Устройство для хранения и подачи буровых штанг

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧ ЕСРЕСПУБЛИК 813872 А 1 Е 21 В 19 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ про" для танг онст- уст- храении во в ется уро гЗ(21) 4782885/03(71) Бишкекский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1160004, кл. Е 21 В 19/14, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1256160, кл. Е 21 В 19/14, 1985.Патент США М 4455116,кл. Е 21 В 19/14, опублик. 1984,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ БУРОВЫХ ШТАНГ(57) Использование: в буровых установках.Сущность изобретения: кассета выполненав виде барабана с сепараторами, Верхняя инижняя оси барабана соединены с его валомограниченно-подвижным соединением, выполненным с возможностью передачикрутящего момента, Оси установлены в Изобретение относится к горноймышленности, а именно к устройствамхранения, подачи или снятия буровых шс резьбовым замковым соединением.Цель изобретения - упрощение крукции и повышение технологичностиройства.На фиг,1 показано устройство длянения и подачи буровых штанг в положхранения; на фиг.2 - то же, устройстрабочем положении, когда осуществляпроцесс подачи или снятия штанги с бвого става в конечной его фазе; на фи поворотном корпусе. Барабан поворачивается на шаг относительно корпуса цепочнозвездочным механизмом при включении гидроприводного механизма поворота для выведения на ось бурения очередной буро вой штанги. Имеется фиксатор шагового поворота барабана. Узел регулирования углового смещения барабана выполнен .в виде червячной пары и эксцентричного соединения с подвижной частью силового цилиндра гидроприводного механизма поворота, Для компенсации осевого перемещения барабана он подпружинен снизу.Прорези сепараторов могут воспринимать крутящий момент и удерживать буровые штанги от осевого перемещения. Реверсивный механизм выполнен в виде храповых колес и поворотных собачек, Устройство обеспечивает работу с буровыми штангами, имеющими резьбовые концы. 1 з.п. ф-лы, 3 составные элементы устройства дл - 4 ния и подачи буровых штанг, ЮУстройство для хранения и подачи буровых штанг содержит кассету 1 и манипулятор 2, установленный на податчике 3 бурового станка. Кассета 1 включает верхнюю 4 и нижнюю 5 оси, установленные с возможностью вращения в корпусе 6 манипулятора 2, барабан 7, фиксатор 8, выполненный в виде подпружиненного пальца, пружину 9, реверсивный механизм, состоящий из двух храповых зубчатых механизмов, обеспечивающих вращение барабана 7как по часовой, так и против часовой стрелки и установленных в нижней части кассеты на нижней оси 5, которые состоят из храповых колес 10 и 11, подпружиненных собачек 12 и 13, подпружиненной рукоятки 14, кото рая имеет возможность устанавливаться с фиксацией только в двух положениях, причем в каждом из возможных положений подпружиненной рукоятки 14, которая жестко связана с осью 15 и рычагом поворота саба чек 16, одна из подпружиненных собачек 12 и 13 выводится из зацепления соответственно с храповым колесом 10 и 11, кроме того, храповые механизмы осуществляют стопорение барабана 7 через нижнюю ось 5 в 15 заданном направлении. Барабан 7 содержит сепараторы 17 и 18, их рабочая часть выполнена в виде чередующихся выступов и прорезей, расположенных с заданным шагом. В прорезях сепараторов, которые 20 выполняют функции ключа при наращивании или разборке бурового става, размещаются своими размерами под ключ штанги 19, причем прорези сепараторов также изготовлены с размерами под ключ 20, при 25 этом подпружиненные фиксаторы 21 установлены на сепараторах 17 и 18 барабана 7 с возможностью ограничивать положение штанг в радиальном относительно сепараторов направлении (по глубине прорезей), В ЗО верхней части кассеты 1 на верхней оси 4 размещен диск 22 с отверстиями для взаимодействия с фиксатором 8, установленным в корпусе 6 манипулятора 2, причем шаг. отверстий диска 22 соответствует шагу про резей сепараторов 17 и 18, т.