ЛЕГКИЙ БУРОВОЙ СТАНОК

Полезная модель относится к технике бурения скважин, а именно к легким буровым станкам, используемым на небольших площадках и в стесненных условиях.
Известен легкий буровой станок, включающий базовое средство со съемными ходовыми колесами, раму с направляющими, ручную подъемную лебедку, размещенную на телескопической стойке, вращатель, содержащий двигатель внутреннего сгорания с механизмом привода в виде редуктора, и центратор бурового става (см. рис.8. Ребрик Б.М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях, М.: Недра, 1973 г).
Недостаток данного бурового станка заключается в его низкой эффективности вследствие того, что наличие ручной подъемной лебедки приводит к значительным энергозатратам оператора бурового станка, повышает утомляемость обслуживающего персонала и снижает сменную производительность буровых работ. При этом наличие двигателя внутреннего сгорания ограничивает применение станка из экологических соображений, особенно в условиях городской застройки.
Наиболее близким является легкий буровой станок, содержащий базовое средство, раму с направляющими на которых, посредством двух верхних и двух нижних центрирующих элементов, размещена подвижная каретка с вращателем, состоящим из электродвигателя и механизма привода со шпинделем и патроном для бурового става, подъемную лебедку с тормозом, электродвигателем и механизмом привода, двукратную полиспастную систему, связанную с подвижной кареткой, центратор бурового става и предохраняющую блокировку переподъема вращателя (см. Рисунок 32. Вращательное шнековое бурение геологоразведочных скважин. Д.Н.Башкатов, Ю.А.Олоновский, М.: Недра, 1968 с.77).
Ввиду наличия электропривода вращателя и подъемной лебедки, все наиболее трудоемкие операции на станке механизированы, а сам станок при эксплуатации имеет лучшие показатели экологической безопасности.
Недостатки данного станка, снижающие его эффективность на небольших площадках и в стесненных условиях, заключаются в следующем. Станок имеет плоскую раму на которой предусмотрено последовательное размещение вдоль продольной оси рамы, сверху вниз, электродвигателя вращателя, механизма привода в виде редуктора и шпинделя с патроном для бурового става. Такое линейное размещение механизмов привода предопределяет увеличение высоты (и массы) как самой рамы, так и общего габарита станка по высоте. Наличие однобарабанной подъемной лебедки с одной сбегающей ветвью двукратной полиспастной системы предопределяет увеличение диаметра подъемного каната и других элементов подъемной лебедки, что так же приводит к увеличению габаритов и массы станка. При этом приводной общепромышленный редуктор с чугунным корпусом механизма привода вращателя станка имеет большую массу и обеспечивает только одну частоту вращения бурового става, что затрудняет выбор рациональных режимов бурения. Кроме того, механизм привода подъемной лебедки выполнен в виде крупногабаритного редуктора, что так же увеличивает массу станка и габариты. При этом размещение узлов и агрегатов станка на разных несущих конструкциях (рама и базовое средство) увеличивает трудоемкость пуско-наладочных работ при транспортировании последнего в виде узлов, а отсутствие ходовых колес ограничивает его маневренность.
Полезная модель направлена на повышение эффективности применения легкого бурового станка на небольших площадках и в стесненных условиях за счет того, что в легком буровом станке, содержащем базовое средство, раму с направляющими на которых, посредством двух верхних и двух нижних центрирующих элементов, размещена подвижная каретка с вращателем, состоящим из
электродвигателя и механизма привода со шпинделем и патроном для бурового става, подъемную лебедку с тормозом, электродвигателем и механизмом привода, двукратную полиспастную систему, связанную с подвижной кареткой, центратор бурового става и предохраняющую блокировку переподъема вращателя, механизм привода вращателя выполнен из трансмиссии тяжелого мотоцикла, содержащей коробку передач и главную передачу, связанных между собой при помощи упругой муфты, а рама станка выполнена в поперечном сечении арочного типа с открытой передней гранью и с закрепленными на ее концах направляющими в виде швеллеров с обращенными наружу сечения полками, на которых размещены центрирующие элементы подвижной каретки, выполненные в виде свободно установленных на осях, с возможностью взаимодействия с внутренними поверхностями обоих полок швеллеров, конических роликов, при этом подъемная лебедка выполнена двухбарабанной, а механизм ее привода цепным, с размещением последних на раме бурового станка, причем двукратная полиспастная система выполнена с двумя сбегающими ветвями канатов, связанных с соответствующими барабанами подъемной лебедки, а ее подвижные блоки свободно установлены на осях верхних конических роликов подвижной каретки заподлицо с краями полок направляющих швеллеров. При этом рама станка выполнена с возможностью изменения угла ее наклона в вертикальной плоскости посредством шарнира и, жестко соединенного с рамой, кронштейна в виде половины кругового сегмента по примеру которого, с радиусом относительного шарнира, выполнены отверстия в одном из которых установлен соединительный палец, связывающий данный кронштейн с базовым средством и удерживающий раму под заданным углом наклона. Так же, главная передача в механизме привода вращателя повернута на 90° по отношению к ее стандартному размещению и снабжена дополнительной емкостью для смазки. Так же, дополнительная емкость выполнена из прозрачного материала и закреплена, с возможностью поворота в вертикальной плоскости в сторону
противоположную наклону рамы, на лицевой части обшивки подвижной каретки. Так же, шпиндель с патроном для бурового става выполнен отдельно от механизма привода вращателя, закреплен на несущей части подвижной каретки и связан с главной передачей механизма привода посредством шлицевого соединения. Так же, барабаны подъемной лебедки жестко установлены на концах приводного вала, при этом тормоз подъемной лебедки выполнен ленточным и размещен на одном из барабанов, а рычаг управления тормозом расположен на раме бурового станка и снабжен защелкой. Так же, на конце приводного вала подъемной лебедки, обращенном в сторону оператора бурового станка, выполнено посадочное место, например квадрат, для установки монтажной рукоятки ручной лебедки. Так же, электродвигатель и механизм привода вращателя размещены параллельно друг другу на несущих частях подвижной каретки, выполненных перпендикулярно продольной оси рамы, и связанных между собой посредством гибкой связи. Так же, большая часть элементов вращателя размещена внутри арочного сечения рамы. Так же, базовое средство снабжено двумя передними и одним управляемым задним, съемными ходовыми колесами. Причем передние колеса базового средства выполнены раздвижными.
