточных операций, например необходимость дополнительного спускабурового инструмента для забурирования пилот-скважиныи для проведения операций по калибровке забоя шурфа.Производительность проходки шурфа предлагаемым инструментом может быть повышена благодаря возможности опера" тивного контроля за ходом отдельных5 операций в комплексе проходческого цикла. По изменениюросту и уменьшению ) затрат мощности на вращение инструмента можно определить начало и окончание эабурирования пилот-скважины, начало и окончание калибровки забоя шурфа, внедрение и закрытие челюстей, а также их открытие. Это позволяет своевременно определить окончание одной операции и переклю чить станок на выполнение последующей.В предлагаемом инструменте переход от некоторых операций к последующим происходит автоматически, К О этим операциям относятся: .забуривание - пилот-,скважины и калибровка забоя шурфа; внедрение челюстей в породу забоя и закрытие последних.В виброгрейфере интенсифицируется 5 операция разгрузки за счет применения одновременно с простым. открытием челюстей дополнительного воздействия на породу выталкивателя, а также сообщении виброударному стакану и челюстям вибрации. Росту скорости углубления в породу, закрытию челюстей и разгрузки способствует возможность оперативного регулирования режимов работы инструмента при изменении35 горно-технических условий его работы. Изменение режимов работы инструмента достигается за счет изменения осевого давления и частоты вращения инструмента. Изучив условия проходки шурфов, можно подобрать и установить в 40 инструменте зубчатую опору 12 с рациональным количеством зубьев. Воэможность регулирования параметров режима работы инструмента на забое является существенным преимуществомпредлагаемого инструмента по сравнению с известными.Предлагаемая конструкция виброгрейфера позволяет повторить отдельные операции рабочего цикла, не извлекая его на поверхность. Кроме того, конструкция виброгрейфера обеспечивает воэможность использованиявибрационных нагрузок для продвижения его по стволу в случае заклинкикусками породы вывалившейся из стенок выработкиКонструкция снаряда предусматривает использование отдельных узловдля выполнения нескольких технологических функций, что значительно упрощает его конструкцию, снижает вес,уменьшает габариты, создает удобство и повышает надежность в работе.В виду того, что предлагаемый виброгрейфер предназначен для комплектования самоходных буровых установокбез их существенной переделки последнее будет способствовать росту,коэффициента использования буровыхустановок. После завершения проходки шурфов виброгрейфер снимается,а буровые установки могут быть ис-.пользованы по назначению.Изобретение позволяет резко повысить эффективность проведения геологоразведочных работ при разведке рыхлых строительных материалов, например песчано-гравийных и валунно-гравийных, а также рассыпных месторож,цений цветных и редких металлов идрагоценных камней, 1068585