е. шагу расположения штанг в кассете, Верхняя ось 4 имеет паз 23, а нижняя ось 5 - паз 24, которые обеспечивают осевое перемещение барабана 7 кассеты относительно корпуса 6 40 манипулятора на величину резьбового замкового соединения штанг при помощи направляющих шпонок 25 и 26, которые жестко соединены с барабаном.7 и участвуют в передаче ему вращения, Пружина 9 45 установлена в нижней части кассеты в направляющей втулке 27, размещенной на нижней оси 5, с возможностью взаимодействия с барабаном 7 кассеты.Манипулятор 2 включает силовой ци линдр 28, крышки 29 и 30, корпус 6, цепную передачу, установленную в корпусе б и включающую ведущую звездочку 31 и ведомую звездочку 32. Шток силового цилиндра 28 соединен через ось 33 с податчиком 3 55 бурового станка, корпус силового цилиндра через опорную ось 34 и размещенное на ней червячное колесо 35 с эксцентрично выполненным отверстием связан с корпусом 6 манипулятора, Червячное колесо 35 вэаимодействует с червяком 36, имеющим на своем выходном конце размер под ключ 37. Корпус 6 манипулятора с возможностью вращения соединен осями 38 и 39 с податчиком 3 бурового станка, при этом оси 38 и 39 жестко связаны с податчиком. Ведущая звездочка 31 цепной передачи жестко установлена на оси 38, а ведомая звездочка 32 жестко соединена с верхней осью 4 кассеты, причем цепная передача манипулятора 2 имеет передаточное отношение, которое обеспечивает поворот барабана 7 кассеты вокруг своей оси на один шаг при перемещении устройства из положения хранения в рабочее положение (т,е, при вращении устройства вокруг осей 38 и 39 относительно податчика 3 бурового станка). Ка крышке 29 расположена внешняя реборда 40, а на крышке 30 - внешняя реборда 41, ограничивающие положение верхних и нижних концов штанг. Кроме того, для прохода последних при установке или снятии штанг с бурового става в крышках 29 и 30, а также внешних ребордах 40 и 41 выполнены прорези, Крышки 29 и 30 жестко закрепленц на корпусе 6 манипулятора. Буровые штанги 19 подаются или снимаются с оси бурового става 42.Устройство работает следующим образом.Перед наращиванием бурового става устройство занимает положение хранения, При наращивании бурового става перемещение штока силового цилиндра приводит во вращение корпус 6 манипулятора 2 вокруг осей 38 и 39 (т,е. устройство совершает угловое перемещение относительно податчика 3 бурового станка), устанавливает устройство в рабочее положение и подает штангу на ось бурового става 42, при этом процесс вращения корпуса 6 манипулятора сопровождается одновременным вращением барабана 7 со ш гангами вокруг своей оси и завершается в его конечной фазе, т.е, при установке устройства в рабочее положение, поворотом барабана на один шаг, Фиксатор 8, взаимодействуя с диском 22, предотвращает случайное смещение барабана 7 от посторонних воздействий при его повороте на один шаг. Поворот барабана 7, который вращается по. часовой или против часовой стрелки, осуществляет цепная передача через ведущую 31 и ведомую 32 звездочки, верхнюю ось 4 кассеты, которая вращается относительно корпуса 6 манипулятора, и направляющую шпонку 25. Далее барабан 7 передает вращение через направляющую шпонку 26, нижнюю ось 5 кассеты на храповые колеса 10 и 11, входящие соответственно в один из двух храповых механизмов,составляющих реверсивный механизм устройства, зацепление которых с одной из двух подпружиненных собачек 12 или 13 определяет характер вращения барабана 7 вокруг своей оси, т.е. вращение по часовой или против часовой стрелки. Вращение подпружиненной рукоятки 14 с фиксированной установкой ее в одном из двух положений вокруг оси 15 вводит в зацепление или выводит из зацепления подпружиненные собачки 12 или 13 с храповыми колесами 10 и 11 при помощи рычага поворота собачек 16.