УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Полезная модель относится к строительной промышленности, в частности к ручным сверлильным машинам, и может применяться для бурения скважин в твердых горных породах.
Известен термомеханический породоразрушающий инструмент, RU 2247217 С2, Е21В 10/46 опубл. 27.08.2005, включающий корпус, фрикционные элементы, разупрочняющие нагревом приповерхностный слой породы, и термостойкие резцы, снимающие этот слой, при этом фрикционные элементы и термостойкие резцы неподвижно закреплены на одном корпусе, при этом резцы установлены с опережением фрикционных элементов.
Недостатком инструмента является то, что разупрочнение прослойки горной породы осуществляется трением при больших скоростях вращения породоразрушающего инструмента, что влечет за собой преждевременный износ бурильных штанг при трении их о стенки скважины, износ фрикционных элементов и резцов.
Известна установка электродугового плазмобура, RU 2100602 С2 Е21В 7/15, опубл. 27.12.1997, содержащая буровую колонку, соединенную с источником нагрева разрушаемой породы, причем источник нагрева выполнен в виде плазмотрона, соединенного с системой подачи плазмообразующего газа и системой охлаждения плазмотрона, содержащего корпус, не менее двух плоскообразных сопел, расположенных с пересекающимися межэлектродными промежутками и объединенных центральным каналом плазмотрона, не менее трех электродов, соединенных с одним или несколькими источниками электропитания, устройство вращения или колебания плазмотрона, устройство отсасывания разрушенной породы, сопла подачи охлаждающей породу среды, закрепленные у основания буровой колонки и имеющие систему каналов, устройство поступательной подачи плазмотрона, газоанализатор, датчик которого установлен у основания буровой коронки.
Недостатком установки электродугового плазмобура является отсутствие породоразрушающих элементов для механического разрушения горной породы и нагрев ее до температуры плавления.
Известно устройство распиливания материалов, RU 2290298 С2 В27В 9/00 опубл. 27.12.2006, содержащее два пильных диска, установленных с возможностью вращения в противоположных друг относительно друга направлениях, средство изменения величины взаимного давления дисков в состоянии покоя и элементы привода, предназначенные для передачи энергии от двигателя к каждому из дисков. Один из дисков выполнен гладким, а другой снабжен профилированным поясом с лучевыми углублениями, разделенными перемычками, форма которых конгруэнтна форме углублений.
Устройство позволяет распиливать только тонкостенные образцы с минимальной пластической деформацией, а также тонкостенные трубы и профилированные образцы.
Известно устройство для бурения твердых горных пород, взятое за прототип, RU 2416708 С2 Е21В 7/14 опубл. 20.04.2011, включающее породоразрушающий инструмент - коронку и термостойкие резцы. Устройство снабжено колонковой трубой, верхняя часть которой соединена с валом электродвигателя. Электродвигатель через ручной регулятор осевой нагрузки на забой скважины соединен с направляющей стойкой. Устройство содержит лазер. Разрушение горной породы осуществляют путем воздействия лазерным лучом, который фокусируют на забой скважины по периметру забоя, разупрочняя нагревом приповерхностный слой породы, после чего отделяют от забоя разупрочненный слой термостойкими резцами при вращении буровой коронки.
Недостатками такого устройства является низкий КПД лазера, не позволяющий достигать значительной скорости бурения, а так же большая осевая нагрузка на вал электродвигателя при бурении.
Целью создания полезной модели является повышение скорости бурения отверстий в твердых горных породах и повышение надежности работы устройства.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для бурения твердых горных пород включающее колонковую трубу, на торце которой закреплена буровая коронка с термостойкими резцами и электродвигатель вращения трубы, при этом, устройство снабжено дополнительной колонковой трубой с закрепленной на торце буровой коронкой с термостойкими резцами, внутренний диаметр дополнительной колонковой трубы больше внешнего диаметра основной колонковой трубы и она установлена поверх основной колонковой трубы, на коронке дополнительной трубы, на ее внутренней поверхности, изготовлен паз, в который вставлены ролики для вращения по внешней поверхности коронки основной колонковой трубы, причем, свободный торец дополнительной колонковой трубы упирается в упорный подшипник, установленный в обойму, закрепленную на основание, выполненное в виде пластины, а свободный торец основной колонковой трубы соединен с хвостовиком, соединенным другим концом через соединительную муфту с валом электродвигателя и на хвостовике закреплен планетарный редуктор, передающий вращение хвостовика на дополнительную колонковую трубу в противоположном направлении вращения, а так же втулка, упирающаяся в упорный подшипник, установленный в обойму, закрепленную на основание, на том же основании закреплен электродвигатель, электропитание которого производится через регулятор скорости вращения.
Причем, режущие поверхности резцов направлены по направлению вращения коронок.
А так же на торце дополнительной колонковой трубы, закрепленным в упорный подшипник, за местом крепления редуктора, по окружности трубы изготовлены перфорационные отверстия.
Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Одним из существенных признаков является снабжение устройства дополнительной колонковой трубой с буровой коронкой и резцами, наличие планетарного редуктора, вращающего резцы коронки дополнительной колонковой трубы встречно резцам коронки основной колонковой трубы дает возможность подрезать участок породы с двух сторон, что увеличивает производительность бурения. Наличие роликов вращения между трубами исключает их радиальное биение, а упор торцов колонковых труб в упорные подшипники при бурении берут осевую нагрузку на себя и исключают нагрузку на вал электродвигателя, что повышает надежность эксплуатации устройства.
