Буровий агрегат солопова в.о.

Винахід відноситься до гірничого машинобудування, а більш конкретно до пристроїв для проведення вертикальних і похилих гірничих виробок ударно-поворотним бурінням. Найбільш близьким технічним рішенням вибраним у якості прототипу є буровий агрегат, що містить ударний вузол у вигляді співвісних центрального поршня-ударника і периферійного корпусу-ударника, що мають породоруйнуючі елементи і розподільник енергоносія. Крім того, буровий агрегат має обертач, виконаний у вигляді окремого механізму (двигуна), який постійно обертається, корпус його жорстко з'єднаний з корпусомударником, а шток поршня-ударника з'єднаний з вихідним валом обертача з можливістю поздовжнього переміщення відносно нього з передачею постійного крутного моменту штоку поршня-ударника. Ударники ударного вузла по черзі наносять удари по забою, одночасно роблять поворот під час удару відносно один одного при постійному обертанні їх в протилежні сторони. Для забурювання буровий агрегат за допомогою лебідки підвішують над попередньо пробуреною свердловиною і опускають так, щоб направляючий стержень штоку центрального поршня-ударника увійшов в неї, а породоруйнуючі елементи торкнулись забою. Включають двигун, подають стиснуте повітря у повітророзподільник, який приводить ударники у зворотно-поступальний рух по черзі завдаючи удари по забою. [Патент України UA №20184, SU №1832811 Α1 МПК 5 Е21В7/28, 25.12.97, Бюл. №6]. Недоліками даного агрегату є громіздкість конструкції, висока матеріалоємність, складність і висока собівартість виготовлення, обмежена область застосування, необхідність попереднього ведення бурових робіт для створення передової свердловини, як направляючої і шламоскидальної, підвищує небезпечність цих робіт, в зв'язку з тим що обертач виконаний у вигляді окремого механізму (двигуна), який постійно обертається, корпус його жорстко з'єднаний з корпусом-ударником, а шток поршня-ударника з'єднаний з вихідним валом обертача з можливістю поздовжнього переміщення відносно нього з передачею постійного крутного моменту штоку поршняударника. Таке виконання даного агрегату можливе тільки для буріння свердловин великого діаметра. Причинами, що перешкоджають одержанню технічного результату винаходу, що заявляється прототипом, є: - виконання обертача у вигляді окремого механізму (двигуна), який постійно обертається, корпус його жорстко з'єднаний з корпусом-ударником, а шток поршня-ударника з'єднаний з вихідним валом обертача з можливістю поздовжнього переміщення відносно нього з передачею постійного крутного моменту штоку поршня-ударника, приводить до громіздкості конструкції, високої матеріалоємності, складності і високої собівартості виготовлення; - розміщення усередині агрегату обертача, виконаного у вигляді окремого механізму (двигуна), який постійно обертається і має з'єднання з ударниками дає можливість застосувати його тільки для буріння свердловин великого діаметру, що обмежує область застосування агрегату, обумовлює необхідність попереднього ведення бурових робіт для створення передової свердловини, підвищує небезпечність і собівартість цих робіт, а також погіршує екологічні умови роботи. Завданням винаходу, що заявляється, є розробка бурового агрегату, в якому шляхом забезпечення можливості автономного обертального руху агрегата з заданим кутом повороту за кожний робочий цикл за рахунок обертально-поступального і обертально-поворотного руху поршня-ударника і корпусу-ударника відносно один одного і з обпиранням по черзі кожного із них на оброблювану поверхню, досягають універсальності і компактності конструкції із зменшименням матеріалоємності, технологічності її виготовлення і надійності роботи, розширення області застосування, підвищення безпечності ведення бурових робіт і зниження собівартості виготовлення, і за рахунок цього знижується собівартість буріння і поліпшуються екологічні умови роботи. