Кільцевий буровий робочий орган

Кільцевий буровий робочий орган з динамічним пристроєм, що складається із кільцевого корпуса бура, обладнаного шнековою спіраллю по зовнішній поверхні гідроприводу, установленого на траверсі, яка закріплена на механізмі подачі бури льної машини, грунторуйнівного вінця з твердосплавними різцями, дебалансного вібромолота для створення додаткового динамічного напірного зусилля, який відрізняється тим, що грунторуйнівний вінець кріпиться до корпуса бура за допомогою рухомого з'єднання, наприклад штанг, з можливістю осьового пересування на відстань, що перевищує амплітуду коливань гідромолота, а гідромолот взаємодіє тільки з грунторуйнівним вінцем через кільцеве ковадло та рухомі штанги, що дозволяє зменшити масу ударної частини динамічного кільцевого робочого органа, а отже, і енергоємність процесу динамічного буріння свердловин. Корисна модель належить до землерийного машинобудування, а саме до робочих органів машин циклічної дії. Відомі робочі органи, призначені для кільцевого буріння свердловин в міцних ґрунтах в яких створюється додаткове напірне зусилля на кільцевий бур, необхідне для руйнування ґрунту різцями, що складається із анкерного пристрою, який являє собою штангу і шнековий бур, діаметром набагато меншим діаметра свердловини, і призначений для попереднього забурювання в центрі свердловини, врізання в її стінки і фіксування від осьового переміщення за допомогою висувних підрізаючих важелів, а додаткове напірне зусилля на кільцевий бур при бурінні свердловини створюється гідро циліндром, закріпленим з можливістю обертання одним кільцем до зафіксованої штанги анкерного пристрою, а іншим - до приводу кільцевого бура, з'єднаного з нею можливістю подовжнього осьового пересування [деклараційний патент на винахід України UA №45613 А 2002р. 6 E02F5/08]. Недоліком даного технічного рішення є те, що його конструкція досить складна, так як має додатковий привод і бур для попереднього забурювання, з пристроєм для врізання в стінки лідерної свердловини і фіксування від осьового пересування, додатковий гідроциліндр для створення напірного зусилля, закріплений з можливістю обертання одним кінцем до зафіксованої штанги анкерного пристрою, а іншим - до приводу кільцевого бура. При бурінні свердловин великого діаметра в міцних і мерзлих ґрунтах, наприклад, під стовпчасті фундаменти будівельних споруд, використовують бурові робочі органи з твердосплавними різцями, які можуть забезпечити розробку вказаних ґрунтів існуючими бурильними машинами невеликої потужності, призначені для слабких ґрунтів. Але для ефективної роботи таких бурових робочих органів необхідно створювати велике напірне зусилля, яке не завжди можна одержати на існуючих бурильних машинах із-за їх недостатньої маси. Використання кільцевих робочих органів, в яких на відміну від суцільного буріння створюється тільки кільцевий проріз, частково підвищує ефективність буріння, так як напірне зусилля діє на меншу площу, але при бурінні свердловини діаметром, наприклад, 750-900мм в міцних і мерзлих ґрунтах сучасними бурильними машинами напірного зусилля, яке можна ними створити, недостатньо. Таким чином, в основі корисної моделі стоїть задача підвищити ефективність буріння свердловин великого діаметру в міцних і мерзлих ґрунтах існуючими бурильними машинами, які мають невелику масу і потужність, за рахунок використання кільцевих бурових робочих органів, оснащених (24)15.11.2005 00 CM 10284 пристроєм для одержання додаткового напірного зусилля, яке може перевищувати вагу бурильної машини. Поставлена задача вирішується тим, що підвищення ефективності розробки міцних і мерзлих ґрунтів досягається за рахунок використання активних динамічних робочих органів, в яких руйнування ґрунту проходить імпульсним навантаженням на робочий орган, що створюється за допомогою вібраційних пристроїв та вібромолотів. Для буріння свердловин невеликих діаметрів для геологічних досліджень, такі пристрої використовувались. При бурінні свердловин великих діаметрів, в тому числі кільцевими робочими органами, через велику масу робочого органу і бурової штанги збільшується