ПОРТАТИВНАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к буровой технике и предназначена, в частности, для ударно-вращательного бурения скважин под воду с применением погружного пневматического перфоратора.
Известен стенд для бурения скважин, обслуживаемый одним горнорабочим и содержащий основание, выполненное из продольной опоры и жестко соединенных с ней поперечных опор, на одной из которых закреплены две вертикальные стойки, образующие с верхней съемной арочной перемычкой разборную раму изменяющейся высоты, на перемычке шарнирно установлена подвижная продольная стрела, рабочий конец которой имеет возможность перемещаться верх-вниз по зафиксированной подкосом направляющей, при этом на рабочем конце стрелы установлен вращательный механизм с буровой штангой, приводимый в действие гибкой механической передачей от двигателя отдельно стоящего трактора или другого транспортного средства [патент US 5678801, опубл. 21. 10. 1997]. Недостатком известного бурильного стенда является его громоздкая конструкция и несовершенная кинетическая компоновка, ограниченная область применения из-за отсутствия автономности и маленькой скорости бурения, что делает стенд непригодным для бурения глубоких скважин и в твердых грунтах, а также наличие большого объема ручного труда при его обслуживании.
Также, известна машина для бурения скважин, содержащая опорное основание, выполненное из вертикальных стоек, соединенных в верхней части перемычкой и образующих раму, перемещающуюся вверх-вниз на раме подвижную каретку, прикрепленную за гибкую тросовую подвеску к ручной лебедке, при этом перемещение каретки ограничено цепной тягой, на каретке установлена верхняя часть бурового вращательного механизма, объединенная с верхней частью наружной трубы буровой штанги и снабженная подводящим штуцером и проходным каналом, а под кареткой расположена нижняя часть бурового вращательного механизма, объединенная с нижней частью наружной трубы буровой штанги и соединенная конусной зубчатой передачей с валом промежуточной ременной передачи отдельно стоящего привода [патент CN 2324280 Y, опубл. 08.04.1999]. Недостатком известной буровой машины является громоздкая кинетическая компоновка ее бурового вращательного механизма, многоступенчатая передача вращающего момента от привода к вращательному механизму, снижающая ее КПД, ограниченная область применения из-за невозможности детально-узловой разборки и сборки в случае необходимости доставки машины в труднодоступное место для производства буровых работ, большой объем ручного труда при ее обслуживании.
В качестве прототипа принята портативная буровая установка, содержащая основание, выполненное из отдельных опор под вертикальные стойки разборной направляющей рамы, скользяще перемещающуюся на ползунах по направляющей раме вверх-вниз подвижную траверсу, прикрепленную за подвеску к лебедке, к траверсе в вертикальном равновесном положении прикреплены электрический двигатель и буровой вращательный механизм, оборудованный подводящим штуцером и проходным каналом, соединенным с каналом буровой штанги, при этом валы электрического двигателя и бурового вращательного механизма соединены горизонтальной ременной механической передачей [патент RU 68575 U1, опубл. 27.11.2007]. Недостатком известной установки является небольшая скорость бурения скважин, ненадежная передача вращающего момента из-за пробуксовывания одноременной механической передачи при бурении скважин в твердых грунтах и на больших глубинах, снижающая ее КПД, ограниченная область применения установки, предназначенной для бурения скважин исключительно в мягких грунтах.
Технической задачей, для решения которой предлагается буровая установка, является упрощение ее кинетической компоновочной схемы, увеличение скорости бурения скважин, обеспечение надежности передачи вращательного момента и повышение КПД установки, а также создание удобных условий для обслуживания установки и расширение области применения, с возможностью бурения скважин в твердых грунтах и на больших глубинах.