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій конструкції бурового агрегату, що містить ударний вузол у вигляді співвісних центрального поршня-ударника і периферійного корпусу-ударника, що мають породоруйнуючі елементи і розподільник енергоносія, згідно винаходу додатково в ударному вузлі на прилеглих поверхнях його елементів - центрального поршня-ударника і периферійного корпусу-ударника виконана гелікоїдальна шліцьова пара у вигляді гвинтової різі і виступу-шпонки шириною або діаметром меншимим ширини гвинтової різі, що забезпечить зворотно-поворотний рух цих елементів відносно один одного на заданий кут повороту за кожний робочий цикл при періодичному русі виступу-шпонки і гвинтової різі по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу, як поршня-ударника, так і корпусу-ударника, і по прямолінійній траєкторії під час робочого ходу кожного із них. Суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є: - ударний вузол; - центральний поршень-ударник; - периферійний корпус-ударник; - виконання ударного вузла у вигляді співвісних поршня-ударника і периферійного корпусу-ударника; - породоруйнуючі елементи ударного вузла; - розподільник енергоносія ударного вузла; - виконання додатково в ударному вузлі на прилеглих поверхнях його елементів - центрального поршняударника і периферійного корпусу-ударника гелікоїдальної шліцьової пари; -виконання гелікоїдальної шліцьової пари у вигляді гвинтової різі і виступу-шпонки; -виконання виступу-шпонки шириною або діаметром меншим ширини гвинтової різі; -виконання гелікоїдальної шліцьової пари на прилеглих поверхнях елементів ударного вузла забезпечить зворотно-поворотний рух елементів ударного вузла відносно один одного на заданий кут повороту за кожний робочий цикл при періодичному русі виступу-шпонки і гвинтової різі по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу, як поршня-ударника, так і корпусу-ударника, і по прямолінійній траєкторії під час робочого ходу кожного із них. Новими суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є: - виконання додатково в ударному вузлі на прилеглих поверхнях його елементів - центрального поршняударника і периферійного корпусу-ударника гелікоїдальної шліцьової пари; - виконання гелікоїдальної шліцьової пари у вигляді гвинтової різі і виступу-шпонки; - виконання виступу-шпонки шириною або діаметром меншим ширини гвинтової різі; - виконання гелікоїдальної шліцьової пари на прилеглих поверхнях елементів ударного вузла забезпечить зворотно-поворотний рух елементів ударного вузла відносно один одного на заданий кут повороту за кожний робочий цикл при періодичному русі виступу-шпонки і гвинтової різі по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу, як поршня-ударника, так і корпусу-ударника, і по прямолінійній траєкторії під час робочого ходу кожного із них. Сукупність нових і відомих суттєвих ознак є необхідними і достатніми в усіх випадках роботи бурового агрегату, що заявляється. Завдяки тому, що додатково в ударному вузлі на прилеглих поверхнях його елементів - центрального поршня-ударника і периферійного корпусу-ударника виконана гелікоїдальна шліцьова пара у вигляді гвинтової різі і виступу-шпонки шириною або діаметром меншим ширини гвинтової різі, що забезпечить зворотноповоротний рух цих елементів відносно один одного на заданий кут повороту за кожний робочий цикл при періодичному русі виступу-шпонки і гвинтової різі по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу, як поршняударника, так і корпусу-ударника, і по прямолінійній траєкторії під час робочого ходу кожного із них, в процесі роботи ударний вузол несе додаткову функцію поступально-обертального руху відносно своєї вісі і оброблюваної поверхні, на яку обпирається по черзі кожний із елементів ударного вузла під час передавання крутного моменту від одного із елементів ударного вузла іншому в момент контакту одного із них своїми породоруйнуючими елементами з оброблюваною поверхнею, на яку вони обпираються при заданому куті повороту за кожний робочий цикл, здійснюючи поступально-обертальний рух відносно своєї вісі і оброблюваної поверхні, що забезпечить можливість автономного постійного обертального руху усього агрегату з заданим кутом повороту за кожний робочий цикл навколо вісі в одному напрямку за рахунок зворотно-поступального і зворотно-поворотного руху цих елементів відносно один одного і оброблюваної поверхні, на яку обпираються ці елементи під час буріння свердловин будь-якого діаметру суцільним забоєм без присутності бурильника, чим