Кільцевий буровий робочий орган

Кільцевий буровий робочий орган з динамічним пристроєм, що складається з кільцевого корпусу бура, обладнаного шнековою спіраллю по зовнішній поверхні, бурової штанги, вібромолота для створення додаткового динамічного колового та напірного зусилля, грунторуйнівного вінця з твердосплавними різцями, який відрізняється тим, що грунторуйнівний вінець, оснащений ковадлами з нахиленими під кутом до напрямку різання ударними поверхнями, кріпиться до корпусу бура за допомогою рухомого з'єднання з можливістю обертання і осьового пересування на відстань, що перевищує амплітуду коливань гідромолота, а рухомі штанги для передачі імпульсного навантаження на грунторуйнівний вінець виконані окремо від нього, закріплені на корпусі з можливістю обертання та осьового переміщення і контактують з ним через клинові ковадла з нахиленою під кутом до осьового напрямку та напрямку різання ударними поверхнями, що дозволяє передавати на грунторуйнівний вінець і різці дотичні та осьові додаткові імпульсні навантаження, необхідні для буріння міцних фунтів. Корисна модель належить до гірничої справи 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, за допомогою анкерного пристрою або вібромолота і динамічне навантаження від нього прикладається не до всього робочого органу, а тільки до його ґрунторуйнівної частини, а колові дотичні сили різання на різці створюються за рахунок обертання бура від приводу машини [деклараційний патент на винахід України на №4561 ЗА 2002р. 6E02F5/08]. Недоліком даного технічного рішення є те, що така конструкція динамічного пристрою та кільцевого бура, в якому ґрунторуйнівний вінець кріпиться до корпусу за допомогою рухомого з'єднання, наприклад, штанг з можливістю осьового пересування на невелику відстань створює лише імпульсне додаткове напірне зусилля, а в напрямку різання ґрунту динамічні навантаження не діють. Разом з тим при бурінні свердловин великих діаметрів під стовпчасті фундаменти будівельних споруд часто використовують бурильні машини невеликої потужності оснащені кільцевими буро вими робочими органами з твердосплавними різцями для розробки міцних ґрунтів. Для ефективної роботи таких машин, на міцних ґрунтах, при бурінні свердловин великих діаметрів необхідно використовувати робочі органи динамічної дії, в яких створюється додаткове імпульсне навантаження в осьовому і коловому дотичному напрямках сил різання. 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 пристроєм для одержання додаткового колового дотичного і напірного зусилля, що компенсують недостатній крутний момент та вагу машини. Поставлена задача вирішується тим, що підвищення ефективності розробки міцних і мерзлих ґрунтів досягається за рахунок використання кільцевих активних динамічних робочих органів, в яких руйнування ґрунту проходить імпульсним навантаженням, направленим під кутом до осьового напрямку та траєкторії різання. При бурінні свердловин великих діаметрів кільцевими робочими органами через велику масу робочого органу і бурової штанги збільшується необхідна потужність 00 ST і розміри вібромолотів, що збільшує енергоємність процесу буріння Тому для кільцевого динамічного бурового робочого органу прийнята конструкція, в якій динамічне навантаження прикладається під кутом до напрямку різання і не до всього робочого органу, а тільки до його фунторуйнівної частини Для цього ґрунторуйнівний вінець закріплюється на корпусі бура з можливістю обертання і осьового переміщення на величину більшу амплітуди коливань вібромолота, а для передачі імпульсних навантажень на ньому закріплюються ковадла з нахилом робочої поверхні під кутом, який вибирається в залежності від МІЦНОСТІ ґрунту, що розробляється Штанги, через які передається імпульсне навантаження від вібромолота на ґрунторуйнівний вінець, закріплюються на корпусі бура з можливістю осьового переміщення, не з'єднані з ґрунторуйнівним вінцем, а контактують з ним через закріплені в нижній частині молота та ковадла з нахиленою під кутом ударною поверхнею Схема запропонованої конструкції кільцевого динамічного бурового робочого органу з пдромолотом для колового і осьового імпульсного навантаження подана на кресленні (Фіг 1, Фіг 2, Фіг 3) Робочий орган складається з кільцевого корпусу бура 1 із шнековою спіраллю на ЗОВНІШНІЙ поверхні 2 для видалення розбуреного ґрунту з кільцевого прорізу, з'єднаного з буровою штангою З, яка обертається від приводу бурильної машини Ґрунторуйнівний вінець 4 з твердосплавними різцями розташований в нижній торцевій частині кільцевого корпусу бура Фіг 1 і кріпиться до нього за допомогою рухомого з'єднання з можливістю обертання і незначного осьового пересування на величину більшу амплітуди коливання вібромолота Рухомі штанги 6 для передачі імпульсного навантаження на ґрунторуйнівний вінець виконані окремо від нього, закріплені на корпусі бура із можливістю осьового пересування з допомогою втулок 5 До верхньої частини штанг закріплено кільцеве ковадло 7, з яким взаємодіє ударник 8 пдромолота, а до нижньої - клинові ударники 9, які контактують з клиновими ковадлами 10 з похилими під кутом до напрямку різання ударними поверхнями Така конструкція закріплення ґрунторуйнівного вінця і штанг дозволяє передавати на твердосплавні різці дотичні (по напрямку різання) та нормальні (напірні) додаткові імпульсні навантаження, не 11238 обхідні для підвищення ефективності буріння міцних ґрунтів Корпус вібромолота 11 з кільцевим ударником 8 кріпиться до подавального пристрою бурильної машини через пружини 12 В вібромолоті використовується двовальний віброзбудник спрямованих коливань, який з допомогою дебалансів 13 викликає коливання ударної частини, котра завдає удари по кільцевому ковадлу 7, що з'єднане з рухомими штангами 6 Змінюючи жорсткість пружин 13 підвіски пдромолота, можна змінювати режим роботи бурового робочого органу в залежності від механічних характеристик ґрунтів Працює кільцевий динамічний робочий орган таким чином Перед початком буріння свердловини бур установлюють на поверхні ґрунту і включають одночасно обертання бура і дебалансів пдромолота Останній передає ударне навантаження через штанги 6 з ударниками 9 на клинові ковадла 10, закріплені на ґрунторуйнівному ВІНЦІ Нормальне до ударної поверхні зусилля Руд (див креслення) розкладається на два напрямки, створюючи дотичне зусилля Р' що співпадає з напрямком різання і нормальне N1 напірне зусилля, які і передаються різцям, що сприймають сили опору ґрунта різанню - дотичну Р та нормальну N 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 з допомогою відомих конструкцій кернопідрізаючих пристроїв Після звільнення корпуса бура від керна цикл повторюють до одержання необхідної глибини свердловини Застосування запропонованої конструкції кільцевого динамічного робочого органу порівняно з існуючими рішеннями дає змогу підвищити продуктивність буріння міцних і мерзлих ґрунтів за рахунок створення додаткових імпульсних зусиль на ріжучі елементи в двох напрямках - в напрямку різання ґрунту і в осьовому напрямку (додаткове напірне зусилля) Це дозволить виконувати буріння свердловин в міцних і мерзлих ґрунтах існуючими бурильними машинами з невеликими крутими моментами та напірними зусиллями Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Фіг. З 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. Київ-42, 01601