УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БУРОВОГО ДОЛОТА С ПОГРУЖНЫМ ПНЕВМОУДАРНИКОМ

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом.
Известно устройство для соединения бурового инструмента с пневмоударником (см. Есин Н.Н. и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. Новосибирск: Наука, 1986, с.61, п.1). Это устройство включает тангенциальную шпонку, ограничивающую осевое перемещение бурового инструмента, и стопор, фиксирующий тангенциальную шпонку в шпоночном гнезде корпуса от выпадения.
Недостатком этого устройства является то, что фиксирующая часть стопора размещена в открытом пазу снаружи корпуса и при бурении скважин подвержена интенсивному износу от потока бурового шлама. В результате не обеспечивается надежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для соединения буровой коронки с погружным пневмоударником по а.с. СССР №1592482, кл. E21C 3/34, опубл. в БИ №34, 1990, включающее связанную с буровой коронкой посредством шлицевого соединения буксу, ограничитель осевого перемещения буровой коронки в виде круглой шпонки, установленной в шпоночном гнезде, выполненном в буксе, и стопор, размещенный в стенке буксы. На торце шпонки выполнен паз, а в шпоночном гнезде выполнен выступ, ответный пазу в шпонке, при этом цилиндрическая поверхность шпоночного гнезда со стороны коронки образует со шпонкой уплотнительные пояски для герметизации внутренней полости буксы.
Недостатком этого устройства является то, что стопор, удерживающий круглую шпонку от осевого смещения, размещенный в стенке буксы и предотвращающий выпадение ее из шпоночного гнезда, подвергается интенсивному абразивному износу от потока бурового шлама между стенкой скважины и наружной стенкой буксы. В результате снижается надежность работы устройства.
Техническая задача предлагаемого решения заключается в повышении надежности работы устройства за счет предотвращения абразивного износа стопора - кулачка шпонки путем закрытого исполнения его в канавке шпоночного гнезда.
Техническая задача решается посредством того, что в предлагаемом устройстве для соединения бурового долота с погружным пневмоударником, включающем буксу с буровым долотом, имеющие подвижное шлицевое соединение, ограничитель осевого перемещения бурового долота в виде круглой шпонки, установленной в шпоночном гнезде, выполненном тангенциально в стенке буксы, согласно техническому решению по направлению вращения буксы с правой стороны шпоночного гнезда выполнена канавка с цилиндрической поверхностью, ось которой эксцентрична оси шпоночного гнезда, а шпонка снабжена кулачком с цилиндрической поверхностью, ось которого соосна оси шпонки, при этом кулачок размещен в канавке с возможностью контакта цилиндрических поверхностей канавки и кулачка.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность работы устройства за счет устранения абразивного износа стопора - кулачка шпонки от потока бурового шлама путем закрытого исполнения его в канавке шпоночного гнезда.
и
Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения устройства для соединения бурового долота с погружным пневмоударником (далее - устройство) и чертежами фиг.1-4, где на фиг.1 показан общий вид устройства в продольном разрезе в положении бурового долота на упоре в буксу; на фиг.2 - разрез А-А устройства, на котором изображено размещение кулачка шпонки в канавке шпоночного гнезда; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2, которое показывает поворот кулачка шпонки в канавке и зону контакта цилиндрических поверхностей кулачка и канавки, а также инерционную силу Р кулачка, возникающую за счет смещения его центра тяжести относительно центра тяжести шпонки; на фиг.4 - взаимодействие бурового долота и шпонки в режиме блокировки погружного пневмоударника и зона контакта шпонки и шпоночного паза бурового долота в процессе поворота шпонки в шпоночном пазу.
Устройство содержит буксу 1 (фиг.1) с буровым долотом 2, имеющие подвижное шлицевое соединение 3, ограничитель осевого перемещения бурового долота 2 в виде круглой шпонки 4 (далее - шпонка 4), размещенной в шпоночном гнезде 5 (фиг.2), выполненном тангенциально в стенке буксы 1 и имеющим канавку 6, выполненную по направлению вращения буксы 1 с правой стороны шпоночного гнезда 5. Канавка 6 имеет цилиндрическую поверхность 7 с радиусом R (фиг.3). Ось канавки 6 выполнена с эксцентриситетом е относительно оси шпоночного гнезда 5. Шпонка 4 снабжена кулачком 8, имеющим цилиндрическую поверхность 9 с радиусом, равным радиусу R цилиндрической поверхности 7 канавки 6. Ось кулачка 8 соосна оси шпонки 4. При этом кулачок 8 размещен в канавке 6 с возможностью поворота против часовой стрелки и контакта цилиндрических поверхностей 7 и 9 (фиг.3). Буровое долото 2 имеет шпоночный паз 10 с боковыми поверхностями 11 и 12, в котором шпонка 4 ограничивает осевое перемещение бурового долота 2 (фиг.4).
Соединение бурового долота 2 с погружным пневмоударником при помощи устройства осуществляют следующим образом. Буровое долото 2 устанавливают в буксу 1 без шпонки 4, ориентируя его относительно шлицевого соединения 3 и шпоночного паза 10 так, чтобы шпоночный паз 10 соответствовал положению шпоночного гнезда 5 для беспрепятственной установки шпонки 4 (фиг.1, 2). Далее устанавливают шпонку 4 в шпоночное гнездо 5 со стороны канавки 6 (фиг.2) с ориентацией кулачка 8 на свободный вход в канавку 6 (фиг.3). Шпонку 4 поворачивают в направлении против часовой стрелки (фиг.3) до упора цилиндрической поверхности 9 кулачка 8 в цилиндрическую поверхность 7 канавки 6. Для гарантированного заклинивания кулачка 8 в канавке 6 требуется контакт цилиндрических поверхностей 7 и 9 с натягом, для чего необходимо 2-3-х кратное перемещение бурового долота 2 до упора в шпонку 4.
Демонтаж бурового долота 2 производят в обратной последовательности. Шпонку 4 поворачивают по часовой стрелке до выхода кулачка 8 из канавки 6, удаляют ее из шпоночного гнезда 5 и вынимают буровое долото 2 из буксы 1.
и
При работе погружного пневмоударника кулачок 8 шпонки 4 закрыт в канавке 6, а потому защищен от абразивного износа потоком бурового шлама. При ударах бурового долота 2 по буксе 1 при отскоке его от забоя происходит поворот против часовой стрелки кулачка 8 в канавке 6 за счет инерционной силы Р, стремящейся повернуть кулачок 8 в сторону зоны контакта цилиндрических поверхностей 7 канавки 6 и 9 кулачка 8. При блокировке погружного пневмоударника шпонка 4 перемещается в шпоночном пазу 11 бурового долота 2 с боковой поверхности 11 на боковую поверхность 12. Поворот шпонки 4 по боковой поверхности 12 шпоночного паза 10 также вызывает и поворот кулачка 8 в сторону зоны контакта цилиндрических поверхностей 7 канавки 6 и 9 кулачка 8. В результате заклинивания кулачка 8 в канавке 6 предотвращается выпадения шпонки 4 из шпоночного гнезда 5, что приводит к повышению надежности соединения бурового долота 2 с погружным пневмоударником.