Вращательно-ударная бурильная головка

(57) Изобретени промьппленности, ным установкам, щательный и уда соб бурения. Цел шение долговечн ки буровой маши Включает электр тель 2, шпиндел низм, Последний нетарного редук,(72)А В.К относитв частно го к б(56)У 511АвМф 115 аора сш Вь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙВТОСНОМУ СДЕТЕЛСТВ 4182000/22-0314,01,8730,10.88. Бюл. В 40Горловский филиал Донецкогонического институтаВ.Г.Белоглазов, А.В.Касьян,уница, И,В.Рязанов.Шмаковбгг.г 4 г (088,8)Авторское свидетельство СССР451, кл, Г 16 Н 3/00, 1974.торское свидетельство СССР5738, кл. Е 21 С 3/12, 1983,17 обеспечивающим врано-вращательный споь изобретения - повы сти бурильной головы. Бурильная головка двигатель 1, враща, ударный меха- выполнен в виде пл(Ш), валами 9 и 10 и механизмом 1 1переключения скоростей вращателя 2,Косозубая солнечная Ш 21 ударногомеханизма подпружинена с двух сторонотносительно водила 18 и жестко связана с бойком 24. Боек 24 соединен сошпинделем 12 посредством шлицов, Надиаметрально расположенных пальцах19 водила 18 неподвижно в осевомнаправлении посажены неуравновешенные косозубые сателлиты (КС) 20,имеющие возможность свободного вращения,При вращательном режиме бурения вращение от электродвигателя 1 через 1Изобретение относится к горнойпромышленности, в частности к бурильным установкам, имеющим вращательно ударную бурильную головку электроме 1ханического типа и обеспечивающим одновременно вращательный и вращательно-ударный способы бурения,Целью изобретения является повышение долговечности бурильной головки.На чертеже изображена кинематическая схема вращательно-ударной бурильной головки с ударным механизмоминерционно-импульсного типа,Вращательно-ударная бурильная головка с ударным механизмом инерционно-импульсного типа состоит из электродвигателя 1, вращателя 2, представляющего собой например, двухскоростной двухступенчатый редуктор, включающий шестерни Э - 8, валы 9 и 10,механизм 11 переключения скоростейвращателя 2, Шестерни Э и 4 жесткопосажены соответственно на валы 9 и10, Шестерни 5 и 6 расположены на шлицах вала 10 с возможностью перемеще 25ния на них посредством механизма 11переключения скоростей вращателя 2.Шестерни 7 и 8 жестко посажены нашпиндель 12. Валы 9 и 10 и шпиндель12 вращаются в подшипниках, располе 30женных в корпусе (не показан) бурильной головки. Такая конструкциявращателя 2 обеспечивает два значения угловой скорости вращения шпинделя 12, т.е. две скорости вращения 35 вал 9, П 1 3,4, вал 10 и одну из парШ 5,7 или 6,8 передается на шпиндель2, хвостовик 25 и породоразрушающийинструмент 26. При ударно-вращательном режиме бурение приводится во вращение водилом 18 с КС 20 вокруг П 21.При этом на Ш 21 циклически действует знакопеременный вращающий моментсил инерции, создаваемый КС 20. Косозубое зацепление совместно со шлицевым соединением бойка 24 и шпинделя 12 между собой преобразует этотмомент в удар.ил. 2,шпинделя 12, Редуктор 13 приводаударного механизма состоит из шестерен 3 и 14 и устройства 15 включения ударного механизма, Шестерня 14посажена на шлицах вала 16 с возможностью перемещения на них посредством устройства 15 включения, ударногомеханизма, Такая конструкция редуктора 13 привода ударного механизмаобеспечивает два способа бурения:вращательный способ, если шестерня14 выведена устройством 15 включенияударного механизма из зацепления сшестерней Э, и вращательно-ударный,если шестерня 14 находится в зацеплении с шестерней 3, На фиг,1 показано осуществление вращательно-ударного способа бурения.Ударный механизм 17, выполненныйв виде планетарного редуктора, состоит из .водила 1 8 с диаметрально расположенными пальцами 19, на которыхсвободно в окружном направлении и неподвижно вдоль оси пальцев 19 посаже"ны косозубые неуравновешенные сателлиты 20, входящие в зацепление с косозубой солнечной шестерней 21. Цент-,ры тяжести косозубых неуравновешенных сателлитов 20 смещены относительно оси пальцев 19 с помощью дебалансов 22, Косозубая солнечная шестерня 21 опирается через пружины 23 наводило 18 и соединена в одно целоес бойком 24 ударного механизма, который одним своим концом располагается20 При проведении буровых работ необ"ходимо бурить как мягкие, так и твера твердые - вращательно-ударным режимом бурения. Поэтому бурильная головка должна и может осуществлять 2 укапородоразрушающий инструмент 26 внедным однонаправленным вращением. Ударс возможностью осевого перемещения в выточке водипа 18, а другим концом, ударной частью, связан посредством шлиц со шпинделем 12, Между бойком 24 и хвостовиком 25 есть зазор, Количество косозубых неуравноВешенных сателлитов 20 определяется исходя из известного условия соседства, величина смещения их центра тяжести зависит, в основном, от требуемых параметров удара.1 Чпиндель 12 соединен с хвостовиком 25, один конец которого со стороны шпинделя 12 имеет форму кулачковой муфты, а другой конец со стороны породоразрушающего инструмента 26 имеет форму конуса типа Морзе. Параметры концов хвостовика не имеют принципиального значения и определяются расчетным путем исходя из конкретных требований эксплуатации. Необходимо, чтобы конец хвостовика 25 с кулачковой муфтой обеспечивал жест кую связь в окружном направлении со шпинделем 12 и давал возможность хвостовику 25 перемещаться в осевом направлении в определенных пределах обычно, максимум, 1 О мм). Необходимо также, чтобы конец хвостовика 25 с.конусной частью обеспечивал жесткую связь хвостовика 25 с породоразрушающим инструментом 26. дые породы. Мягкие породы хорошо бурить вращательным режимом бурения,занных режима бурения, При вращательном режиме бурения ряется в породу под действием осевого усилия с одновременным непрерывные нагрузки при этом отсутствуют.