Указанная техническая задача решается тремя вариантами предлагаемой портативной буровой установкой, содержащей основание, выполненное из отдельных опор под вертикальные стойки разборной направляющей рамы, скользяще перемещающуюся на ползунах по направляющей раме вверх-вниз подвижную траверсу, прикрепленную за подвеску к электрической тросовой лебедке, к траверсе в вертикальном равновесном положении прикреплены электрический двигатель и буровой вращательный механизм, оборудованный подводящим штуцером и проходным каналом, соединенным с каналом буровой штанги, при этом валы электрического двигателя и бурового вращательного механизма соединены механической передачей. Новым является то, что по первому и второму варианту электрический двигатель выполнен в виде соосного цилиндрического мотор-редуктора и установлен на траверсе в вертикальном положении таким образом, что его выходной вал находится внизу, а для установки мотор-редуктора на траверсе дополнительно установлен вертикальный крепежный элемент, который одновременно является подвеской для крепления траверсы к лебедке, что делает установку более компактной. Для обслуживания установки удобнее, если мотор-редуктор и буровой вращательный
механизм будут установлены на поперечной оси траверсы. По первому варианту выходной вал мотор-редуктора и вал бурового вращательного механизма могут быть соединены цилиндрической зубчатой передачей, а по второму варианту выходной вал мотор-редуктора и вал бурового вращательного механизма могут быть соединены цепной передачей, что обеспечивает надежную передачу вращающего момента. При бурении скважины в твердых грунтах лучше, если рабочий конец буровой штанги будет оборудован погружным пневматическим перфоратором. Крепежный элемент может быть расположен в вертикальном положении вдоль продольной оси в центральной части траверсы, что позволит обеспечить равновесное состояние траверсы. Для повышения жесткости и устойчивости конструкции лучше, если крепежный элемент будет иметь дополнительные ребра жесткости. В нижней части крепежного элемента может быть выполнен проем под зубчатую или цепную передачу, что позволит обеспечить их надежную работу. Для перемещения траверсы вверх-вниз по вертикали лучше, если в верхней части крепежного элемента будет выполнено отверстие для крепления траверсы к лебедке. Новым по третьему варианту является то, что электрический двигатель выполнен в виде конического мотор-редуктора, корпус которого установлен на траверсе в горизонтальном положении, что позволяет размещать буровую установку в стесненных условиях внутри небольших помещений и в недоступных местах, при этом его выходной вал, как в первом и втором варианте, также находится в вертикальном нижнем положении. Для создания равновесия лучше, если мотор-редуктор и буровой вращательный механизм будут установлены на продольной оси траверсы. Выходной вал мотор-редуктора и вал бурового вращательного механизма могут быть соединены конической зубчатой передачей, что обеспечивает надежную передачу вращающего момента. При бурении скважины в твердых грунтах лучше, если рабочий конец буровой штанги будет оборудован погружным пневматическим перфоратором.
Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан общий вид первого и второго варианта портативной буровой установки, на фиг.2 показан продольный разрез первого и второго варианта установки, на фиг.3 показан поперечный разрез первого и второго варианта установки, на фиг.4 показан общий вид третьего варианта портативной буровой установки, на фиг.5 показан продольный разрез третьего варианта установки, на фиг.6 показан поперечный разрез третьего варианта установки.
Конструкция предлагаемой буровой установки поясняется на примере трех вариантов конкретного выполнения.
По первому варианту выполнения портативная буровая установка укомплектована двумя направляющими стойками 1 из стальной трубы ⌀ 50 мм длиной 2,5 м. К нижним