досягається універсальність і компактність конструкції із зниженням матеріалоємності, технологічність її виготовлення і надійність роботи, розширення області застосування, підвищення безпечності ведення бурових робіт і зниження собівартості виготовлення, і за рахунок цього знижується собівартість буріння і покращуються екологічні умови роботи. Завдяки тому, що ширина або діаметр виступу-шпонки гелікоїдальної шліцьової пари виконана меншим ширини гвинтової різі, забезпечується їх періодичний рух по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу кожного із елементів ударного вузла відносно один одного і вільний рух по прямолінійній траєкторії відносно один одного під час робочого ходу кожного із цих елементів, що буде сприяти спрощенню конструкції - універсальності і компактності конструкції із зниженням матеріалоємності і технологічності її виготовлення, надійності роботи, розширенню області застосування, підвищенню безпечності ведення бурових робіт і зниженню собівартості виготовлення і за рахунок цього знизиться собівартість буріння і поліпшаться екологічні умови роботи. У випадку, коли ширина або діаметр виступу-шпонки гелікоїдальної шліцьової пари буде рівною ширині гвинтової різі, їх рух відносно один одного буде відбуватися по гвинтовій траєкторії під час холостого і робочого ходу елементів ударного вузла, а це приведе до того, що удари ударних елементів будуть відбуватися в одне і теж місце оброблюваної поверхні, внаслідок цього процес буріння не відбудеться. У випадку, якщо ширина або діаметр виступу-шпонки гелікоїдальної шліцьової пари буде більш ширини гвинтової різі, то неможливо буде виконати зборку даних елементів бурового агрегату. Суттєвість винаходу пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 зображений загальний вид бурового агрегату, в якому периферійний корпус-ударник з породоруйнуючими елементами зображені в поздовжньому розрізі; на фіг. 2 - розріз по А-А фіг. 1. Буровий агрегат складається із ударного вузла у вигляді співвісних центрального поршня-ударника 1 і периферійного корпусу-ударника 2 з породоруйнуючими елементами 3 і 4 і розподільником енергоносія (на кресленнях не показано). Додатково в ударному вузлі на прилеглих поверхнях його елементів - центрального поршня-ударника 1 і периферійного корпусу-ударника 2 виконана гелікоїдальна шліцьова пара у вигляді гвинтової різі 5 і виступу-шпонки 6 шириною b або діаметром d меншим ширини b' гвинтової різі 5. Гелікоїдальна шліцьова пара забезпечує зворотно-поворотний рух цих елементів відносно один одного на заданий кут повороту за кожний робочий цикл при періодичному русі виступу-шпонки 6 по гвинтовій траєкторії під час холостого ходу поршня-ударника 1 і корпусу-ударника 2, і по прямолінійній траєкторії під час їх робочого ходу. Виступ-шпонка 6 може бути виконана окремим елементом, наприклад у вигляді паралелепіпеда, циліндра, кулі або іншої форми нерухомо закріпленим на одній із прилягаючих поверхонь центрального поршня-ударника 1 або периферійного корпусу-ударника 2 і відповідно на іншій прилягаючій поверхні одного із ударників виконана гвинтова різь 5, довжина якої повинна бути не меншим довжини ходу ударників 1, 2 відносно один одного. Виступшпонка 6 може бути ще виконана на прилягаючих поверхнях в тілі одного із ударників 1, 2, наприклад фрезеруванням, відливкою і іншими можливими способами. Буровий агрегат працює наступним чином. Для забурювання агрегат за допомогою направляючого пристрою (на кресленнях не показано) установлюють на місце передбачуваного устя свердловини так, щоб породоруйнуючі елементи 3 і 4 торкнулись оброблюваної поверхні, на яку вони опираються. В цей час виступ-шпонка 6 знаходиться у гвинтовий різі 5 на половині довжини ходу центрального поршня-ударника (ЦПУ) 1 і периферійного корпусу-ударника (ПКУ) 2. Включають розподільник енергоносія (на кресленнях не показано), який приводить в почерговий зворотно поступальний рух ЦПУ 1 і ПКУ 2 відносно один одного. Спочатку робочого циклу, під час холостого ходу ПКУ 2 відбувається його рух і виступу-шпонки 6 від оброблюваної поверхні до верхньої мертвої точки по гвинтовій траєкторії відносно нерухомого ЦПУ 1, який обпирається на оброблювану поверхню. При