15
1
Изобретение относится 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 бурения.
Целью изобретения является повыше- |ние долговечности бурильной головки,
I На чертеже изображена кинематичес- О кая схема вращательно-ударной бу-
рипьной головки с ударным механизмом инерционно-импульсного типй,
Вращательно-ударная бурильная головка с ударным механизмом инерционно-импульсного
типа состоит из электродвигателя 1, вращателя 2, представляющего собой, например, двухскорост-
ной двухступенчатый редуктор, В1шю- чающий шестерни 3-8, валы 9 и 10, механизм 11 переключения скоростей
вращателя 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 перемещения
на них посредством механизма 11 переключения скоростей вращателя 2« Шестерни 7 и 8 жестко посажены на
шпиндель 12, Валы 9 и 10 и шпинд гль 12 вращаются в подшипниках, расположенных
в корпусе (не показан) бурильной головки. Такая конструкция вращателя 2 обеспечивает два значения
угловой скорости вращения шпинделя 12, т,е, две скорости вращения 35
25
30
О
5
5
0
2 .
шпинделя 12, Редуктор 13 привода ударного механизма состоит из шестерен
3 и 14 и устройства 15 включения ударного механизма. Шестерня 14
посажена на шлицах вала 16 с возможностью перемещения на них посредством
устройства 15 включения; ударного механизма. Такая конструкция редуктора
13 привода ударного механизма обеспечивает два способа бурения: вращательный способ, если шестерня
14 выведена устройством 15 включения ударного механизма из зацепления с
шестерней 3, и вращательно-ударный, если шестерня 14 находится в зацеплении
с шестерней 3, На фиг,1 показано осуществление вращательно-удар- ного способа бурения.
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, входящие в зацепление с ко-
созубой солнечной шестерней 21, Цент-, ры тяжести косозубых неуравновешен-
яых сателлитов 20 смещены ртноситель- IHO оси пальцев 19 с помощью дебалан-
сов 22, Косозубая солнечная шестерня 21 опирается через пружины 23 на
водило 18 и соединена в одно целое с бойком 24 ударного механизма,который
одним своим концом располагается
с возможностью осевого перемещения в выточке водила 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.
Шпиндель 12 соединен с хвостовиком 25, один конец которого со стороны шпинделя 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 значения и определя-
ются расчетным путем.исходя из конкретных требований эксплуатации. Необходимо
, чтобы конец хвостовика 25 с кулачковой муфтой обеспечивал жесткую связь в окружном направлении со
шпинделем 12 и давал возможность хвостовику 25 перемещаться в осевом направлении в определенных пределах
(обычно, максимум, 10 мм). Необходимо также чтобы конец хвостовика 25
с.конусной частью обеспечивал жесткую связь хвостовика 25 с породораз- рушающим инструментом 26,
При проведении буровых работ необходимо бурить как мягкие, так и твер-
дые породы. Мягкие породы хорошо бурить вращательным режимом бурения,
а твердые - вращательно-ударным режимом бурения. Поэтому бурильная головка
должна и может осуществлять 2 ука- занных режима.бурения.
При вращательном режиме бурения породоразрушающий инструмент 26 внедряется
в породу под действием осевого усилия с одновременным непрерыв- ным однонаправленным вращением. Ударные
нагрузки при этом отсутствуют. При таком режиме бурения разрушение
пород происходит непрерывно, представляя собой процесс резания пластич-
ного 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 однонаправ5
0
5 0
0
5 0
5
ленным вращением породоразрушающего инструмента 26. При таком режиме бурения
разрушение происходит за счет скалывания породы,
Вращательньш режим бурения осуществляется за счет взаимодействия вращателя
2 со шпинделем 12, хвостовиком 25 и породоразрушающим инструментом 26, Вращение от электродвигателя
I через вал 9, шестерни 3, 4, вал 10 и одной из пар шестерен 5, 7 или
6, 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 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 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 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 (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 шес-
терю 21 начнет действовать отрица
тельный импульс знакопеременного мо- ; мента сил инерции, который будет
; иметь направление действия, противо- ; ПОЛОЖН00. положительному импульсу и
одинаковое направление с моментом, подведенным к шпинделю 12 от элект- родвигателя 1 через вращатель 2,
:Вследствие этого косозубая солнечная I шестерня 21 вместе с бойком 24 бу-
I дут совершать, в основном, линейное перемещение, но уже отводя боек 24 от хвостовика 25, раскрывая между
ними зазор и возвращая детали планетарного инepциoннo-и myльcнoгo редуктора в первоначальное положение.Дпя
стабилизации, большей определенности этого положения и устранения возможности удара бойка 24, особенно во
времени его движения 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 повторяться,
I Таким образом, в данном ударном I механизме удар создается 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- iля 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 шпинделя 12 способствует лучшей
организации удара и повышению показателей процесса бурения в целом. В положительной
фазе цикла момент сил инерции будет в какой-то мере тормо
0
5
0
25
зить шпиндель 12, уменьшая частоту
вращения шпинделя 12 до какой-то величины ц; , а в отрицательной фазе цикла будет увеличивать частоту
вращения шпинделя 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 вращения . Как показала практика,
процесс бурения, осуществляемый с наложением окружных вибраций на непрерывное
однонаправленное вращение по- родоразрушающего инструмента, значительно
снижает энергоемкость и повышает фактическую производительность бурильных установок,
Формула изобретения
Вращательно-ударная бурильная головка
, включающая электродвигатель, вращатель, шпиндель с хвостовиком,
породоразрушающий инстрзгмент и удар- ный .механизм, выполненный в виде
планетарного редуктора, отличающаяся тем, что, с целью повьщтения долговечности бурильной головки
, планетарный редуктор вьтолнен с косозубой солнечной шестерней,води-
лом с диаметрально расположенными пальцами, на которых посажены с возможностью
свободного вращения косо- зубые неуравновешенные сателлиты,установленные на пальцах водила неподвижно
в осевом направлении, а косозубая солнечная шестерня подпружинена с двух сторон относительно водила
45
и жестко связана с бойком, который
кинематически соединен со шпинделем посредством шлицов.
