КОРОНКА КОЛОНКОВОГО БУРА
CORE BARREL CROWN

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к коронке колонкового бура с абразивными режущими сегментами.
Станок, использующий коронку колонкового бура, описан в документе US 7210878. Коронка колонкового бура характеризуется наличием средств идентификации на стороне, расположенной рядом со станком. Станок может считывать средства идентификации для установки оптимального сочетания крутящий момент/скорость.
Коронка колонкового бура с абразивными режущими сегментами описана в документе EP 2886230 A1. Коронка колонкового бура содержит трубчатый стержень и установленную с возможностью съема кольцевую режущую секцию с абразивными режущими сегментами.
Сущность изобретения
Коронка колонкового бура согласно настоящему изобретению содержит трубчатый стержень, монтажную платформу, расположенную на ближнем конце трубчатого стержня для установки коронки колонкового бура на приводной инструмент, и кольцевую режущую секцию, характеризующуюся наличием абразивных режущих сегментов, расположенных на дальнем конце трубчатого стержня. Коронка колонкового бура дополнительно содержит приемопередатчик и щель в трубчатом стержне. Щель образует щелевую антенну для приемопередатчика.
Коронка колонкового бура по существу представляет собой стальной корпус, не пропускающий радиосигналы. Следовательно, связь приемопередатчика с опрашивающим устройством является неэффективной. Приемопередатчик может быть установлен на наружной поверхности трубчатого стержня, как описано в документе US 7210878, и, следовательно, в зоне действия опрашивающего устройства. Однако этот приемопередатчик может быть поврежден в тяжелых рабочих условиях.
Коронка колонкового бура согласно настоящему изобретению содержит щелевую антенну, которая увеличивает мощность сигнала. Щелевая антенна является надежной. Приемопередатчик может быть спрятан в месте, находящемся в контакте с антенной или в непосредственной близости от нее. Один конец щели предпочтительно контактирует с приемопередатчиком.
Согласно предпочтительному варианту осуществления щель заполнена неметаллическим материалом. Принимающее пространство трубчатого стержня закрыто таким образом, что он может промываться водой для охлаждения абразивных режущих элементов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления трубчатый стержень выполнен из стали. Неметаллическая щель или вставка в металлическом стержне образует антенну.
Согласно предпочтительному варианту осуществления приемопередатчик реагирует на радиосигналы и длина щели соответствует четверти или половине длины волны этих радиосигналов. Антенна соответствует приемопередатчику, который предпочтительно работает только на одной несущей частоте. Несущая частота радиосигналов может находиться в диапазоне от 0,4 ГГц до 5,0 ГГц. Более низкие и более высокие частоты ведут к существенно большим потерям сигнала.
Согласно предпочтительному варианту осуществления приемопередатчик представляет собой пассивный приемопередатчик и его несущая частота находится в диапазоне от 0,8 ГГц до 1,0 ГГц. Приемопередатчик не содержит собственного источника питания, что позволяет уменьшить его размеры. Этот диапазон частот является оптимальным в контексте отношения сигнал/шум.
Согласно варианту осуществления приемопередатчик прикреплен к кольцевой режущей секции. Кольцевая режущая секция может быть установлена с возможностью съема на трубчатом стержне. Каждая кольцевая режущая секция может быть оснащена приемопередатчиком. Таким образом, может быть определено изменение кольцевой режущей секции.
Согласно варианту осуществления трубчатый стержень содержит внутреннюю муфту, а кольцевая режущая секция содержит внешнюю муфту, которая по окружности охватывает внутреннюю муфту. Приемопередатчик прикреплен к внешней муфте и обращен к внутренней муфте. Приемопередатчик размещен в кармане между двумя муфтами и защищен от воздействия окружающей среды. Конец щели предпочтительно находится на внутренней муфте для присоединения приемопередатчика. Приемопередатчик может быть заключен в неметаллический материал для механической устойчивости, например в эпоксидную смолу.
Согласно предпочтительному варианту осуществления монтажная платформа содержит впускное отверстие для воды, открытое в принимающее пространство трубчатого стержня. Для абразивных режущих сегментов требуется охладитель. Охлаждение промывочной водой является надежным и эффективным. Самым простым способом направить воду в область резания является нагнетание воды в принимающее пространство трубчатого стержня.