Как только штангу выведут на ось бурового става 42, ее верхний резьбовой конец соединяют со штатным устройством, например с верхним ключом для свинчивания и развинчивания штанг (не показан), который установлен на податчике 3 бурового станка и имеет возможность перемещаться по податчику вдоль корпуса 6 манипулятора устройства, при этом прорези сепараторов 17 и 18 барабана 7 играют функции ключа и не дают возможность штанге вращаться вокруг своей оси, Затем верхний ключ для соединения штант перемещает соединенную с ним штангу, а вместе с ней и барабан 7 с помощью направляющих шпонок 25 и 26 по пазам 23 и 24 верхней 4 и нижней 5 осей кассеты 1 на величину замкового резьбового соединения вдоль корпуса 6 манипулятора 2, при этом нижним конец штанги . соединяется с буровым ставом при помощи штатного устройства, например нижнего ключа для свинчивания и развинчивания штанг (не показан), который устанавливается на податчике 3 бурового станка,Освобождение штанги осуществляются путем отведения кассеты 1, а вместе с ней и всего устройства в положение хранения. Для этого шток силового цилиндра 28 включают на обратный ход, прорези сепараторов 17 и 18 барабана 7 выходят иэ зацепления со штангой, скрепленной с. буровым ставом, при этом барабан 7, взаимодействуя с пружиной 9, возвращается в исходное положение, кроме того, барабан 7 стопорится относительно своей оси (т,е, барабан 7 не вращается вокруг своей оси) за счет работы установленных на нижней оси 5 двух храповых механизмов, каждый из которых, включенный в данный момент, обеспечивает стопорение барабана 7 в заданном направ.лении, а корпус 6 манипулятора вращается вокруг осей 38 и 39 и вместе с кассетой 1занимает исходное положение - полаженйе хранения. В результате устройство подготовлено для выполнения очередного цикла подачи штанги для наращивания буровогостава. Вращение червяка 36 эа размер полключ 37 и взаимодействие его с червячнымколесом 35 изменяют местоположение эксцентрично выполненного отверстия червяч 5. ного колеса 35 относительно корпуса 6манипулятора, через которое проходитопорная ось 34 корпуса силового цилиндра28, и регулируют величину углового перемещения корпуса 6, а вместе с ним и всего10 устройства, тем самым обеспечивая точность установки (позиционирования) штанги на оси бурового става 42,Работа устройства при разборке бурового Става осуществляется в обратном на 15 правлении. Следует отметить, что приустановке устройства иэ положения хранения в рабочее положение штанга, соединенная с буровым ставом, удерживаемаяверхним ключом для свинчивания и развин 20 чивая штанг и устанавливаемая с помощьюманипулятора 2 в кассету 1 своими размерами под ключ, вступает в контакт с боковымиповерхностями свободных прорезей сепараторов 17 и 18 барабана 7 и вводится в25 прорези сепараторов, при этом штанга занимает такое положение в прорезях, прикотором она фиксируется с помощью подпружиненных фиксаторов 21, затем буроваяштанга разьединяется с верхним ключом30 для свинчивания и развинчивания штанг, атакже с буровым станом при помощи нижнего ключа для свинчивания и развинчиванияштанг (штанга свободна) и устройство возвращается в положение хранения. Цикл ра 35 боты устройства повторяется и очереднаясвободная прорезь сепараторов барабанакассеты занимает положение для приемаследующей штанги,Поворот корпуса манипулятора, а вме 40 сте с ним и всего устройства из положенияхранения в рабочее положение, при котором происходит поворот барабана кассетывокруг своей оси на один шаг за счет кинематического взаимодействия кассеты посредством цепной передачи с податчиком45 бурового станка, которое завершается выводом штанги на ось бурения, упрощаетпроцесс управления работой устройства, ауправление кинематическим взаимодействием барабана кассеты с одним из двух ус 50 тановленных на ее нижней оси храповыхмеханизмов, определяющих направлениевращения барабана кассеты через подпру,жиненную рукоятку, жестко связанные с нейось и рычаг поворота собачек, при возврате55 устройства в исходное положение и стопорение барабана кассеты в нужном направлении позволяют повысить технологичностьустройства за свет рациональной заполняемости барабана кассеты штангами.