Муфта

Полезная модель относится к области общего машиностроения, преимущественно к буровой технике, и в частности к устройствам, обеспечивающим передачу крутящего момента от выходного вала вращателя к буровому инструменту, имеющих взаимное смещение и перекос осей.
Известна крестово-кулисная муфта (авторское свидетельство СССР № 244823, F16D 3/38, 22.03.68 г.), содержащая две полумуфты с цилиндрическими выемками на торцах, соединенные между собой самоустанавливающимся диском, имеющим крестообразно расположенные цилиндрические выступы, входящие в соответствующие выемки полумуфт. Эта муфта позволяет компенсировать смещение и перекос соединяемых валов за счет самоустановки плавающего диска путем смещения и поворота его выступов в выемках полумуфт. Муфта может передавать больщие крутящие моменты за счет большого диаметра соединительных элементов и подведения смазки непосредственно в зону трения.
Однако рассматриваемая муфта сложна по конструкции, т.к. имеет неполные цилиндрические, поверхности, вкладыши сложного профиля с пазами, литые или штампованные детали, т.е. требует для изготовления специальной оснастки и оборудования.
Кроме того, муфта не может передавать большие осевые нагрузки, возникающие, в частности, при извлечении из земли буровой колонны в условиях ее прихвата. Причина недостатка заключается в том, что соединительные элементы полумуфт и диска имеют неполную цилиндрическую поверхность, что не обеспечивает достаточной для этого случая прочности из-за заклинивания подвижных сопряжений и разрушения конструкции.
МКИ F16D 3/16; F16D 3/20; F16D 3/38; Е21В 17/00.
Муфта Кроме того, описанная муфта не имеет надежной защиты трущихся поверхностей
от внешней среды, а значит, не может использоваться в полевых условиях. В муфте также отсутствуют элементы взаимного центрирования полумуфт, которые бы удерживали полумуфты при вращении ведущего вала с отсоединенным ведомым.
Описанные вьппе недостатки крестово-кулисной муфты не позволяют использовать ее для передачи крутящего момента от вращателя буровому инструменту в тяжелых условиях эксплуатации.
Известен карданный шарнир (авторское свидетельство СССР Х 875124, F16D 3/16, 28.09.79 г.), содержащий две вилки с отверстиями, в которых через втулки установлены пальцы, и крестовину в виде сухаря. Шарнир имеет средства фиксации пальцев от выпадения, вьшолненные в виде проточек на них и фиксирующего винта. Кроме того, шарнир имеет чехол для защиты карданного соединения от внешних воздействий. Данный шарнир позволяет передавать крутящий момент при угле излома между валами от 0° до 15°.
Недостатком этого аналога является отсутствие компенсации параллельного смещения соединяемых валов.
Известна муфта (авторское свидетельство СССР № 372386, F16D 3/20,18.03.71 г.), содержащая две полумуфты и промежуточный сухарь, установленный на жестко связанных с полумуфтами держателях с возможностью перемещения вдоль и поворота вокруг их осей. Эта муфта имеет пружины и штоки для взаимного центрирования ведущей и ведомой полумуфт в радиальном и угловом положении. Конструкция муфты позволяет удобно и оперативно присоединять выходной вал, не придерживая ведомую полумуфту. Муфта позволяет компенсировать несоосность и перекос соединяемых валов за счет самоустановки промежуточного сухаря. Эта муфта наиболее близка по технической сущности заявляемой и принята за прототип.
2
Однако рассматриваемая муфта имеет существенные недостатки, препятствующие ее использованию в буровой технике для передачи крутящего момента от вращателя к буровому инструменту.
Во-первых, она имеет низкую нагрузочную способность, т.к. передающие нагрузку держатели-пальцы закреплены в полумуфтах консольно.
Во-вторых, муфта имеет более сложную конструкцию, чем предьщущие, т. к. для взаимного центрирования полумуфт она содержит несколько подпружиненных щтоков и подпружиненный сухарь.
В-третьих, муфта не имеет защиты рабочих поверхностей держателей и подпружиненных пггоков от внещней среды, что значительно сокращает ресурс муфты при работе в загрязненной среде. Следовательно, данный прототип не пригоден для работы в полевых условиях.
Задачей, рещаемой предполагаемой полезной моделью, является увеличение нагрузочной способности соединительной муфты, упрощение ее конструкции и повьпыение ресурса в условиях абразивной среды.
Поставленная задача рещается тем, что в муфте, содержащей две полумуфты, подвижно связанные между собой соединительным звеном посредством цилиндрических пальцев, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, цилиндрические пальцы выполнены двухопорными с жесткой заделкой их концов в соответствующих полумуфтах, а фланцы полумуфт дополнительно связаны защитным кожухом, выполненным в виде упругой трубчатой оболочки, одетой на фланцы с натягом.