Эффективность применения предлагаемого легкого бурового станка на небольших площадках и в стесненных условиях повышается за счет увеличения сменной производительности, уменьшения габаритов и массы станка. Увеличение сменной производительности станка достигается за счет обеспечения возможности выбора рациональной скорости бурения, вследствие наличия в новом механизме привода вращателя многоступенчатой коробки передач тяжелого мотоцикла, а также за счет уменьшения времени вспомогательных операций на перемещение станка и подготовку его к работе, вследствие уменьшения его габаритов, массы и наличия управляемого колесного хода, обеспечивающих его высокую маневренность. Этому же способствует размещение всех основных
механизмов на раме станка, обеспечивающее сокращение времени на пуско-наладочные работы при перемещениях станка в разобранном виде. Уменьшение же габаритов станка достигается вследствие уменьшения высоты рамы, без уменьшения длины рабочего хода вращателя, за счет выполнения ее с арочным сечением внутри которого рационально размещены основные механизмы вращателя, а также за счет уменьшения габаритов подъемной лебедки, имеющей две сбегающие ветви канатов и, соответственно, два барабана меньших диаметров. Уменьшению габаритов станка также способствует компактное размещение на одних осях направляющих роликов подвижной каретки и подвижных блоков двукратной полиспастной системы. При этом размещение последних заподлицо с краями полок направляющих швеллеров не только обеспечивает их компактность, но и исключает необходимость иметь специальные металлические ограждения движущихся ветвей канатов по всей длине рамы.
На фиг.1. показан общий вид легкого бурового станка, вид сбоку; на фиг.2 - тоже, вид спереди; на фиг.3 - тоже, вид сверху; на фиг.4 - схема механизма привода вращателя; на фиг.5 - общий вид шпинделя с патроном; на фиг.6 - размещение подвижных блоков полиспастной системы.
Буровой станок содержит базовое средство 1 с двумя передними 2 и одним задним управляемым 3 ходовыми колесами, и раму 4 с подвижной кареткой 5 и вращателем, включающим электродвигатель 6 и механизм привода вращателя, в виде трансмиссии тяжелого мотоцикла, например «Урал» или «Днепр», включающей коробку передач 7 с рычагом переключения передач 8 и, связанную с ней посредством упругой муфты 9, главную передачу 10 со шпинделем 11 и патроном 12 для бурового става 13. Передние колеса 2 базового средства 1 выполнены раздвижными и содержат полуоси 14, которые при помощи разъемных опор 15 присоединены к раме 4. Рама 4 станка выполнена в поперечном сечении арочного типа с открытой передней гранью и с закрепленными на ее концах
направляющими швеллерами 16 с обращенными наружу полками 17, на которых размещены два верхних 18 и два нижних 19 центрирующих конических ролика подвижной каретки 5, свободно установленных на осях 20 с возможностью взаимодействия с внутренними поверхностями обеих полок 17 швеллеров 16. Рама 4 станка выполнена с возможностью се наклона в вертикальной плоскости посредством шарнира 22 и жестко соединенного с рамой 4 кронштейна 23 в виде половины кругового сегмента по периметру которого, с радиусом относительного шарнира 22, выполнены отверстия 24. В одном из отверстий 24 устанавливается соединительный палец 25, связывающий кронштейн 23 с базовым средством 1 и удерживающий раму 4 под заданным углом наклона. В нижней части рамы 4 для центрирования бурового става 13 при забуривании закреплен центратор 26, выполненный виде куска трубы внутренний диаметр которой обеспечивает проход через него бурового става 13. На подвижной каретке 5 вращателя электродвигатель 6 и механизм привода (коробка передач 7 с главной передачей 10) размещены параллельно друг другу на несущих частях 27 подвижной каретки 5, выполненных перпендикулярно продольной оси рамы 4, и связаны между собой посредством гибкой связи 28. Такое расположение механизмов вращателя позволяет разместить их большую часть внутри арочного сечения рамы 4 и обеспечить уменьшение габаритов станка как по длине, так и по высоте, без уменьшения рабочего хода вращателя. Главная передача 10 в механизме привода вращателя, для обеспечения передачи крутящего момента вертикальному шпинделю 11, повернута на 90° по отношению к ее стандартному размещению и снабжена в связи с этим дополнительной емкостью 29 для смазки. Емкость 29, для удобства контроля уровня смазки, выполнена из прозрачного материала и закреплена на лицевой части 30 подвижной каретки 5 с возможностью поворота в вертикальной плоскости в сторону противоположную наклону рамы 4. Шпиндель 11 с патроном 12 для бурового става 13, во избежание передачи больших рабочих нагрузок на