необхідна потужність і розміри вібропристроїв, що збільшує енергоємність процесу буріння. Тому для кільцевого динамічного бурового робочого органу прийнята конструкція, в якій динамічне навантаження прикладається не до всього робочого органу, а тільки до його ґрунторуйнівної частини, створюючи додаткове імпульсне напірне зусилля, яке забезпечує руйнування міцного ґрунту в кільцевій щілині при одночасному обертанні кільцевого бура. Схема запропонованої конструкції кільцевого динамічного бурового робочого органа з гідроприводом обертання і гідромолотом для осьового імпульсного навантаження подана на малюнку. Робочий орган складається з кільцевого корпуса бура 1, обладнаного шнековою спіраллю на зовнішній поверхні 2 для видалення зруйнованого ґрунту з кільцевої щілини, з'єднаний з гідроприводом 3, установленим на траверсі 4, яка кріпиться на механізмі подачі бурильної машини. Ґрунторуйнівний вінець 5 з твердосплавними різцями, який розташований в нижній частині корпуса кільцевого бура, кріпиться до нього за допомогою рухомого з'єднання з можливістю незначного осьового пересування. Це досягається рухомою штангою 6 та втулками 7, які закріплені на корпусі кільцевого бура. До верхньої частини штанг закріплено кільцеве ковадло 8, з яким взаємодіє ударник 9 вібромолота. Корпус 10 вібромолота кріпиться до траверси через пружини 11. В вібромолоті використовується двовальний віброзбудник спрямованих коливань. При обертанні дебалансів 12 збурююча сила викликає коливання ударної частини, котра завдає удари по кільцевому ковадлу 8, що з'єднане через штанги 6 з ґрунторуйнівним вінцем 5. В залежності від жорсткості пружин підвіски 11 вібромолота, можна змінювати режим робо ти бурового робочого органу. Працює кільцевий динамічний робочий орган таким чином. Перед початком буріння свердловини бур установлюють на поверхню ґрунту, включають одночасно гідропривод обертання бура 3 і привод обертання дебалансів 12 вібромолота. Останній передає ударне навантаження через ковадло 8 та штанги 7 на ґрунторуйнівний вінець 5, створюючи імпульсне додаткове напірне зусилля, необхідне для врізання твердосплавних різців в ґрунт і подальшого його руйнування при обертанні бура. Зруйнований ґрунт з кільцевої щілини транспортується на поверхню по шнековій спіралі 2, а в середині корпуса бура утворюється керн. Після повного заглиблення бура його витягують із свердловини разом з керном. Для підрізання і видалення керна можуть бути використані відомі конструкції кернопідрізаючих пристроїв. Після звільнення корпуса бура від керна цикл повторюють до одержання необхідної глибини свердловини. Для створення додаткового динамічного навантаження на ґрунторуйнівний вінець кільцевого бурового робочого органу пропонується використання вібромолота, який складається з двовального віброзбудника спрямованих коливань, закріпленого на ударній частині за допомогою пружної підвіски. При обертанні дебалансів в протилежні сторони з однаковою швидкістю і фазовим кутом відцентрові сили рівні між собою, а їх напрямок постійно змінюється. Горизонтальні складові відцентрових сил Si і S2 при любому положенні однакові і мають протилежний напрямок. Тому вони завжди урівноважуються. Вертикальні складові відцентрових сил Рі і Рг завжди однакові по величині і співпадають за напрямком. Результати цих сил - збуджуюча сила Рі+Рг=2Р постійно змінюється за знаком і створює вертикальні коливання, які передаються ударній частині вібромолота. В залежності від жорсткості пружної підвіски вібромолота і зазору між ударником та ковадлом можна змінювати режим роботи робочого органу. Застосування запропонованого динамічного робочого органу порівняно з існуючими рішеннями дає змогу підвищити продуктивність роботи бурильної техніки на міцних і мерзлих ґрунтах без використання машин з великою масою, крутними моментами та напірними зусиллями, розширює межі використання існуючої бурильної техніки в складних гірничо-геологічних умовах при бурінні свердловин великих діаметрів для будівельних споруд. 10284 *» t^mM вшл чаф щчт, *ааь лят 6 ФІГ. Комп'ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. К и ї в - 4 2 , 01601