Машина г.м.маслюка для обертального буріння гірничих порід

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурильным машинам с дифференциальновинтовой подачей инструмента на забой. Известны бурильные машины с дифференциально-винтовой подачей, в которых валик управления фрикционом оснащен гайкой-шестерней, с помощью которой можно изменять степень сжатия дисков фрикциона [1]. Фрикцион в указанных машинах выполняет только роль муфты предельного момента, что определяет характер работы таких бурильных машин, как машин с постоянной величиной подачи на оборот исполнительного органа. Это резко снижает эффективность бурения и их КПД, поскольку бурильная машина будучи подготовленной для бурения крепких пород и менее крепкие породы продолжает бурить с той же величиной подачи. Известна бурильная машина с дифференциально-винтовым механизмом подачи, выбранная в качестве прототипа, оборудованная механизмом для регулировки скорости и усилия подачи, который включает фрикцион, в виде корпуса-полумуфты и связанной с ней втулки, механизм включения фрикциона, механизм регулировки степени и продолжительности сжатия дисков фрикциона, выполненный в виде установленной на валике механизма включения гайки-шестерни, торцевых скошенных кулачков для взаимодействия с пальцами толкателя, подпружиненного относительно дисков фрикциона, при этом гайка-шестерня посредством зубчатой передачи связана с валиком штурвала механизма регулировки [2]. Недостатком машины для вращательного бурения с таким механизмом регулировки степени и продолжительности сжатия дисков фрикциона является то, что такая регулировка производится не автоматически в зависимости от изменения крепости буримой породы и степени затупления инструмента, а субъективно - вручную бурильщиком, с помощью поворота штурвала. При ручном управлении затруднительно определить рациональный режим работы. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать машину для вращательного бурения горных пород путем введения механизма изменения режима работы исполнительного органа в зависимости от твердости породы и степени затупления инструмента, чем обеспечивается автоматическое изменение коэффициента включения дисков фрикциона, т.е. автоматическое поддержание скорости и подачи инструмента в оптимальном режиме, благодаря чему повышается эффективность бурения и К.П.Д. установки. Поставленная задача решается тем, что в машине для вращательного бурения горных пород, содержащей дифференциально-винтовой механизм подачи, ходовой винт и ходовая гайка которого кинематически связаны с приводом бурильной машины, кинематически связанный с ходовой гайкой фрикцион в виде корпуса-полумуфты и связанной с ней втулки, механизм включения фрикциона и механизм регулировки степени и продолжительности сжатия дисков фрикциона, выполненный в виде установленной на валике механизма включения фрикциона гайки-шестерни и торцевых скошенных кулачков для взаимодействия с пальцами толкателя, подпружиненного относительно дисков фрикциона, согласно изобретению, ходовая гайка подпружинена относительно корпуса машины и кинематически связана с гайкой-шестерней механизма регулировки степени и продолжительности сжатия дисков фрикциона, при этом скошенные торцевые кулачки закреплены на торце корпуса-полумуфты, обращенном к гайке-шестерне, а пальцы толкателя размещены на диске, который установлен соосно с гайкой-шестерней и связан с последней посредством распорной втулки, при этом корпус-полумуфта подпружинен относительно втулки фрикциона. В конкретном случае форма кинематической связи, между подпружиненной ходовой гайкой и толкателем, выполнена в виде двух гидравлически связанных коаксиальных сильфонов, каждый из которых представляет собой заполненную жидкостью оболочку со сквозным проходным каналом, образованную из двух сильфонов разного диаметра, соединенных в торцевых частя х, при этом один из коаксиальных сильфонов размещен соосно с ходовой гайкой, а другой размещен соосно с валиком управления фрикционом между гайкой-шестерней и диском толкателя. Диск толкателя выполнен с зубчатым венцом и кинематически связан посредством зубчатой передачи с приводом машины. На фиг. 1 изображена машина для вращательного бурения, продольный разрез, со снятым механизмом регулировки скорости и усилия подачи; на фиг. 2 - механизм регулировки скорости и усилия подачи, продольный разрез, а также часть промежуточного вала и полумуфта-шестерня редуктора машины, с которым сочленяется этот механизм; на фиг. 3 - коаксиальный сильфон. Машина включает электропривод 1, кинематически связанный со шлицевой втулкой 2. Внутри шлицевой втулки расположен ходовой винт 3 с продольными канавками, а на конце ходового винта установлен патрон 4 для закрепления в нем исполнительного органа (не показан). На резьбе ходового винта 3 размещена подпружиненная ходовая гайка 5, соосно скрепленная с зубчатым колесом 6, связанным через шестерню 7 с промежуточным валом 8. На промежуточном валу 8 с возможностью вращения размещена шестерня-полумуфта 9 с торцевыми кулачками. Эта шестерня-полумуфта связана со шлицевой втулкой 2, при этом передаточное отношение зубчатого колеса 6, ходового винта 3 и шестерни 7 промежуточного вала 8 выполняются такими, чтобы при работе машины частота вращения ходовой гайки 5 превышала частоту вращения ходового винта 3, а шаг резьбы винтовой пары обеспечивал самоторможение этой