концам стоек 1 приварены центральной частью две отдельные опоры 2 из стального швеллера [16 длиной 0,8 м. Верхняя часть стоек 1 предназначена для установки верхней съемной перемычки 3 из стальной трубы ⌀ 50 мм длиной 0,8 м, на концах которой приварены соединительные элементы 4 из отрезков стальных труб ⌀ 60 мм длиной 0,25 м с фиксирующими винтами 5. К верхней перемычке 3 при помощи хомутов 6 прикреплена тросовая электрическая лебедка 7 грузоподъемностью Q=800 кгс, работающая от напряжения 220 В. Нижняя часть стоек 1 предназначена для установки нижней съемной перемычки 8 из стальной трубы ⌀ 50 мм длиной 0,8 м, на концах которой приварены соединительные элементы 9 в виде пальцев из отрезков гладкокатанных стальных стержней ⌀ 18 мм длиной 0,20 м. Для установки нижней перемычки 8 в нижней части внутренних сторон стоек приварены отрезки 10 стальных труб с внутренним ⌀ 19 мм длиной 0,15 мм. Буровая установка, также, комплектуется подвесной траверсой 11 из стального швеллера [27 длиной 0,8 м, на торцах траверсы 11 приварены ползуны 12 из продольно разрезанных отрезков стальных труб ⌀ 60 мм длиной 0,35 м. В средней части траверсы 11, вдоль ее продольной оси, приварен в вертикальном положении крепежный элемент 13 из листовой стали толщиной δ=10 мм. На крепежном элементе 13 при помощи четырех болтов М 16 закреплен в вертикальном положении соосный цилиндрический мотор-редуктор 14, установленный таким образом, что его выходной вал находится в нижнем положении. Мотор-редуктор 14 оборудован электрическим двигателем мощностью 750 Вт, работающим от напряжения 220 В. Напротив мотор-редуктора 14 к продольной стороне траверсы 11 приварен корпус обоймы 15, в которую установлен на подшипниках (не показаны) в вертикальном положении вал бурового вращательного механизма 16. Мотор-редуктор 14 и буровой вращательный механизм 16 установлены на поперечной оси траверсы 11, при этом выходной вал мотор-редуктора 14 и вал бурового вращательного механизма 16 соединены цилиндрической зубчатой передачей 17, обеспечивающей вращение буровой штанги 18 со скоростью 60 об/мин. Масса мотор-редуктора 14, установленного с одной стороны крепежного элемента 13, уравновешивается суммарной массой обоймы 15 с подшипниками, бурового вращательного механизма 16 и зубчатым колесом передачи 17, установленными с другой стороны крепежного элемента 13. Для подвешивания к крюку тросовой лебедки 7 в верхней части крепежного элемента 13 выполнено сквозное отверстие 19 диаметром ⌀ 40 мм. Крепежный элемент 13 усилен по краям двухсторонними стальными косынками 20 из листовой стали толщиной δ=8 мм. В нижней части крепежного элемента 13 выполнен сквозной проем 21, в котором расположена зубчатая передача 17. Внутри вала бурового вращательного механизма 16 расположен проходной канал, входное отверстие которого выполнено с возможностью стыкования
с поворотным подводящим штуцером 22, а выходное отверстие выполнено с возможностью стыкования с каналом буровой штанги 18, внутренний диаметр которой составляет 25мм. Стыковое соединение с поворотным подводящим штуцером 22 выполнено разъемным, при этом разъем стыкового соединения зафиксирован от смещения при помощи муфты 23 с левой резьбой, в которую установлен поворотный подводящий штуцер 22, зафиксированный от осевого смещения двумя рядами подшипников (не показаны). Буровая штанга 18 и буровой вращательный механизм 16 соединены резьбовой соединительной муфтой 24. Буровая установка укомплектована набором буровых штанг 18 с внутренним ⌀ 25 мм длиной 1,5 м, а также погружным пневматическим перфоратором 25 длиной 0,85 м, оборудованным долотом с победитовым наконечником с наружным ⌀ 65 мм, предназначенным для разрушения твердых пород грунта при бурении в них водяных скважин. Погружной пневматический перфоратор 25 может быть установлен при помощи резьбового соединения на рабочем конце буровой штанги 18 или на валу бурового вращательного механизма 16. Также, буровая установка укомплектована воздушным компрессором, способным создавать рабочее давление от 4 до 8атм и работающим от напряжения 220 В, и комплектом воздушных резиновых шлангов с внутренним ⌀ 32 мм и выдерживающих давление до 12 атм (не показаны).
По второму варианту выполнения портативная буровая установка укомплектована аналогично первому варианту, лишь с тем отличием, что цилиндрическая зубчатая передача 17 между выходным валом мотор-редуктора 14 и валом бурового вращательного механизма 16 заменена цепной передачей (не показана), также обеспечивающей вращение буровой штанги 18 со скоростью 60 об/мин.
