АМОРТИЗАТОР НАДДОЛОТНЫЙ

Полезная модель относится к области горного дела и может быть использована в шарошечных станках при бурении взрывных скважин на карьерах для снижения динамических нагрузок на рабочий инструмент и вращательно-подающий механизм (ВПМ) станка, а также увеличения стойкости долота.
Амортизатор наддолотный устанавливается между рабочим инструментом, в качестве которого могут быть использованы долота, коронки и др., и буровой штангой.
Известно, что при использовании в наддолотных амортизаторах в качестве упругих элементов тарельчатых пружин эффективность его работы и надежность определяется выносливостью пружин, способных выдерживать определенное количество циклов знакопеременных нагрузок, объем которых зависит от конструкции амортизатора и условий его эксплуатации.
Известен амортизатор наддолотный, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой, и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящее из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин (см. патент РФ №2032065, МПК Е 21 В 17/07).
Основными недостатками данного амортизатора является то, что призматическая шпонка такого типа закрепляется в шпоночном пазу посредством сварки. При эксплуатации происходит износ трубы и сварного шва. По этой причине, а также под воздействием динамических нагрузок, шпонки выпадают из пазов и амортизатор выходит из строя. Кроме того, такие шпонки делают неразборным наружную и внутреннюю трубы, что затрудняет ремонт амортизатора.
Наиболее близкими по совокупности существенных признаков к предлагаемому является амортизатор наддолотный, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью ее соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации пружин, состоящее из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент, причем шпонки размещены в шпоночных пазах, выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной и внутренней труб со стороны рабочего инструмента. В стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры для фиксации шпонок в шпоночных пазах (см. патент РФ №2169824, МПК, Е 21 В 17/07).
Как показали испытания, недостатком данного амортизатора является то, что при бурении крепких и трещиноватых пород и передаче крутящего момента на долото более 7,0-8,0 кНм, необходимого для эффективного разрушения породы, шпоночное соединение наружной и внутренней труб воспринимает большие динамические нагрузки, в результате чего происходит ослабление фиксирующих шпонки стопоров, смятие шпонок и их выпадение, замена которых, особенно в производственных условиях, требует значительных затрат времени и связана с определенными трудностями. Недостатком данного шпоночного соединения является также трудность обеспечения их взаимозаменяемости.
Задача полезной модели заключается в создании наддолотного амортизатора, устанавливаемого между штангой и рабочим инструментом, более простой конструкции, обладающего большей ремонтопригодностью и технологичностью изготовления, и обеспечивающего при бурении взрывных скважин снижение динамических нагрузок, повышение стойкости долота и производительности бурения.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации полезной модели, заключается в том, что повышается несущая способность средства передачи крутящего момента на рабочий инструмент посредством выполнения его в виде шлицевого соединения.
Благодаря чему амортизатор наддолотный предлагаемой конструкции обеспечивает повышение его надежности и срока службы, а также увеличение стойкости
рабочего инструмента. Амортизатор наддолотный предлагаемой конструкции может быть применен на серийном шарошечном станке без изменения бурового става.
Задача решена путем создания амортизатора наддолотного, включающего наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой, и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью ее соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящее из нажимной гайки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, центрирующей трубы, кольца, промежуточной опоры, опорной пяты, и средство для передачи крутящего момента на рабочий инструмент, отличающийся тем, что средство передачи крутящего момента на рабочий инструмент выполнено в виде шлицевого соединения, при этом шлицевые пазы шлицевого соединения выполнены на наружной трубе, а выступы - на внутренней трубе со стороны рабочего инструмента, причем в стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры, предназначенные для фиксации внутренней трубы и ограничения ее предельного положения после предварительной деформации тарельчатых пружин.
Несущая способность шлицевого соединения наружной и внутренней труб по сравнению со шпоночным соединением при их одинаковых габаритах значительно выше благодаря увеличенной рабочей поверхности и равномерному распределению давления по высоте выступов, в результате чего представляется возможность для передачи большего крутящего момента, что особенно актуально при бурении крепких и трещиноватых пород, и возрастает надежность работы амортизатора и срок его службы. При шлицевом соединении обеспечивается лучшая центровка наружной и внутренней труб и возможность их относительного перемещения.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен поперечный разрез амортизатора.