пары. Ходовая гайка 5 с помощью подшипника 10 подпружинена тарельчатой пружиной 11 и одновременно взаимодействует с соосно расположенным на ней коаксиальным сильфоном 12. На конце промежуточного вала 8 (фиг. 2) установлена с возможностью продольного перемещения втулка 13 фрикциона. На втулке размещен с возможностью продольного перемещения корпус-полумуфта 14, подпружиненный пружиной 15, связанной с фланцем втулки 13. Торец корпуса-полумуфты 14 выполнен с торцевыми кулачками для возможности их взаимодействия с торцевыми кулачками шестерни-полумуфты 9. Внутри корпуса-полумуфты 14 размещены диски сцепления 16 фрикциона, связанные с помощью подшипника 17 с пружиной 18. Конец втулки 13 с помощью подшипника 19 соосно связан с возможностью вращения с валиком управления 20, на котором размещен с возможностью вращения диск толкателя 21, связанный с одного торца с пружиной 18, а с другого с распорной втулкой 22, которая вторым концом взаимодействуе т с гайкой-шестерней 23, расположенной на резьбе валика управления 20. Зубья гайки-шестерни входят в зацепление с зубьями шестерни 24, закрепленной на валике 25 штурвала 26 механизма регулировки степени и продолжительности сжатия дисков фрикциона. Валик 25 закреплен с возможностью вращения в корпусе машины. На распорной втулке 22 между гайкой-шестерней 23 и диском толкателя 21 соосно расположен второй коаксиальный сильфон 29, соединенный с коаксиальным сильфоном 12 с помощью трубки 30. Коаксиальный сильфон 29 взаимодействует с диском толкателя 21 с помощью подшипника 31. На диске толкателя 21, обращенном к корпусу-полумуфте 14, укреплены пальцы 32 с возможностью их взаимодействия с торцевыми скошенными кулачками 33, укрепленными на корпусе-полумуфте 14. Зубья венца диска 21 входят в зацепление с зубьями шестерни 34, которая с помощью шестерни 35 соединена с зубьями шестерни-полумуфты 9. При этом передаточные отношения зубчатых колес выполняются такими, чтобы частота вращения ходового винта 3, относительно частоты вращения ходовой гайки 5 с учетом величины шага резьбы ходового винта и ходовой гайки при бурении слабых пород имели максимально возможную величину подачи на оборот, а разница частот вра щения диска-толкателя 21 и промежуточного вала 8 составляла 25-50 об/мин. Величину сжатия дисков 16 фрикциона с помощью штурвала 26 за счет поворота гайки-шестерни 23 устанавливают такой, чтобы при бурении слабых пород работа фрикциона происходила без проскальзывания его дисков, а длину пальцев 32, выполняют такой, чтобы они еще не вступали во взаимодействие со скошенными кулачками. Машина работает следующим образом. После включения электродвигателя 1 начинается вращение ходового винта 3, но подачи его на забой не происходит до те х пор, пока ходовой винт 3 и его гайка 5 вращаются с одинаковой частотой. При перемещении рукоятки 27 в рабочее положение пружина 28 сжимается, при этом все устройство, за исключением шестерни 24 и ее валика 25 перемещается в сторону зубча того колеса-полумуфты 9, кулачки полумуфты входят в зацепление с кулачками корпуса-полумуфты 14. При сцепленных кулачках происходит подача ходового винта на забой, при этом режим процесса бурения будет определяться крепостью буримых пород и степенью затупления инструмента. При бурении слабых пород, когда работа фрикциона происходит без проскальзывания дисков фрикциона, подача будет постоянной, а ее величина будет максимальной, определяемой передаточным отношением зубчатых колес. При этом скошенные кулачки 33 при вращении не будут взаимодействовать с пальцами 32 диска толкателя 21. При входе в процессе бурения исполнительного органа в более крепкую породу или при затуплении инструмента, сила реакции забоя увеличивается, в результате, под воздействием увеличенного осевого усилия ходовая гайка 5 сжимает пружину 11 и коаксиальный сильфон 12, длина которого при этом уменьшается, а длина коаксиального сильфона 29 - увеличивается пропорционально возрастанию осевого усилия. В результате этого диск толкателя 21 сдвинется в направлении корпуса-полумуфты 14 и скрепленного с ней торцевого кулачка 33, а пальцы 32 диска толкателя 21 начнут периодически вступать во взаимодействие со скошенным кулачком 33. Продолжительность периодического взаимодействия пальцев 32 со скошенными кулачками 33 и величина отодвигания подпружиненного пружиной 15 корпуса 14 фрикциона, а отсюда и продолжительность времени проскальзывания дисков фрикциона зависит от степени затупления инструмента и крепости буримой породы, то есть от силы реакции забоя. Чем больше сила реакции забоя, тем больше будет продолжительность времени, когда диски фрикциона проскальзывают и тем меньше коэффициент включения. В зависимости от величины реакции забоя машина автоматически изменяет коэффициент включения дисков фрикциона, т.е. автоматически поддерживает среднюю скорость подачи в оптимальных режимах. Для получения маневровой скорости обратной подачи (для извлечения бурового става из скважины или шпура) р укоятку управления 27 переводят в противоположное крайнее положение, в результате чего кулачки муфты зубчатого колеса 9 выйдут из зацепления с кулачками корпуса-полумуфты 14, который будет прижат к корпусу бурильной машины и этим приторможен. В указанном случае промежуточный вал 8, а вместе с ним и ходовая гайка 5 вращаться не будут, а ходовой винт 3, вращаясь в неподвижной гайке, будет быстро перемещаться назад.