Согласно предпочтительному варианту осуществления приемопередатчик содержит запоминающее устройство с сохраненными данными, содержащими одно или более из уникального идентификатора для кольцевой режущей секции, идентификатора типа для кольцевой режущей секции, высоты неиспользованных абразивных режущих сегментов и рабочих параметров коронки колонкового бура.
Краткое описание чертежей
Приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры. Фигуры, на которых изображены приведенные в качестве примера варианты осуществления, не обязательно выполнены в масштабе, но, скорее, представлены в схематической и/или слегка искаженной форме, если это целесообразно для объяснения. В отношении дополнений к идеям, очевидным исходя из фигур, делается ссылка на соответствующий уровень техники. В этом отношении следует отметить, что может быть выполнено множество модификаций и альтернативных вариантов в том, что касается формы и деталей конкретного варианта осуществления без отхода от общих принципов настоящего изобретения. Признаки настоящего изобретения, раскрытые в описании, фигурах и формуле, могут быть важными для уточнения настоящего изобретения и могут быть рассмотрены по отдельности, а также в любой комбинации.
Кроме того, любая комбинация, состоящая из по меньшей мере двух признаков, раскрытых в описании, фигурах и/или формуле, находится в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения. Общий принцип настоящего изобретения не ограничен конкретной формой или деталями предпочтительного конкретного варианта осуществления, изображенного и описанного ниже, или не ограничен объектом изобретения, который ограничен в сравнении с объектом изобретения, заявляемым в формуле. Что касается приведенных диапазонов размеров, значения в пределах указанных пределов также следует рассматривать как ограничивающие значения, которые могут использоваться и заявляться согласно необходимости. Для упрощения аналогичные ссылочные позиции используются далее для идентичных или подобных деталей или деталей, характеризующихся идентичной или подобной функцией.
Термины «ближний» и «дальний» используются для указания относительного положения вдоль оси относительно станка в качестве точки отсчета. Термин «ближний» означает находящийся ближе к станку, термин «дальний» означает удаленный от станка.
На фиг. 1 представлена коронка для бурения со сменной режущей секцией;
на фиг. 2 представлен вид снизу;
на фиг. 3 представлен разрез в плоскости III-III;
на фиг. 4 представлен разрез в плоскости IV-IV;
на фиг. 5 представлена коронка для бурения, установленная на станке.
Подробное описание настоящего изобретения
На фиг. 1 показана коронка 1bz колонкового бура согласно настоящему изобретению. Коронка 1bz колонкового бура предназначена для выполнения круглых отверстий в стенах, потолках или подобных конструкциях, выполненных из бетона или других минеральных материалов. Коронка 1bz колонкового бура разрушает конструкцию за счет стирания кольцеобразного отверстия, причем внутренний цилиндрический керн остается нетронутым.
Коронка 1bz колонкового бура содержит кольцевую режущую секцию 2bz с одним или несколькими абразивными режущими сегментами 3bz, прикрепленными к дальней поверхности 4bz примыкания несущего корпуса 5bz. Несущий корпус 5bz предпочтительно представляет собой короткую и тонкостенную цилиндрическую трубку. Толщина стенки несущего корпуса 5bz существенно меньше внутреннего диаметра 6bz и внешнего диаметра 7bz несущего корпуса 5bz. Толщина 8bz стенки находится в диапазоне нескольких миллиметров, а диаметры больше 2 см, например больше 5 см. Дальняя поверхность 4bz примыкания представляет собой круговое кольцо, размеры которого соответствуют толщине стенки и диаметрам. Абразивные режущие сегменты 3bz прикреплены к дальней поверхности 4bz примыкания несущего корпуса 5bz. Таким образом, абразивные режущие сегменты 3bz расположены по окружности кругового кольца.