Налич,1 е пазов в верхней и нижней осях кассеты позволяет за счет перемещения кассеты в осевом направлении относительно корпуса манипулятора использовать буровые штанги с резьбовым замковым соединением, а также использовать и другие типы штанг без изменения конструкции устройства, увеличивая тем самым диапазон .применяемости устройства в горной 10 промышленности Наличие эксцентрично .выполненного отверстия на червячном колесе, установленном с возможностью вращения (посредством червяка) относительно корпуса 15 манипулятора, через которое. проходит опорная ось корпуса силового цилиндра, позволяет изменять величину углового перемещения корпусе манипулятора, а вместе с ним и всего устройства за счет изменейия 20 местоположения эксцентрично выполненного отверстия колеса относительно корпуса манипулятора и тем самым, обеспечивать высокую. точность установки штанг на ось бурового става и простоту регулировки (вращением выходного конца червяка за размер под ключ). формула изобретения 1. Устройство для хранения и подачи буровых штанг, включающее кассету в виде 30 барабана с сепараторами установленного, верхней и нижней осью в поворотном относйтельйе оси, параллельной продольной оевбарабана, корпусе с возможностью шагового поворота, реверсивный механизм,35 связанный с нижней осью барабана, гидроЮриводной механизм поворота корпуса, цеюачмо-звеэдочный мехайизм поворота Ьаана, фиксатор шагового поворота ба фйЬйа и узел регулирования углового смеЩфювя.барабана, от л и ч ающ е е с я тем,40.МФ; с целью упрощения конструкции, оно ФФабжФно компенсатором осевого переме- . МфЫиФ барабана, узел регулированияуглойго смещения барабана совмещен с щМ 6 риводом механизмом поворота кор пуса и выполнен в виде червяка с выведенным наружу средством для его принудительного вращения. червячного колеса с выполненным в нем эксцентричным отверстием, установленного с воэможностью взаимодействия с червяком, и опорной оси. пропущенной через эксцентричное отверстие червячного колеса и закрепленной на подвижной части силового цилиндра гидро- приводного механизма поворота корпуса, цепочно-звездочный механизм поворота барабана выполнен в виде жестко закрепленной на верхней оси барабана ведомой: звездочки" и жестко закрепленной на оси поворота корпуса ведущей звездочки, охваченных цепью, при этом ось поворота корпуса жестко связана с податчиком бурового станка, верхняя и нижняя оси барабана имеют ограниченно- подвижные соединения с его валом, выполненные ,с возможностью передачи крутящего момента, компенсатор осевого перемещения барабана выполнен в виде направляющей втулки, установленной на подшипниках на его нижней оси, и пружины сжатия, размещенной между нижним сепаратором и направляющей втулкой, прорези сепараторов выполнены под профилированные участки буровых штанг для восприятия осевых усилий и крутящего момента, реверсивный механизм выполнен в виде двух храповых колес, жестко закрепленных на нижней оси, и двух поворотных собачек, установленных в корпусе с возможностью взаимодействия каждой из них с одним из храповых колес поочередно.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что ограниченно-подвижное соединение верхней и нижней оси барабана с его валом выполнено в виде шпонки, пропущенной через продольный паз, выполненный в концевой части оси, размещенной в осевом отверстии,.выполненном в торце вала и эакреплейной своими концами в радиальных отверстиях, вйполненных в валу.1813872 орректор Г 1.Гереши Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раувская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул ина,Редактор Т.ЮрчиковаЗаказ 1817ВНИИПИ Государ оставитель К,Ивановехред М.Моргентал