цьому відбувається поворот ПКУ 2 на заданий кут навколо вісі. Після цього, під час робочого ходу ПКУ 2, відбувається його рух і виступу-шпонки 6 в сторону оброблюваної поверхні по прямолінійній траєкторії відносно нерухомого ЦПУ 1 поки породоруйнуючі елементи 4 не нанесуть удар по оброблюваній поверхні. Після заглиблювання породоруйнуючих елементів 4 в оброблювану поверхню і повної зупинки ПКУ 2, ЦПУ 1 з гвинтовою різзю 5 здійснює холостий хід від оброблюваної поверхні по гвинтовій траєкторії до верхньої мертвої точки відносно нерухомого ПКУ 2 і виступу-шпонки 6 з поворотом на заданий кут навколо вісі. Після цього ЦПУ 1 здійснює робочий хід в сторону оброблюваної поверхні по прямолінійній траєкторії відносно нерухомого ПКУ 2 і виступу-шпонки 6, поки породоруйнуючі елементи 3 на нанесуть удар по оброблюваній поверхні. Після заглиблення породоруйнуючих елементів 3 в оброблювану поверхню і повну зупинку ЦПУ 1 робочий цикл повторюється до досягнення заданої глибини оброблюваної поверхні. За кожний робочий цикл ЦПУ 1 і ПКУ 2 здійснюють зворотно-поступальний і зворотно-поворотний рух відносно один одного і оброблюваної поверхні на яку по черзі обпираються породоруйнуючі елементи 3, 4. Внаслідок цього ударний вузол, крім ударної функції виконує додаткову - поступально-обертального руху відносно своєї вісі і оброблюваної поверхні, чим забезпечується можливість автономного обертання агрегату з заданим кутом повороту за кожний робочий цикл. Приклад На території Дослідного заводу ВАТ "КриворіжНДПІ", м. Кривого Рогу проводилися випробування експериментального зразка бурового агрегату вагою 23 кг, діаметром 105 мм, довжиною 650 мм. Виступ-шпонка виконана у вигляді кулі діаметром 10 мм і нерухомо закріплена на внутрішній прилягаючій поверхні периферійного корпусу-ударника при ширині гвинтової різі 15 мм і довжині 60 мм, виконаної відповідно на прилягаючій поверхні центрального поршня-ударника. Енергоносій - стиснуте повітря тиском 5 ата. Розподільник енергоносія золотникового типу - серійний глибинний пневмоударник П-1-75. Підключають підвідний гнучкий повітряний рукав внутрішнім діаметром 25 мм через вертлюг, що виключає можливість провороту рукава, до бурового агрегату. На оброблювану поверхню - бетонний блок установлюють направляючий пристрій у вигляді відрізка труби діаметром 110 мм і довжиною близькою довжині агрегату з розпорами, для його підтримання під час забурювання, у бетонний блок. Включають подання енергоносія і здійснюють буріння на глибину 1 м. Свердловина глибиною 1 м пробурена буровим агрегатом за 20 хв. при розході стиснутого повітря 2 м3/хв. Робота бурового агрегату показала, що за кожний робочий цикл відбувається поворот на 18° кожного із елементів ударного вузла під час періодичного руху елементів гелікоїдальної шліцьової пари відносно один одного під час холостого і робочого ходу ударників, що забезпечило поступально-обертальний рух ударного вузла відносно своєї вісі і оброблюваної поверхні на той же кут і, відповідно, обертання усього агрегату на цей же кут при швидкості обертання 60 об/хв. Використання винаходу, що заявляється, при універсальності і компактності конструкції із зниженням матеріалоємності, технологічності її виготовлення, розширює область застосування бурового агрегату, підвищує безпечність ведення бурових робіт і знижує собівартість виготовлення, а за рахунок цього знижується собівартість буріння і поліпшуються екологічні умови роботи. Технічний результат досягається за рахунок зворотно-поступального і зворотно-поворотного руху поршня-ударника і корпусу-ударника відносно один одного і оброблюваної поверхні на яку по черзі обпираються породоруйнуючі елементи шляхом забезпечення можливості автономного обертального руху агрегату із заданим кутом повороту за кожний робочий цикл, у зв'язку з тим, що на прилягаючих поверхнях елементів ударного вузла виконана гелікоїдальна шліцьова пара, що забезпечує зворотно-поворотний рух її елементів відносно один одного, внаслідок цього ударний вузол здійснює додаткову функцію поступально-обертального руху відносно своєї вісі і оброблюваної поверхні. Буровий агрегат здійснює обертання навколо своєї вісі з заданим кутом повороту за кожний робочий цикл.