Технический эффект полезной модели обеспечивается тем, что применение двухопорных, жестко закрепленных концами в полумуфтах цилиндрических пальцев, увеличивает нагрузочную способность муфты и позволяет передавать больщие крутящие моменты и осевые усилия. Это необходимо при проведении буровых работ, где при бурении скважины наряду с больпшми крутящими моментами возникают усилия сжатия. a при извлечении бурового инструмента, особенно в условиях его прихвата, - усилия
растяжения. Применение защитного кожуха, выполненного в виде упругой трубчатой оболочки, в отличие от прототипа, позволяет в конструкции муфты исключить центрирующие пружины и штоки и, за счет упругих свойств оболочки, (при отсутствии или незначительности нагрузки), центрировать полумуфты соосно друг с другом.
Кроме того, защитный кожух, надетый на полумуфты, герметизирует внутреннюю полость муфты, удерживает смазку и препятствует проникновению абразивной среды. Это способствует увеличению ресурса работы муфты.
С целью упрощения изготовления муфты, защитный кожух может быть вьшолнен из отрезка упругой, например резиновой трубы. В этом случае, при смещении полумуфт концы трубы проскальзывают на полумуфтах, а сама труба упруго деформируется. Этот вариант вьшолнения кожуха наиболее простой и дещевый.
В другом варианте защитный кожух может быть вьшолнен гофрированным, при этом его концы соединены с полумуфтами неподвижно, а все смещения полумуфт воспринимают гофрированные элементы. Этот вариант более сложен в изготовлении, но лучше центрирует полумуфты.
Конструкция предлагаемой муфты иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид муфты с защитным кожухом в виде отрезка упругой трубы, на фиг. 2 разрез А-А, на фиг. 3 - вариант муфты с гофрированным кожухом, на фиг. 4 - вид муфты при перекосе валов, на фиг. 5 - вид муфты при несоосности валов, на фиг. 6 - вид муфты при перекосе и несоосности валов, на фиг. 7 - применение муфты в буровом станке.
Предлагаемая муфта состоит из ведущей полумуфты 1 (см. фиг. 1, фиг. 2), соединительного пальца 2, ведомой полумуфты 3 с отверстием или пазом 4 для присоединения ведомого вала, подвижного соединительного звена 5 с отверстиями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, и двух пальцев 6, неподвижно закреX / - f
4
пленных концами в своих полумуфт 1х. Снаружи полумуфты соединены защитным кожухом 7, представляющим собой упругую оболочку. В собранном виде между торцами полумуфт имеется гарантированный зазор S. Соприкасающиеся с защитным кожухом наружные поверхности полумуфт 8 для варианта кожуха в виде трубы, выполнены коническими, приближенными по форме к сопряженным участкам кожуха. Это облегчает проскальзывание кожуха на полумуфтах при работе и не позволяет ему сползать вдоль оси. Для варианта муфты с гофрированным кожухом эти поверхности выполнены цилиндрическими с буртиком (см. фиг.З).
Компенсация перекоса а и несоосности а соединяемых валов (см. фиг. 4 и 5), а также их суммарного значения (см. фиг. 6) обеспечивается взаимным смещением и поворотом полумуфт 1 и 3 и соединительного звена 5 относительно пальцев 6. Максимальная величина компенсации определяется зазором между торцами полумуфт S и зазором между соединительным звеном 5 и внутренними цилиндрическими расточками полумуфт.
Примером применения предлагаемой муфты может служить использование ее для соединения выходного вала вращателя в малогабаритной буровой установке со шнековой колонной (см. фиг. 7). В условиях такого применения требуется компенсация как углового, так и поперечного смещения соединяемых валов. Муфта отличается небольшими габаритами при передаваемом установкой максимальном крутящем моменте, хорошей компенсирующей способностью, высокой надежностью в работе, не требует обслуживания.
Муфта работает следующим образом (см. фиг.7). Перед началом бурения муфту 9 надевают на щестигранный выходной вал вращателя 10 и фиксируют соединительным пальцем 2 (см. фиг. 1). В дальнейшем муфта постоянно находится на выходном валу вращателя. Шнеки буровой колонны 11 через переходник 12 присоединяют к ведомой полумуфте 3, при этом хвостовик переходника вводят в отверстие, а поперечный палец
переходника (не показан) - в байонетный паз 13 ведомой полумуфты 3. При бурении осуществляют вращение щнековой колонны и осевое давление на нее. При этом радиальное биение конца шнека, вызванное его неизбежной кривизной, компенсируется радиальным и угловым смещением ведомой полумуфты относительно ведущей, что снижает вибрацию и нагрузки на буровую установку. Компенсирующая способность муфты также облегчает работу бурильщика при наращивании шнековой колонны, т. к. бурильщику удобнее, смещая относительно ведущей ведомую полумуфту, совмещать ее отверстие и хвостовик переходника, надетого на присоединяемый к вращателю шнек.
Извлечение шнековой колонны из земли по окончании бурения производится не снимая муфты с использованием ее способности воспринимать двунаправленные осевые усилия, при этом муфта за счет компенсационных возможностей снижает радиальные составляющие усилий от вытаскивания колонны на вал вращателя.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит увеличить нагрузочную способность муфты, упростить ее конструкцию и повысить ресурс.
Следовательно, оно обеспечивает технический эффект и может быть осуществлено с помощью известных в технике средств, т.е. обладает промышленной применимостью.