стенд для исследования режимов бурения горных пород

Формула изобретения

Стенд для исследования режимов бурения горных пород, содержащий опорную плиту, отрезок буровой штанги с буровым инструментом, установленный в опорах, гидроцилиндр подачи, тензометрические звенья, вращатель, образец породы, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит ударный механизм-возбудитель импульсов осевых усилий и ударный механизм-возбудитель импульсов крутящего момента, закрепленные на опорах, расположенных на неподвижной опорной плите, ударные механизмы-возбудители импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента закреплены с возможностью передачи импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента на штангу с буровым инструментом через тензометрические звенья, причем вращатель с закрепленным на его валу образцом породы размещен в податчике, имеющем возможность перемещения по направляющим рамы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, применяемой для бурения шпуров различного целевого назначения, и предназначено для исследования режимов бурения горных.

Известен стенд для исследования процессов бурения горных пород, включающий в себя нагрузочный гидроцилиндр, буровую штангу с породоразрушающим инструментом, блок горной породы, механизм вращения буровой штанги (патент № 2005879, РФ, E21C 1/00, E21B 3/00, 15.01.1994)

Недостатком известного технического решения является то, что конструкция данного стенда не предусматривает приложение импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента к породоразрушающему инструменту и не позволяет исследовать режимы бурения при бурении различными способами

Известно устройство для бесконтактного измерения температуры забоя скважины в процессе бурения, включающее в себя установленный на валу бурового станка кернодержатель с образцом породы в виде керна, породоразрушающий инструмент, раму (патент № 2326240, РФ, E21B 47/06, B24B 49/12, 10.12.2007)

Недостатком известного технического решения является то, что конструкция данного стенда также не предусматривает приложение импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента к породоразрушающему инструменту и не позволяет исследовать режимы бурения при бурении различными способами.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является стенд для исследования процесса бурения горных пород, включающий опорную плиту с направляющими, опоры, тензометрические звенья, отрезок буровой штанги с буровым инструментом, два гидроцилиндра (Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 256 с: ил. стр 214-216).

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является то, что конструкция прототипа предназначена для исследования режимов бурения горных пород исключительно вращательным способом и моделирование вращательно-ударного, ударно-вращательного или ударного бурения не представляется возможным.

Задача изобретения - повышение точности измерения режимных параметров бурения при комбинированном механическом воздействии на буровой инструмент.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение точности измерения режимных параметров бурения за счет возможности независимого приложения к отрезку буровой штанги с буровым инструментом крутящего момента, усилия подачи, импульсов крутящего момента и импульсов осевого усилия.

Указанный технический результат достигается тем, что стенд для исследования режимов бурения горных пород содержит опорную плиту, отрезок буровой штанги с буровым инструментом, установленный в опорах, гидроцилиндр подачи, тензометрические звенья, вращатель, образец породы, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит ударный механизм-возбудитель импульсов осевых усилий и ударный механизм-возбудитель импульсов крутящего момента, закрепленные на опорах, расположенных на неподвижной опорной плите, ударные механизмы-возбудители импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента закреплены с возможностью передачи импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента на штангу с буровым инструментом через тензометрические звенья, причем вращатель, с закрепленным на его валу образцом породы, размещен в податчике, имеющем возможность перемещения по направляющим рамы.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого стенда.

На фиг.2 изображен разрез А-А.

На фиг.3 увеличенное изображение поз.11.

Стенд содержит раму 1, опорную плиту 2, закрепленную неподвижно на раме 1, отрезок буровой штанги 3 с буровым инструментом 4, две опоры 5 и 6 отрезка буровой штанги, закрепленные на опорной плите 2, два ударных механизма-возбудителя импульсов осевых усилий 7 и импульсов крутящего момента 8, стойки 9 и 10, закрепленные на опорной плите 2, предназначенные для закрепления на них соответственно ударных механизмов-возбудителей 7 и 8, тензометрическое звено-цилиндр 11 для передачи от ударного механизма-возбудителя импульсов осевых усилий 7 импульсов осевых усилий на отрезок буровой штанги 3 и размещения датчика 12, тензометрическое звено-рычаг 13, для передачи от ударного механизма-возбудителя импульсов крутящего момента 8 импульсов крутящего момента на отрезок буровой штанги 3 и размещения датчика 14, вращатель 15 с закрепленным на его валу образцом породы 16, податчик 17, предназначенный для закрепления в нем вращателя 15, гидроцилиндр подачи 18 для создания усилия подачи. В патронах ударных механизмов-возбудителей 7 и 8 установлены соответственно наконечники 19 и 20. Тензометрическое звено-рычаг 13 закреплено на отрезке буровой штанги 3 при помощи болта 21.

Стенд работает следующим образом.

Образец породы 16 закрепляется на валу вращателя 15 и прижимается к буровому резцу 4, закрепленном на отрезке штанги 3, посредством включения гидроцилиндра 18. При включении вращателя 15 образец породы начинает вращаться и резец 4 под действием усилия подачи, создаваемого гидроцилиндром 18, внедряется в образец породы. Осевая нагрузка, возникающая на отрезке буровой штанги 3, через тензометрическое звено-цилиндр 11, передается на наконечник 19 ударного механизма-возбудителя 7. Реактивный момент, возникающий на отрезке штанги 3, через тензометрическое звено-рычаг 13, передается на наконечник 20 ударного механизма-возбудителя 8. Усилие подачи регистрируется датчиком 11, а крутящий момент датчиком 14. Данный режим работы стенда соответствует вращательному способу бурения, причем усилие подачи буровою инструмента и частота вращения образца породы регулируются независимо друг от друга. Это позволяет подбирать оптимальные соотношение между этими параметрами и тем самым повысить точность измерения режимных параметров бурения.

При включении в работу механизма-возбудителя импульсов осевых усилий 7 на отрезок буровой штанги 3 через тензометрическое звено-цилиндр 11 передаются осевые импульсы. Данный режим работы стенда соответствует вращательно-ударному способу бурения, причем каждый механизм, участвующий в создании необходимых для данного способа бурения движений, имеет возможность индивидуального регулирования, что позволяет повысить точность измерения режимных параметров бурения при данном способе бурения.

При отключении механизма-возбудителя импульсов осевых усилий 7 и включении в работу механизма-возбудителя импульсов крутящего момента 8 на отрезок буровой штанги 3 через радиальный тензометрическое звено-рычаг 13 передаются вращательные импульсы. На данном режиме работы бурение осуществляется с приложением к отрезку буровой штанги постоянного крутящего момента с наложением импульсов. На данном режиме работы стенда осуществляется проверка влияния импульсов крутящего момента на скорость бурения и также каждый механизм, участвующий в создании необходимых для данного способа бурения движений, имеет возможность индивидуального регулирования, что позволяет повысить точность измерения режимных параметров бурения при данном способе бурения.

При одновременном включении в работу вращателя 15, гидроцилиндра подачи 18, ударных механизмов-возбудителей 7 и 8 реализуется вращательно-ударный способ бурения с наложением импульсов крутящего момента. На данном режиме работы стенда подбирается такое соотношение всех параметров, при котором достигается наибольшая скорость бурения.

По сравнению с известным решением предлагаемое устройство позволяет исследовать режимные параметры бурения при вращательном, вращательно-ударном бурении и вращательно-ударном бурении с наложением импульсов крутящего момента, а также экспериментально установить влияние импульсов крутящего момента и его различных сочетаний с осевым импульсом на скорость бурения.