ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ СТРАГИВАНИЯ РЕЗЬБЫ БУРОВОГО СТАВА
HYDRAULIC KEY FOR STARTING SCREW OF DRILLING COLUMN

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках, предназначенных для бурения технологических взрывных скважин, используемых на открытых горных разработках полезных ископаемых.
Известно устройство для свинчивания и развинчивания замков в колоннах бурильных труб (варианты изобретения) (Патент RU №2096582, Е21В 19/16. Публ. 1997.11.20), содержащее три захвата, каждый из которых может быть отрегулирован с целью достижения бесконечно большого числа накладок. Средства регулирования захвата симметричны относительно центральной плоскости и включают сферический участок. Различные части сферического участка срабатывают с целью смыкания и приведения в действие каждого захвата, причем то, какая конкретно часть задействована, зависит от конкретного узла или требуемого отрегулированного положения захвата. Каждый захват сконструирован так, что обеспечивает устойчивый зажим части бурильной трубы, причем только на одной стороне каждого захвата имеется губка, которая установлена с возможностью поворота. Механизм регулирования захвата осуществляет как раскрытие, так и смыкание захвата, вследствие чего нет необходимости в какой бы то ни было момент времени вручную прикладывать тяговое усилие в какой-либо части захвата. Варианты конструкции позволяют повысить точность и надежность устройства. Но при этом надежность каждого варианта устройства дополняется другими вариантами конструкции, т.е. ни один из них не позволяет достичь заявленный технический результат.
Известен машинный ключ (Патент RU №2295624, Е21В 19/16. Публ. 2007.03.20), который содержит большую и малую челюсти, шарнирно скрепленные с рычагом-рукояткой, и снабжен вертлюжками для крепления тягового и страховочного канатов, а также содержит захватные зубчатые плашки на указанных челюстях, установленные в плашкодержателях, защелку, шарнирно скрепленную с большой челюстью и приспособленную к взаимодействию с малой челюстью. Большая челюсть выполнена в виде одно- или многослойного (многорядного) пакета гибких упругих элементов, на котором размещен ряд плашкодержателей. Пакет гибких упругих элементов выполнен в виде высокопрочных лент или канатов, снабженных проушинами для соединения челюстей посредством пальцев между собой, а также с защелкой и рычагом-рукояткой.
В качестве прототипа выбран гидравлический ключ для страгивания резьбы бурового става самоходного бурового станка - модель PV-270 фирмы Atlas Сорсо (Инструкция «Техника безопасности, эксплуатация и обслуживание», раздел 4, Органы управления), который содержит кронштейн, закрепленный на каркасе мачты, с ним шарнирно сочленено первое звено, соединенное со вторым звеном с возможностью перемещения. Второе звено выполнено с захватом. Коромысло, в центре, шарнирно закреплено на втором звене. На одном плече коромысла установлена подвижная челюсть, гидроцилиндр челюсти соединяет другое плечо коромысла и второе звено. Гидравлический ключ содержит гидроцилиндр подвода ключа к оси бурения, установленный между мачтой и первым звеном, а также гидроцилиндр страгивания, соединяющий первое и второе звенья ключа. Для блокировки используют конечный выключатель отвода ключа от оси бурения.
Эта конструкция гидравлического ключа позволяет регулировать уровень гидравлического давления на двигателях вращателя и ограничивать крутящий момент при сложных условиях бурения, а также упрощает управление направлением и скоростью вращения.
При этом конструкция не обладает достаточной надежностью захвата, а именно существует возможность срыва захвата второго звена с поверхности бурового става ввиду того, что гидроцилиндр страгивания расположен почти параллельно линии, проходящей через точки контакта захвата неподвижной секции и бурового става. Отсутствуют автоматизация и блокировка захвата.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности захвата, его автоматическое возвращение в исходное положение по окончании страгивания, запрет на подъем-опускание бурового става при подведенном ключе.
Задача решается выполнением гидравлического ключа, содержащего две
последовательно установленные секции, первую, шарнирно закрепленную на кронштейне мачты бурового станка и вторую с неподвижной челюстью; подвижную челюсть и коромысло, кроме того, гидроцилиндры подвода, замыкания, страгивания и конечный выключатель. Первая секция снабжена пазом, в котором размещен шкворень второй секции. Одно плечо коромысла шарнирно соединено с подвижной челюстью, его центральная часть со второй секцией, а на втором плече установлен гидроцилиндр замыкания, соединяющий его со второй секцией. Гидроцилиндр подвода установлен на мачте и первой секции, гидроцилиндр страгивания установлен на первой и второй секциях. Кроме того, гидравлический ключ снабжен дополнительным конечным выключателем. Гидроцилиндр страгивания расположен таким образом, что его ось образует с прямой, проходящей через точки контакта челюсти второй секции с буровым ставом, угол 45÷90°, причем точки крепления гидроцилиндра страгивания на первой секции и крепления первой секции на кронштейне совпадают.
