УСТАНОВКА ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к области строительства, в частности к машинам горизонтального бурения для бестраншейной укладки трубопроводов и кабелей в грунтах любых типов под автодорогами, ж/д насыпями, оврагами и т.д.
Известны различные установки для горизонтального бурения скважин.
Например, в патенте РФ №2193628 описана установка горизонтального бурения Установка включает направляющее устройство, устройство осевой подачи, буровую головку, жестко закрепленный в ней вибратор круговых колебаний. Буровая головка соединена с обсадной трубой компенсирующим устройством и выполнена в виде отрезка трубы с жестко закрепленным коаксиально ее оси вибратором круговых колебаний, и цилиндрического корпуса, который насажен на отрезок трубы с помощью элементов качения, обеспечивающих вращение, но исключающих его осевое перемещение относительно общей оси. На забойном торце цилиндрического корпуса закреплены режущие ножи, а на его внутренней поверхности закреплены подъемные лопасти. К торцевой плоскости внутренней части цилиндрического корпуса вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно отрезка трубы, установлена вертикальная сегментная перегородка, жестко приваренная по периметру к отрезку трубы и соединенная с отвальным листом, наклонно расположенным для удаления грунта. К недостаткам данной конструкции можно отнести высокую степень износа ее элементов в процессе работы, а также недостаточное обеспечение безопасности оператора, эксплуатирующего установку.
Известна установка для горизонтального бурения скважин по патенту РФ №2319814. Известная установка содержит бур, гидромотор и корпус, в котором размещены привод подачи с вращателем и штанга с ключами управления. Вращатель снабжен шпинделем и конической зубчатой передачей, а ее зубчатое колесо имеет полость, в которой размещен шпиндель с возможностью горизонтальных перемещений. В передней своей части корпус снабжен быстросъемным центратором, через который соосно шпинделю пропущен хвостовик бура, соединенный с штангой. Один из ключей управления - передний - установлен свободно внутри корпуса на оси с возможностью угловых перемещений в вертикальной плоскости. Другой ключ управления расположен на хвостовике штанги, выполнен съемным с ответными торцевыми выступами. Привод подачи представляет собой гидроцилиндр со штоком, последний имеет возможность взаимодействия с корпусом. Корпус снабжен направляющими, имеющими возможность контактирования с ответными пазами вращателя. Недостатком данной модели является недостаточная надежность, что вызвано высокими нагрузками на элементы конструкции установки в процессе эксплуатации.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой является установка горизонтального бурения скважин ПУ-2, выпускаемая ОАО «Михневский РМЗ» (см. http://www.mrmz.ru/tehnika/proch/spisok11/igla2.htm). Данная установка выбрана в качестве прототипа
Установка ПУ-2 включает раму, на которой установлен силовой узел и буровой инструмент. В качестве двигателя используется маслостанция или двигатель автомобиля. Данная установка устанавливается в предварительно отрытый котлован прямоугольной формы. В работе установки ПУ-2 используется принцип прокола грунта с помощью бура.
Недостатками установки ПУ-2 являются:
- использование маслостанции или двигателя автомобиля, что делает установку громоздкой и неэкономичной;
- использование метода прокола (продавливания) грунта, который не обеспечивает достаточную точность прохождения скважины, поскольку наблюдается значительное отклонение от заданной траектории, а также требует значительных затрат энергии и не позволяет прокладывать скважины на небольших глубинах, так как возможно поднятие грунта над создаваемой скважиной.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание малогабаритной, экономичной установки горизонтального бурения скважин, которая бы обеспечивала высокую точность прохождения скважины и позволяла бы бурить скважины на небольшой глубине от поверхности.
Для решения поставленной задачи предлагается установку для горизонтального бурения скважин, включающую двигатель и раму с размещенными на ней силовым узлом, буровым инструментом и органами управления, выполнить следующим образом:
- силовой узел предлагается выполнить, состоящим из редуктора, клиноременной передачи, автоматической муфты сцепления и коробки передач,
- двигатель разместить на раме, причем он через автоматическую муфту сцепления передает крутящий момент через клиноременную передачу на коробку передач и далее через редуктор на буровой инструмент,
- буровой инструмент предлагается выполнить в виде буровых штанг и буровых насадок, представляющих собой полые трубы с режущим зубцом на одном конце,
- органы управления выполнить в виде двух рычагов, с помощью одного из них происходит переключение режимов установки, с помощью второго проталкивается буровой инструмент в скважину.