###U233
###U249
###U233 ###U249
По третьему варианту выполнения портативная буровая установка укомплектована аналогично первому и второму вариантам, лишь с тем отличием, что направляющие стойки 1 выполнены длиной 2,2 м, что позволяет использовать установку в стесненных условиях в низких помещениях, опоры 2 выполнены длиной 1,2 м, съемные верхняя и нижняя перемычки 3 и 8 выполнены длинной 1,2 м, при этом нижняя перемычка 8 выполнена из стальных уголков  50x50 с просветом между ними для прохода буровой штанги 18 и погружного пневматического перфоратора 25, подвесная траверса 11 выполнена длиной 1,2 м, для подвешивания к крюку тросовой лебедки 7 сверху траверсы 11 приварена дугообразная подвеска 26 из стального гладкокатанного стержня ⌀ 22 мм, привод выполнен в виде конического мотор-редуктора 27, корпус которого закреплен в горизонтальном положении при помощи шести болтов М16 к креплению 28 из стальных уголков  50x50 длиной 0,3 м, приваренных к траверсе 11, при этом выходной вал мотор-редуктора 27 находится в вертикальном нижнем положении и соединен с валом бурового
вращательного механизма 16 конической зубчатой передачей 29, мотор-редуктор 27 и буровой вращательный механизм 16 установлены симметрично на продольной оси траверсы.
При выборе подходящего метода бурения принимают во внимание глубину залегания водоносного слоя, местоположение и конфигурацию рабочей площадки, а также тип разрабатываемых грунтов (мягкие, твердые, плотные или трещиноватые). Портативную буровую установку в разобранном виде переносят на руках, или перевозят в багажнике или на прицепе легкового автомобиля. Доставленную к месту бурения буровую установку собирают в следующей последовательности. Первоначально обе направляющие стойки 1 в лежачем положении соединяют верхней перемычкой 3, на которой закреплена тросовая электрическая лебедка 7, а затем соединенные вверху стойки 1 устанавливают на опорах 2 в вертикальное положение. К крюку тросовой лебедки 7 подвешивают за крепежный элемент 13 или дугообразную подвеску 26, подвижную траверсу 11 с установленными на ней мотор-редуктором 14 или 27 и буровым вращательным механизмом 16, соединенных зубчатой 17 или 29 или цепной передачей. В подвешенном состоянии траверса 11 находится в уравновешенном состоянии в горизонтальном положении, так как масса мотор-редуктора 14 или 27 примерно равна суммарной массе бурового вращательного механизма 16 без буровой штанги 18. При помощи лебедки 7 подвесную траверсу 11 поднимают на высоту до 1,5 м и ориентируют ползуны 12 траверсы 11 на направляющие стойки 1 рамы, после чего стойки 1 сдвигают до упора в ползуны 12 и устанавливают пальцы 9 соединительных элементов нижней перемычки 8 в гнезда 10 из труб, расположенные с внутренней стороны рамы в нижней части стоек 1, после чего опоры 1 фиксируют к поверхности грунта стальными кольями. Перед бурением скважины в твердом грунте намечают точку бурения, для чего ломом выбивают небольшую ямку, в которую устанавливают рабочий конец погружного пневматического перфоратора 25, соединенного резьбовым соединением с валом бурового вращательного механизма 16 или с буровой штангой 18. Сжатый воздух от компрессора (не показан) подают по резиновому шлангу к поворотному подводящему штуцеру 22, который в свою очередь соединен через муфту 23 с проходным каналом вала бурового вращательного механизма 16, состыкованного с воздушным каналом погружного пневматического перфоратора 25 или каналом буровой штанги 18, и включают буровую установку. Под воздействием сжатого воздуха, поданного напрямую на перфоратор 25 или через буровую штангу 18, поршень пневматического перфоратора 25 взаимодействует с долотом, непосредственно передавая ему энергию удара, при этом буровой вращательный механизм 16 обеспечивает вращение пневматического перфоратора 25. Долото передает разрушающее усилие на грунт
и разрушает его. После прохождения через перфоратор 25 воздух проходит через его долото и выдувает шлам из скважины, вытесняя его на поверхность. По мере прохождения скважины погружной перфоратор 25 наращивают очередной буровой штангой 18, пока не будет достигнут водоносный слой. Бурение с погружным пневматическим перфоратором 25 позволяет получить прямые скважины, так как энергия удара от него непосредственно передается на долото, а не через буровую штангу 18, которая может изгибаться при глубоких скважинах. Достигнув водоносного слоя, при помощи тросовой лебедки 7 извлекают из скважины буровые штанги 18 с перфоратором 25 и на их место устанавливают в скважину обсадную трубу соответствующего диаметра (не показана). Затем скважину при помощи компрессора продувают сжатым воздухом, устанавливают скважинный насос и приступают к ее эксплуатации.