Совокупность существенных признаков устройства, а именно конструкция элементов, наличие связи между элементами, взаимное расположение элементов, характеризуют заявленное решение как устройство для бурения твердых горных пород и достаточно для достижения технического результата - увеличения скорости бурения отверстий в твердых горных породах и повышает надежности работы устройства
Сущность полезной модели заключается в том, что предлагаемая конструкция устройства для бурения твердых горных пород дает возможность подрезать участок породы с двух сторон, что в целом увеличивает скорость бурения отверстий в твердых горных породах. Изобретение поясняются чертежами.
На фиг. 1 представлен разрез устройство для бурения твердых горных пород, на фиг. 2 - разрез устройства по А-А.
Устройство для бурения твердых горных пород, Фиг. 1, включает в себя колонковую трубу 1, на торце которой закреплена буровая коронка 2 с термостойкими резцами 3. Устройство снабжено дополнительной колонковой трубой 4, с закрепленной на торце буровой коронкой 5 с термостойкими резцами 6. Внутренний диаметр колонковой трубы 4 больше внешнего диаметра основной колонковой трубы 1 и труба 4 установлена поверх основной колонковой трубы 1. Колонковые трубы выпускаются по ГОСТ Р 51682-2000. В качестве колонковой трубы 4 применяют следующий больший типоразмер трубы по ГОСТ, чем колонковая труба 1. В качестве коронок применяют твердосплавные коронки типа СА и СТ (Твердосплавные коронки. http://www.eztab.ru/index.php/catalog/34-drilling-tools/62-catalog, html). На внутренней поверхности коронки 5 изготовлен паз 7, в который вставлены ролики 8 вращения. Свободный торец трубы 4 упирается в упорный подшипник 9, установленный в обойму 10, закрепленную на основание 11, изготовленное в виде пластины. Упорные подшипники воспринимают осевые нагрузки и обеспечивают требуемое положение частей конструкции в продольном направлении. Упорные подшипники применяют в соответствии с ГОСТ7872 - 89 в корпусе (Корпус подшипника. Подшипниковые корпуса. Подшипниковые опоры. http://www.bergab.ru/skfbearingshous.shtml). На это же основание 11 закреплен электродвигатель 12 вращения трубы 1, а его вал 14 через соединительную муфту 15 соединен с хвостовиком 16, закрепленным к торцу основной колонковой трубы 1. В качестве соединительной муфты 15 целесообразно применять компенсирующую муфту по ГОСТ Р 50892 - 96, допускающую осевое и радиальное смещение валов. На хвостовик 16 установлен планетарный редуктор 17, см. Фиг. 2, осуществляющий вращение дополнительной колонковой трубы 4 в противоположном направлении вращению основной колонковой трубы 1. Планетарные редукторы - это механизмы в которых оси отдельных колес являются подвижными. Планетарные редукторы должны соответствовать ГОСТ 25022 - 81. На хвостовике 16 закреплена втулка 18, упирающаяся в упорный подшипник 19, установленный в обойму 20, закрепленную на основание 11. Электропитание электродвигателя 12 осуществляется от регулятора 21 скорости вращения. В качестве электродвигателя 12 могут применяться электродвигатели постоянного или переменного тока питающегося от регулятора 21 скорости вращения (Регулятор скорости двигателя постоянного тока. http://chipenable.ru//http://chipenable.ru/index.php/programming-avr/item/155. или Регулятор скорости переменного тока, https://tehnoobzor.com//schemes/automatics/850-regulyator-skorostidvigatelya-peremennogo-toka.html). На корпусе дополнительной колонковой трубы 4 изготовлены перфорационные отверстия 22.
Устройство работает следующим образом. Собирают устройство и прикрепляют его основание 11 к направляющим с возможностью возвратно-поступательного перемещения (на Фиг. не показано). Производят подключение регулятора 21 к электрической сети (на Фиг. не показано). После установки устройства в рабочее положение и его центрирования на поверхности горной породы, устройство подается вперед до касания резцами 3 и 6 поверхности породы, и включают регулятор 21. При продольном давлении на устройство начинается процесс бурения. Регулятором 21 устанавливают скорость вращения вала 14 электродвигателя 12, при этом критерием является максимальная скорость бурения. При вращении колонковых труб 1 и 4 с заданным числом оборотов, происходит интенсивное воздействии резцов 3 и 6 на горную породу и ее разрушение. Разрушение горной породы происходит за счет расположенных рядом и совершающих движение в противоположных направлениях резцов 3 и 6, которые оказывает равное и противоположно направленное силовое воздействие на горную породу. Это воздействие значительно повышает скорость бурения. За счет втулок 8, вращающихся в пазу 7 и обкатывающихся по поверхности коронки 2, сводятся к минимуму перекосы и радиальное биения колонковых труб 1 и 4, что важно для стабильной работы устройства. Осевые нагрузки, возникающие при бурении, и передающиеся колонковым трубам 1 и 4 гасятся в упорных подшипниках 9 и 19, защищая вал 14 от нагрузок. При этом осевая нагрузка трубы 1 передается на подшипник через втулку 18. При вращении труб 1 и 4 в зоне бурения возникает повышенное давление воздуха и осколки бурения в виде твердых частиц породы за счет воздуха поступающего в пространство через отверстия 22 не попадают в пространство между трубами 1 и 4. Удаление осколков из зоны резания происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении труб 1 и 4, часть продуктов затягиваются в полость трубы 1, а часть остается в затрубном пространстве трубы 4.
Заявляемое устройство обеспечивает возможность увеличить скорость бурения твердых горных пород при уменьшенных нагрузках на элементах устройства.
Предложенное устройство может найти экономически целесообразное практическое применение для бурения твердых горных пород не только малых, но и больших диаметров скважин с выбуриванием гранитных валов, используемых в камнедобывающей и бумагоделательной промышленностях.