облегченный корпус главной передачи 10, закреплен на несущей части 27 подвижной каретки 5 отдельно от главной передачи 10 и связан с ней при помощи шлицевого соединения 31. Для управления подвижной кареткой 5 вращателя служит подъемная лебедка, содержащая приводной вал 32 на концах которого жестко закреплены два барабана 33 с размещением на одном из них ленточного тормоза 34. Для управления лебедкой служит рычаг 35 размещенный на раме 4 станка и снабженный защелкой 36. На концах приводного вала 32 подъемной лебедки, обращенном в сторону оператора бурового станка, выполнено посадочное место, например квадрат 37, для установки монтажной рукоятки 38 ручной лебедки. Привод подъемной лебедки осуществляется от электродвигателя 39 через цепной механизм привода 40. На станке использована полиспастная система с двумя сбегающими ветвями канатов 41 связанных с соответствующими барабанами 33 подъемной лебедки. Неподвижные блоки 42 полиспастной системы установлены в головной части рамы 4 на концах направляющих швеллеров 16, а ее подвижные блоки 43 свободно установлены на осях 20 верхних конических роликов 8 подвижной каретки 5 заподлицо с краями полок 17 направляющих швеллеров 16. Для ограничения переподъема вращателя в головной части рамы 4 размещена предохраняющая блокировка, например концевой выключатель 44. По всей длине рабочего хода подвижной каретки 5 и вращателя на раме установлено защитное ограждение 45. Защитное ограждение вращающихся частей подъемной лебедки с приводом выполнено в виде съемного кожуха (не показан).
Станок работает следующим образом. В начале бурения вертикальных скважин станок закрепляется на точке бурения, например при помощи анкеров (не показаны). Затем на забой под собственным весом опускается вращатель с буровым ставом 13 путем растормаживания при помощи рычага 35 ленточного тормоза 34. После этого на коробке передач 7 устанавливается при помощи рычага 8 необходимая передача и включается электродвигатель 6 вращателя в результате чего крутящий момент от
данного электродвигателя 6 через гибкую связь 28, коробку передач 7, упругую муфту 9, главную передачу 10 и шлицевое соединение 31 передается шпинделю 11 с патроном 12, приводящим в действие буровой став 13. После чего начинается собственно процесс бурения. После достижения подвижной кареткой 5 вращателя нижнего положения, рычаг 35 ленточного тормоза 34 отпускается и барабаны 33 подъемной лебедки затормаживаются. Затем, с вращением бурового става 13, или без него, осуществляется включение электродвигателя 39 подъемной лебедки и через цепной механизм привода 40 приводятся в действие барабаны 33 подъемной лебедки (при отпущенном тормозе 35), которые посредством двукратной полиспастной системы при помощи двух сбегающих ветвей канатов 41 легко перемещают подвижную каретку 5 до крайнего верхнего положения, т.е. до момента срабатывания предохраняющей блокировки в виде концевого выключателя 44. Для бурения наклонных скважин, преимущественно в мягких грунтах, соединительный палец 25 извлекается из отверстия 24, соответствующего вертикальной установке рамы 4, и после ее наклона относительно шарнира 22 устанавливается в новое отверстие 24, соответствующее заданному углу наклона рамы 4. При выполнении монтажных операций при помощи рукоятки 38 ручной лебедки (электродвигатель 39 отключен), последняя устанавливается на посадочное место на конце приводного вала 32, например квадрат 37, после чего рычаг 35 фиксируется на защелке 36 и выполняется ручной подъем бурового става 13, после чего рычаг 35 снимается с защелки 36 и ленточный тормоз 34 подъемной лебедки затормаживает барабаны 33.
При осуществлении перемещений станка по забою активно используется управляемое заднее колесо 3, облегчающее маневровые операции на небольших площадках и в стесненных условиях. Этому же способствует и выполнение передних колес 2 раздвижными, с возможностью изменения расстояния базы станка. Для этого необходимо
ослабить крепления разъемных опор 15 рамы 4 и раздвинуть (сдвинуть) полуоси 14 колес 2 с последующим их закреплением.