Амортизатор наддолотный содержит соединенные телескопически наружную трубу 1, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой (на чертеже не показана), телескопически связанную с наружной трубой 1 внутреннюю трубу 2, выполненную с возможностью ее соединения с рабочим инструментом (на чертеже не показан). В полостях наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 размещены упругие демпфирующие элементы в виде пакетов тарельчатых пружин 3, центрирующая труба 4 и нажимное кольцо 5. Пакеты тарельчатых пружин 3 разделены
между собой промежуточными опорами 6, расположенными на центрирующей трубе 4 и имеющими возможность продольного перемещения по ней. В полости внутренней трубы 2 расположена опорная пята 7, на которую опирается один из пакетов тарельчатых пружин 3.
В полости наружной трубы 1 со стороны ее соединения с буровой штангой выполнена внутренняя резьба, в которую вворачивается нажимная гайка 8. Нажимная гайка 8, соединенная с наружной трубой 1 посредством резьбы, центрирующая труба 4, нажимное кольцо 5, промежуточная опора 6, опорная пята 7 образуют приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин.
Средство для передачи крутящего момента на рабочий инструмент выполнено в виде шлицевого соединения наружной трубы 1 и внутренней трубы 2, причем шлицевые пазы 9 выполнены в наружной трубе 1, а выступы 10 на внутренней трубе 2 со стороны рабочего инструмента. В стенке наружной трубы 1 изнутри выполнена кольцевая канавка 11, в которой размещены стопоры 12 в виде кольцевых секторов, предназначенные для фиксации внутренней трубы 2 и ограничения ее предельного положения после предварительной деформации тарельчатых пружин 3.
Для большей технологичности предпочтительно шлицевые пазы 9 и выступы 10 в теле телескопически соединенных наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 выполнять прямобочными или эвольвентными.
Амортизатор наддолотный работает следующим образом.
Первоначально при сборке амортизатора с помощью нажимной гайки 8, которая вворачивается во внутреннюю полость наружной трубы 1, выбирается свободный ход пакетов тарельчатых пружин 3 и обеспечивается их предварительная деформация.
Амортизатор на буровом станке верхним концом наружной трубы 1 с помощью резьбы соединяется с буровым ставом (буровой штангой), а нижним концом внутренней трубы 2 с помощью резьбы - с рабочим инструментом (долотом).
В процессе бурения скважин динамические нагрузки, которые генерируются как рабочим инструментом в результате его взаимодействия с забоем скважины, так и вращающимся буровым ставом, воспринимаются пакетами тарельчатых пружин 3 и за счет их рабочей деформации под воздействием осевой нагрузки значительно снижаются. При этом осуществляется продольное перемещение пружин 3 вместе с промежуточной опорой 6 относительно центрирующей трубы 4. В результате на долото, буровой став, вращательно-подающий механизм передаются значительно
меньшие динамические нагрузки, что благоприятно сказывается на работе рабочего инструмента, вращательно-подающего механизма и станка в целом.
При бурении скважин для удаления шлама используется водо-воздушная смесь, которая подается по внутреннему каналу бурового става на забой, попадая, в том числе, и во внутреннюю полость наддолотного амортизатора, в которой размещены тарельчатые пружины 3. Наличие воды в полости тарельчатых пружин 3 создает дополнительное сопротивление их деформации при ударных нагрузках при бурении крепких и трещиноватых пород, что обеспечивает благоприятные условия для работы тарельчатых пружин - 3, защищая их от перегрузки и увеличивая наработку на отказ, и тем самым, повышая срок службы амортизатора.
Как показали опытно-промышленные испытания наддолотных амортизаторов, где в качестве демпфирующих элементов используются тарельчатые пружины, увеличивается срок службы амортизатора, стойкость долот возрастает в среднем на 30%, производительность бурения до 15%, а также улучшаются условия труда оператора бурового станка за счет снижения вибраций в кабине машиниста.
Монтаж амортизатора наддолотного на серийном буровом ставе шарошечного станка осуществляется без каких-либо конструктивных изменений.