Дополнительным отличием является то, что для скрепления буровых штанг предлагается использовать специально разработанные быстросъемные соединения. Соединение буровых штанг и буровых насадок происходит с помощью быстросъемной головки, состоящей из цилиндрического корпуса с установленным на нем рычагом и размещенных внутри корпуса толкателя, копира и пальцев.
Решение поставленной задачи удается достичь за счет того, что предлагается использовать ранее не применяемый в данной отрасли техники способ выемки грунта. Это позволяет снизить энергозатраты, повысить точность прохождения скважины, снизить ограничения по глубине прохождения грунта. В связи с тем, что снижается энергопотребление установки, становится возможным использовать менее мощный двигатель с меньшими габаритами, что позволяет устанавливать его непосредственно на раме установки, уменьшая, таким образом, общие габариты установки. Себестоимость работ снижается в 2 раза.
На фиг.1 приведен чертеж установки, где:
1. Двигатель
2. Рама
3. Редуктор
4. Клиноременная передача
5. Автоматическая муфта сцепления
6. Коробка передач (КПП)
7. Органы управления
На фиг.2 приведен чертеж головки быстросъемной, где:
8. Корпус
9. Рычаг головки быстросъемной
10. Толкатель
11. Копир
12. Пальцы
На фиг.3 приведен чертеж буровой штанги, где:
13. Рычаг буровой штанги
14. Направляющая
15. Наконечник
На фиг.4 приведен чертеж и общий вид буровой насадки, где:
16. Тело насадки
17. Режущий зубец
На фиг.5 представлен общий вид установки.
Описание установки.
Двигатель 1 установлен на раме 2 и закреплен на ней болтами. На выходной вал двигателя 1 установлена автоматическая муфта сцепления 5, для передачи вращения с двигателя на коробку передач 6 через клиноременную передачу 4. Далее через карданный вал вращение передается на главный редуктор 3 буровой установки
Рама 2 представляет собой сварную конструкцию из труб прямоугольного профиля. На ней закреплены все агрегаты буровой установки. На осях рамы 2 установлены металлические колеса с ребордами - для передвижения буровой установки по направляющим железной дороги.
Редуктор 3 состоит из алюминиевого корпуса и установленной в нем конической передачи от главной пары мотоцикла «Урал». Картер редуктора заполнен трансмиссионным маслом до определенного объема, а входной и выходной валы имеют уплотняющие резиновые манжеты. Валы установлены на шариковых подшипниках качения, а выходной вал имеет упорный подшипник для передачи осевого усилия на бурильный инструмент.
КПП 6 буровой установки представляет собой 2х ступенчатую передачу.
Автоматическая муфта сцепления 5 предназначена для включения передачи крутящего момента с ведущего шкива двигателя 1 к КПП 6. Механизм автоматического сцепления представляет собой центробежную фрикционную муфту. На внешнем диаметре муфты имеются ручьи клиноременной передачи 4. При работе двигателя на холостых оборотах муфта 5 выключена, и не передает крутящий момент на КПП 6. При повышении числа оборотов до 1200 об/мин происходит срабатывание механизма муфты 5, и крутящий момент от двигателя 1 передается на КПП 6. При падении оборотов ниже 1200 об/мин муфта 5 автоматически отключается.
Первый рычаг органов управления 7 предназначен для изменения режима работы двигателя (числа оборотов), изменения скорости и направления вращения инструмента буровой установки.
На левой стороне установлен механизм со вторым съемным рычагом 7 привода подачи буровой установки при рабочем ходе. Рычаг механизма привода подачи входит в зацепление с пазами направляющей железной дороги и приводит в движение установку при рабочем ходе.
Опытные образцы установки выполнены на производстве НПК «Гидрофоб», г.Волгодонск. Проведенные испытания доказали работоспособность установок, а также подтвердили достижение технико-положительного эффекта, указанного выше.