При таком режиме бурения разрушениепород происходит непрерывно, представляя собой процесс резания пластичного материала с образованием стружки. При бурении хрупких пород разрушение происходит циклично в виде отдельных сколов. При вращательно-ударном режиме бурения породоразрушающий инструмент 26 внедряется в породу под действием осевого усилия, ударной нагрузки с одновременным непрерывным однонаправ 5 О 5 25 30 35 40 5 50 55 ленным вращением породоразрушающего инструмента 26, При таком режиме бурения разрушение происходит за счет скалывания породы.Вращательный режим бурения осуществляется за счет взаимодействия вращателя 2 со шпинделем 12, хвостовиком 25 и породоразрушающим инструментом 26. Вращение от электродвигателя 1 через вал 9, шестерни 3, 4, вал 10 и одной из пар шестерен 5, 7 или б, 8 передается на шпиндель 12,хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент имеют непрерывное однонаправленное вращение.При введении устройством 15 включения ударного механизма шестерни 14 в зацепление с шестерней 3 редуктор 13 привода ударного механизма приводит во вращение водило 18 с косозубыми неуравновешенными сателлитами 20. При вращении косоэубых неуравновешенных сателлитов 20 вокруг косозубой солнечной шестерни 2 на последнюю циклически действует зна копеременный вращающий момент сил инерции, создаваемый косозубыми неуравновешенными сателлитами 20, закон изменения которого носит синусоидальный характер с периодом, равным времени одного оборота косозубых неуравновешенных сателлитов 20 относительно оси вращения пальцев 19,Положительный импульс знакопеременного момента сил инерции будет противодействовать вращающему моменту, подведенному от электродвигателя 1 через вращатель 2 к шпинделю 12, Вращающий момент в 2 - 4 раза больше, чем максимальное значение положительного импульса. Сила сопротивления в этот момент времени вообще отсутствует 1 не считая сил упругости в пружине). Вследствие этого косозубая солнечная шестерня 21 вместе с бойком 24 будут совершать, в основном, линейное перемещение к хвостовику 25 с породоразрушающим инструментом 26 (направление движения определяется 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 шестерю 21 начнет действовать отрица34096 6зить шпиндель 12, уменьшая частотувращения шпинделя 12 до какой-то величины ы , а в отрицательной5фазе цикла будет увеличивать частоту вращения шпинделя 12 до какой-товеличины ьп, , . Таким образом,шпиндель 12, хвостовик 25 и породоразрушающий инструмент 26 будет совершатьв итоге непрерывное однонаправленноепульсирующее вращение, За цикл работы планетарного ин 4 ционно-импульсного редуктора шпиндель 12 будет иметькакую-то усредненную частоту вращения Юш, , Как показала практика,процесс бурения, осуществляемый с наложением окружных вибраций на непрерывное однонаправленное вращение породоразрушающего инструмента, значительно снижает энергоемкость и повышает фактическую производительностьбурильных установок,Составитель О.Собин Техред Л.Сердюкова Редактор А.Лежнина Корректор Г,Решетник Тираж 459 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 5529/34 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 5 14 тельный импульс энакопеременного момента сил инерции, который будет иметь направление действия, противоположное положительному импульсу и одинаковое направление с моментом, подведенным к шпинделю 12 от электродвигателя 1 через вращатель 2, Вследствие этого косозубая солнечная ,шестерня 21 вместе с бойком 24 бу дут совершать, в основном, линейное перемещение, но уже отводя боек 24 от хвостовика 25, раскрывая между кими зазор и возвращая детали плане,тарного инерционно-импульсного редуктора в первоначальное положение.Для стабилизация, большей определенности этого положения и устранения возможности удара бойка 24, особенно во времени его движения в отрицательной фазе, в водило 18 между косоэубой солнечной шестерней 21 постав,лены пружины 23.С наступлением положительной фазы , цикла работа ударного механизма в вкде планетарного инерционно-импульсно го редуктора 17 будет циклически , ,повторяться.Таким образом, в данном ударном ,механизме удар создается за счет того, что планетарный инерционно-импульсный редуктор 17 создает знакопеременный момент сил инерции, а косозубое зацепление совместно со шлицевым соединением бойка 24 и шпинделя 12 между собой и при встречном взаимодействии в положительной фазе ранее рассмотренных-моментов, действующих на шпинделе 1 2, преобразуетЭтот момент сил инерции в силу удара,Противоположное вращение водила18 и шпинделя 12 способствует лучшей организации удара и повышению показателей процесса бурения в целом. В положительной фазе цикла момент скл инерции будет в какой-то мере тормоФормула изобретения25 Вращателько-ударная бурильная головка, включающая электродвигатель,вращатель, шпиндель с хвостовиком,породоразрушающий инструмент и ударЗО ный .механизм, выполненный в видепланетарного редуктора, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения долговечности бурильной головки, планетарный редуктор выполненс косозубой солнечной шестерней, водилом с диаметрально расположеннымипальцами, на которых посажены с возможностью свободного вращения косозубые неуравновешенные сателлиты,установленные на пальцах водила неподвижно в осевом направлении, а косозубая солнечная шестерня подпружинена с двух сторон относительно водилаи жестко связана с бойком, которыйкикематически соединен со шпинделемпосредством шлицов,