Грань, дальняя по отношению к несущему корпусу 5bz, представляет собой активную грань 9bz, которая осуществляет стирание минеральной конструкции. Активная грань 9bz является плоской. Плоскость, определенная гранью 9bz, перпендикулярна продольной оси 10bz коронки 1bz колонкового бура. Активные грани 9bz всех абразивных режущих сегментов 3bz расположены в одной плоскости Ebz. Активные грани 9bz могут быть изогнуты в плоскости Ebz так, чтобы соответствовать кривизне кругового кольца, или они могут характеризоваться такой формой, чтобы оптимизировать процесс стирания. Абразивные режущие сегменты 3bz могут характеризоваться призматической формой. Толщина 11bz, т.е. радиальный размер, абразивных режущих сегментов 3bz предпочтительно несколько больше, чем толщина 8bz стенки несущего корпуса 5bz. Несущий корпус 5bz может входить в кольцевое отверстие, полученное стиранием посредством абразивных режущих сегментов 3bz, не касаясь стенок отверстия. Разница толщин может быть менее 5 мм, например менее 2 мм.
Абразивные режущие сегменты 3bz предпочтительно выполнены из композитных материалов, содержащих частицы, характеризующиеся очень высокой твердостью, такие как алмаз, искусственный алмаз и поликристаллический алмаз, встроенные в несущую матрицу, выполненную из металла или керамических материалов. Твердые частицы характеризуются диаметрами в субмиллиметровом диапазоне вплоть до нескольких миллиметров. Твердые частицы могут быть расположены случайным образом или слоями в несущей матрице. Несущая матрица изнашивается вследствие последовательного подвержения воздействию новых твердых частиц во время использования коронки 1bz колонкового бура. Следовательно, кольцевая режущая секция 2bz может использоваться до полного износа абразивных режущих сегментов 3bz.
Кольцевая режущая секция 2bz предпочтительно установлена с возможностью съема на трубчатом стержне 12bz. Трубчатый стержень 12bz содержит цилиндрическое принимающее пространство 13bz, характеризующееся высотой 14bz. Радиальные размеры трубчатого стержня 12bz идентичны или практически идентичны радиальным размерам кольцевой режущей секции 2bz. Трубчатый стержень 12bz по существу лишь удлиняет кольцевую режущую секцию 2bz вдоль продольной оси 10bz и позволяет резать отверстия глубиной, равной высоте 14bz трубчатого стержня 12bz. Трубчатый стержень 12bz должен быть прочным и, следовательно, предпочтительно выполнен из стали. Толщина 15bz стенки 16bz трубчатого стержня 12bz выбрана таким образом, чтобы выдерживать давление вдоль продольной оси 10bz и крутящий момент вокруг продольной оси 10bz. Толщина 15bz стенки трубчатого стержня 12bz может быть идентичной или практически идентичной толщине 15bz стенки кольцевой режущей секции 2bz. Внутренний диаметр 6bz и внешний диаметр 7bz кольцевой режущей секции 2bz и трубчатого стержня 12bz идентичны или практически идентичны. Толщина 15bz стенки несколько меньше, чем толщина 11bz абразивных режущих сегментов 3bz.
Кольцевая режущая секция 2bz предпочтительно может быть установлена на трубчатом стержне 12bz и снята с него для замены новой кольцевой режущей секцией 2bz. Механический крепежный механизм 17bz соединяет с геометрическим замыканием кольцевую режущую секцию 2bz с трубчатым стержнем 12bz. Приведенный в качестве примера механический крепежный механизм 17bz основан на фланцевой втулке. Кольцевая режущая секция 2bz характеризуется наличием внешней муфты 18bz на своем ближнем конце. Трубчатый стержень 12bz характеризуется наличием внутренней муфты 19bz на своем дальнем конце. Внутренняя муфта 19bz плотно входит во внешнюю муфту 18bz. На фиг. 1 исключительно в иллюстративных целях представлена внешняя муфта 18bz с частичным вырезом, чтобы показать расположенную под ней внутреннюю муфту 19bz. Внутренняя муфта и внешняя муфта предпочтительно являются цилиндрическими. Внешний диаметр внутренней муфты 19bz приблизительно равен внутреннему диаметру внешней муфты 18bz. Внешняя муфта 18bz вдоль продольной оси 10bz примыкает к фланцу или заплечику 20bz, образованному стенкой 16bz трубчатого стержня 12bz. Внутренняя муфта 19bz аналогично может примыкать к заплечику, образованному несущим корпусом 5bz соответственно. Внутренняя муфта 19bz может быть выполнена из стенки 16bz за счет уменьшения внешнего диаметра. Внутренние диаметры внутренней муфты 19bz и стенки 16bz могут быть идентичными, и оба они предпочтительно идентичны внутреннему диаметру кольцевой режущей секции 2bz. Внешняя муфта 18bz может быть образована за счет проточки несущего корпуса 5bz с увеличением внутреннего диаметра. Внешний диаметр может остаться неизменным и идентичным внешнему диаметру несущего корпуса 5bz и предпочтительно трубчатого стержня 12bz.
