перфоратор с регулируемым крутящим моментом

Формула изобретения

Перфоратор с регулируемым крутящим моментом, включающий корпус с ударником, распределитель, вращатель буровой штанги со шпинделем, буксу для вращения буровой штанги, отличающийся тем, что часть шпинделя, обращенная к буксе, представляет собой шестерню, между буксой и шпинделем размещено регулирующее устройство, состоящее из венцовой шестерни и промежуточных шестерен с осями, находящихся в постоянном зацеплении между собой, буксой и шестерней шпинделя, кольцевого поршня, и каналов управления для поочередного соединения с напорной магистралью или атмосферой, причем кольцевой поршень имеет отверстия с размещенными в них осями промежуточных шестерен, а также возможность осевого перемещения и вращения относительно корпуса, причем на обоих торцах он имеет торцевые кулачки с возможностью поочередного сцепления с ответными кулачками венцовой шестерни или корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровым машинам ударно-вращательного действия, применяемым при разрушении горных пород или других материалов на шахтах, карьерах и строительных работах.

Машины для выполнения этих работ - перфораторы известны, например, по авт. свид. 883399 или патенту 2121061 (класс Е 21 С).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является перфоратор для ударно-вращательного бурения шпуров и скважин (патент РФ 2121061 от 27.10.1998 г. ), включающий корпус с ударником, распределитель сжатого воздуха, вращатель буровой штанги со шпинделем, буксу для вращения буровой штанги.

При бурении монолитных однородных материалов эти машины надежны и производительны.

Недостатком устройства является то, что в условиях, когда монолитные устойчивые горные породы чередуются с участками неустойчивых горных пород, производительность перфораторов существенно снижается, поскольку для преодоления таких участков требуются дополнительные операции, связанные с недостаточностью крутящего момента вращателя. С другой стороны, оснащение перфоратора вращателем с максимальным крутящим моментом, необходимым только для проходки относительно коротких интервалов, нерациональна, поскольку ведет к утяжелению конструкции, увеличению ее габаритов, ухудшению экономичности вращателя.

Описанная ситуация снижает производительность и экономические показатели буровых работ, а также сдерживает внедрение перфораторов с повышенной ударной мощностью, способных значительно повысить производительность буровых работ.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании перфоратора с регулируемым крутящим моментом.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в известном устройстве, включающем корпус с ударником, распределитель сжатого воздуха, вращатель буровой штанги со шпинделем, буксу, для вращения буровой штанги часть шпинделя, обращенная к буксе, представляет собой шестерню, между буксой и шпинделем размещено регулирующее устройство, состоящее из венцовой шестерни и промежуточных шестерен с осями, находящихся в постоянном зацеплении между собой, буксой и шестерней шпинделя, кольцевого поршня, и каналов управления для поочередного соединения с напорной магистралью или атмосферой, причем кольцевой поршень имеет отверстия с размещенными в них осями промежуточных шестерен и расположен с возможностью осевого перемещения и вращения относительно корпуса, а также кольцевой поршень на обоих торцах имеет торцевые кулачки с возможностью поочередного сцепления с ответными кулачками венцовой шестерни или корпуса.

В этом случае при встрече бурового инструмента с участком неустойчивых горных пород, что вызывает обычно остановку его вращения, бурильщик получает возможность путем переключения рукоятки управления значительно увеличить крутящий момент и затем, после того как этот участок пройден, - переключиться на первоначальный режим работы.

Конструкция перфоратора, способного в отличие от существующих машин аналогичного назначения осуществлять регулировку крутящего момента, схематически показана на фиг. 1, на фиг.2 показан разрез I-I, на фиг.3 - разрез II-II.

В конструкции учитываются повышенные требования к надежности, предъявляемые к горным машинам ударно-вращательного действия.

Конструкция перфоратора с регулируемым крутящим моментом включает корпус 1 в котором размещено: распределитель сжатого воздуха 2, ударник 3, вращатель буровой штанги 4, шпиндель вращателя 5, букса 6, буровая штанга 7 и детали устройства регулировки крутящего момента: шестерни промежуточные 8, оси промежуточных шестерен 9, венцовая шестерня 10, поршень кольцевой 11, каналы управления 12 и 13, кулачки корпуса 14. При этом детали имеют следующие особенности:

- часть шпинделя, обращенная к буксе, представляет собой шестерню, находящуюся в постоянном зацеплении с шестернями 9;

- часть буксы, обращенная к шпинделю, имеет шлицы для соединения с венцовой шестерней 10;

- венцовая шестерня 10 находится в постоянном зацеплении с промежуточной шестерней 8, торец венцовой шестерни имеет кулачки для сцепления с кулачками кольцевого поршня 11;

- кольцевой поршень 11 имеет отверстия с размещенными в них осями 9 промежуточных шестерен, а также он имеет возможность осевого перемещения вдоль этих осей и вращения относительно корпуса. С одной стороны поршня расположены торцевые кулачки для зацепления с венцовой шестерней, с другой стороны поршня - кулачки для зацепления с кулачками корпуса;

- каналы управления 12 и 13, которые при помощи стандартного распределителя с рукояткой управления (на чертеже не показаны) соединяются поочередно с напорной магистралью или атмосферой.

Если давление поступает в канал 12, а канал 13 соединен с атмосферой, кольцевой поршень под действием разности давлений перемещается в направлении венцовой шестерни 10, кулачки которой зацепляются с кулачком поршня 11 фиг. 1, сторона А.

При встрече буровым инструментом неустойчивых горных пород, когда крутящий момент оказывается недостаточным, достаточно поворотом ручки переключателя канал 12 соединить с атмосферой, а канал 13 с напорной магистралью. В этом случае под действием разности давлений поршень 11 переместится в направлении вращателя 4. Вследствие этого кулачки поршня выйдут из зацепления с кулачками венцовой шестерни и вступят в зацепление с кулачками 14 корпуса 1. Таким образом, поршень 11 с осями 9 окажутся неподвижными относительно корпуса перфоратора и система шестерен превратиться в шестеренчатую передачу от шпинделя к буксе, которая увеличит крутящий момент на буксе до величины



и соответственно частотой вращения буксы



где М_ш и n_ш - момент и частота вращения шпинделя;

Z₂ и Z₁ - число зубьев венцовой шестерни и шпинделя.

При очевидном соотношении Z₂>Z₁ предлагаемое устройство увеличивает крутящий момент, снижая частоту вращения. Однако снижение оборотов при пересечении неустойчивых участков практически не оказывает существенного влияния на скорость бурения.