Конечный выключатель установлен между кронштейном и первой секцией, а дополнительный конечный выключатель между первой и второй секциями.
Наличие обоих конечных выключателей позволяет избегать подъема-опускания бурового става при подведенном ключе. Кроме того, автоматически происходит возврат гидравлического ключа в исходное положение по окончании страгивания и обеспечивается необходимое взаиморасположение секций при перемещении гидравлического ключа в транспортное или рабочее положение.
Установка гидроцилиндра страгивания обеспечивается таким образом, что его ось симметрии образует с прямой, проходящей через точки контакта челюсти второй секции с буровым ставом, угол 45÷90°, предотвращает срыв гидравлического ключа в момент страгивания вследствие перераспределения нормальных и касательных реакций в зоне контакта неподвижной челюсти и поверхности бурового става.
Точка крепления гидроцилиндра страгивания на первой секции совпадает с точкой крепления первой секции на кронштейне, что позволяет избежать возникновения реактивного момента от усилия, развиваемого гидроцилиндром страгивания на второй секции ключа.
На чертеже представлен гидравлический ключ, который содержит установленный на буровой мачте 1 кронштейн 2, секции 3 и 4, подвижную челюсть 5, коромысло 6. На части 3 выполнен паз 7, в который установлен шкворень 8. Приводы устройства состоят из гидроцилиндров подвода ключа 9, страгивания 10, челюсти 11. Механизм управления состоит из конечного выключателя 12, который выполняет функцию фиксации подвода гидравлического ключа к оси бурения и дополнительного конечного выключателя 13, который после окончания процесса страгивания блокирует ключ, буровой став 14, ось бурения 15. Транспортное положение ключа - I, рабочее - II.
Устройство работает следующим образом - оператор включает подвод гидравлического ключа, находящегося в транспортном положении I, к буровому ставу 14. Для этого гидроцилиндр подвода ключа 9 поворачивает первую секцию 3, а вместе с ней и весь ключ в рабочее положение II. По окончании поворота конечный выключатель 12 включает гидроцилиндр страгивания 10 на втягивание и одновременно блокирует подъем-опускание бурового става 14. Ключ оказывается в исходном положении. Страгивание резьбы осуществляется следующим образом: подвижная челюсть 5 устанавливается на буровом ставе 14 и прижимается к нему с помощью гидроцилиндра челюсти 11. Одновременно к буровому ставу 14 прижимается неподвижная челюсть второй секции 4. Вторая секция 4 самоустанавливается относительно оси бурения 15, смещаясь в пределах паза 7 первой секции 3.
В конце хода гидроцилиндра челюсти 11 автоматически, вследствие повышения давления в гидросистеме, выдвигается шток гидроцилиндра страгивания 10 и поворачивает вторую секцию 4 и подвижную челюсть 5 относительно оси бурения 15 на угол, равный примерно 30°. Происходит страгивание резьбы. После завершения страгивания дополнительный конечный выключатель 13 включает возврат ключа в исходное рабочее положение II.
Возврат ключа происходит следующим образом: гидроцилиндр челюсти 11 отводит челюсть 5 от бурового става 14, а затем гидроцилиндр страгивания 10 включается на возврат в исходное положение. Гидроцилиндр подвода ключа к оси бурения 9 поворотом части 3 возвращает ключ в исходное положение.
Отвод ключа от бурового става 14 осуществляется с помощью гидроцилиндра страгивания 10, который смещает в пределах паза 7 вторую секцию 4, а вместе с ней и коромысло 6 с разомкнутой подвижной челюстью 5. В конце хода срабатывает конечный выключатель 13, включающий гидроцилиндр подвода 9 на отвод ключа от бурового става 14. В начале хода гидроцилиндра подвода 9 конечный выключатель 12 отключает блокировку подъема-опускания бурового става 14 и возвращает ключ в транспортное положение I.
Эта конструкция бурового ключа является простой и универсальной, может использоваться при работе с буровыми ставами различного диаметра. Управление гидроцилиндрами страгивания и захвата при помощи общего гидрораспределителя и клапанов давления позволяет автоматизировать управление гидравлическим ключом.