Механический крепежный механизм 17bz может характеризоваться наличием штыревого замка. Принцип работы штыревого замка основан на криволинейных или наклонных пазах 21bz, открытых с одной стороны, в которую входят штыри 22bz. В части, расположенной рядом с открытым концом, пазы 21bz направляют штыри 22bz преимущественно вдоль продольной оси 10bz. В другой части пазы 21bz направляют штыри 22bz преимущественно вокруг продольной оси 10bz. За счет изменения начального направления в продольном направлении и направления в частично окружном направлении происходит закрепление кольцевой режущей секции 2bz, препятствующее разъединению вдоль продольной оси 10bz. Пазы 21bz могут быть выполнены в виде прорезей или канавок. В изображенном примере пазы 21bz расположены на внешней муфте 18bz, а штыри 22bz расположены на внутренней муфте 19bz. Известен другой механический крепежный механизм, например, из документа EP 2886230 A1, который может использоваться для фиксации кольцевой режущей секции 2bz.
Кольцевая режущая секция 2bz оснащена считываемым запоминающим устройством 23bz. Считываемое запоминающее устройство 23bz может быть предназначено только для чтения. Данные только для чтения содержат информацию о режущей секции 2bz. Данные могут описывать параметры режущей секции, например высоту абразивных режущих сегментов перед первым использованием, количество и размеры абразивных режущих сегментов, состав материала абразивных режущих сегментов и диаметр режущей секции. Данные могут содержать или описывать оптимальные рабочие условия или предельные рабочие условия, например оптимальное давление, оптимальную частоту вращения, оптимальную промывку водой, максимальное давление, максимальную частоту вращения, минимальную промывку водой. Данные могут содержать идентификатор типа кольцевой режущей секции. Идентификатор типа представляет собой по существу указатель на справочные данные, описывающие параметры режущей секции 2bz, или данные, описывающие рабочие условия режущей секции, в отдельном справочном списке. Данные могут содержать идентификатор, уникальный для каждой режущей секции 2bz. Уникальный идентификатор позволяет определить, была ли заменена режущая секция 2bz любой другой режущей секцией, даже того же типа. Считываемое запоминающее устройство 23bz может быть предназначено только для чтения или может позволять запись данных. Записываемые данные могут включать в себя данные о последнем использовании, например продолжительности использования, приложенном крутящем моменте и давлении, используемых станках.
Кольцевая режущая секция 2bz содержит приемопередатчик 24bz, соединенный с запоминающим устройством 23bz. Приемопередатчик 24bz может считывать данные из запоминающего устройства и может передавать данные посредством радиосигнала. Опрашивающее устройство 25bz отправляет запрос посредством радиосигнала на приемопередатчик 24bz. Приемопередатчик 24bz отвечает на запрос за счет считывания данных из запоминающего устройства и передачи данных посредством радиосигнала. Радиосигналы характеризуются несущей частотой, которая предпочтительно выше 0,4 ГГц (гигагерц), например выше 0,8 ГГц, и ниже 5,0 ГГц, предпочтительно ниже 2,0 ГГц, например ниже 1,0 ГГц.
Приемопередатчик 24bz предпочтительно представляет собой пассивный приемопередатчик. Кольцевая режущая секция 2bz не содержит источник питания для подачи питания на приемопередатчик 24bz и запоминающее устройство 23bz. Приемопередатчик 24bz получает питание от радиосигнала, испускаемого опрашивающим устройством 25bz. Приемопередатчик 24bz может содержать буферный накопитель энергии емкостного типа, собирающий энергию от радиосигнала, достаточную для считывания и передачи данных. Приемопередатчик 24bz и запоминающее устройство 23bz могут быть выполнены в виде цельного устройства. Цельное устройство, например, может представлять собой устройство RFID (радиочастотной идентификации). В частности, устройство RFID реагирует на радиосигналы в одном из промышленных, научных и медицинских (ISM) диапазонов радиочастот.
Трубчатый стержень 12bz содержит антенну 26bz, соединенную с приемопередатчиком 24bz. Антенна 26bz повышает эффективность радиосвязи за счет улучшенной передачи радиосигналов посредством приемопередатчика 24bz. Антенна 26bz выполнена в виде щели 27bz в металлическом корпусе трубчатого стержня 12bz. Щель 27bz характеризуется длиной, равной четверти или половине длины волны несущей частоты. Щель 27bz содержит дальний конец 28bz и ближний конец 29bz. Дальний конец 28bz расположен во внутренней муфте 18bz или на ближнем краю 30bz внутренней муфты 18bz. Дальний конец 28bz вскрыт под прорезь в четверть длины волны. Предпочтительно дальний конец 28bz закрыт, вследствие чего внутренняя муфта 18bz по окружности охвачена вдоль своего дальнего края 31bz. Щель 27bz может быть прямой. Щель 27bz может быть параллельной или наклонной относительно продольной оси 10bz. Щель 27bz полностью проникает в трубчатый стержень 12bz, т.е. радиальный размер или глубина щели 27bz равна толщине 15bz стенки трубчатого стержня 12bz.
Приемопередатчик 24bz прикреплен к внешней муфте 18bz рядом с дальним концом 28bz щели 27bz. Щель 27bz может частично перекрываться с приемопередатчиком 24bz вдоль продольной оси 10bz или щель 27bz лишь доходит до приемопередатчика 24bz. Предпочтительно приемопередатчик 24bz прикреплен к внутренней стороне 32bz внешней муфты 18bz таким образом, что приемопередатчик 24bz по меньшей мере частично заключен между внутренней муфтой 19bz и внешней муфтой 18bz. Внутренняя сторона 32bz может характеризоваться наличием углубления для создания кармана, в котором размещается приемопередатчик 24bz.
Щель 27bz заполнена неметаллическим наполнителем, например полимерным материалом. Наполнитель предотвращает выход промывочной воды из щели 27bz. Длина щели 27bz компенсирует диэлектрические свойства неметаллического наполнителя так, чтобы соответствовать четверти или половине длины волны радиосигналов в этом неметаллическом наполнителе.
Коронка 1bz колонкового бура содержит монтажную платформу 34bz для установки на станок 35bz. Монтажная платформа 34bz может содержать зубчатое колесо для передачи крутящего момента на коронку 1bz колонкового бура. Станок 35bz обеспечивает приложение крутящего момента вокруг продольной оси 10bz и давления вдоль продольной оси 10bz. Приведенный в качестве примера станок 35bz содержит устройство 36bz приведения во вращение, которое приводит в действие шпиндель 37bz. Монтажная платформа 34bz может быть установлена с возможностью съема на шпинделе 37bz. Хотя небольшие коронки 1bz колонкового бура могут быть приведены в действие ручным станком 35bz, для больших коронок 1bz колонкового бура требуется установка 38bz, которая выдерживает крутящий момент и давление. Установка 38bz содержит подъемную конструкцию 39bz для подъема и опускания коронки 1bz колонкового бура вдоль продольной оси 10bz. Например, подъемная конструкция 39bz основана на реечной передаче, осуществляющей подъем кожуха 40bz устройства 36bz приведения во вращение и шпинделя 37bz. Подъемная конструкция 39bz может характеризоваться ручным или автоматическим управлением. Устройство 41bz управления станка 35bz может отслеживать или контролировать давление, прикладываемое к коронке 1bz колонкового бура вдоль продольной оси 10bz.
Монтажная платформа 34bz содержит впускное отверстие 42bz для воды, предназначенное для промывки абразивных режущих сегментов 3bz водой. Впускное отверстие 42bz для воды предпочтительно расположено на продольной оси 10bz и проходит в принимающее пространство 13bz. Устройство 33bz подачи воды может быть соединено с впускным отверстием 42bz для воды. Устройство 41bz управления может управлять устройством 33bz подачи воды.