Перфораторы

Размещено на http://www.allbest.ru

Перфораторы

перфоратор пневматический бурильный механизм

В переводе с латинского перфоратор означает пробивать, прокалывать, пробуривать. На сегодняшний день к перфораторам относят бурильные машины для бурения шпуров и скважин в породах выше средней крепости (f > 8) ударным, ударно-вращательным и вращательно-ударным способами.

По способу применения перфораторы можно подразделить на переносные, телескопные и колонковые (бурильные головки). Переносные перфораторы (более раннее название - ручные) в свою очередь по массе можно разделить на легкие - до 18 кг, средние - 18...25 кг и тяжелые - более 25 кг. В горной промышленности в основном нашли применение средние и тяжелые переносные перфораторы, которые работают с пневмоподдержек или других установочно-подающих устройств. Без вспомогательных устройств переносными перфораторами можно бурить шпуры сверху вниз (при проходке стволов шахт).

Телескопные перфораторы предназначены для бурения восстающих шпуров снизу вверх при проходке восстающих выработок или шпуров под анкерную крепь. Подача перфоратора на забой осуществляется специальным податчиком (телескопом).

Колонковые перфораторы в том конструктивном исполнении, в котором они применялись ранее, а настоящее время не используются. Их заменили бурильные головки.

По роду используемой энергии перфораторы подразделяются на пневматические, гидравлические и электрические. Электрические перфораторы в горной промышленности пока не нашли применения.

По способу распределения энергоносителя перфораторы можно разделить на три группы: клапанные, золотниковые и бесклапанные, когда распределение энергоносителя производит сам поршень-ударник.

По конструкции механизма поворота бура перфораторы можно разделить на две группы: с автоматическим зависимым и независимым вращением буровой штанги.

По способу очистки шпура от бурового шлама различают перфораторы: с осевой или боковой промывкой шпура водой; с отсосом пыли и с продувкой шпура сжатым воздухом. Последний способ очистки шпура от буровой мелочи санитарными нормами запрещен к использованию в подземных условиях. Однако может быть применен в тех условиях, где невозможно использовать воду (в зоне вечной мерзлоты) или в конце бурения для очистки шпура от бурового шлама и более полного использования глубины шпура.

Переносные перфораторы

Устройство переносного пневматического перфоратора рассмотрим на примере перфоратора ПП63В. Этот перфоратор (рис. 3.7) состоит из цилиндра (корпуса) 3, передней головки 11 и крышки 1. В цилиндре возвратно-поступательно движется поршень-ударник 8. Цилиндр, передняя головка и крышка соединены между собой стяжными болтами 18 с гайкой 17.На крышке 1 имеется штуцер 20, через который подводится сжатый воздух к воздухораспределительному устройству, расположенному внутри цилиндра, а вода подводится через штуцер 21

Рис. 3.7. Перфоратор ПП63В

Между воздухораспределительной коробкой 2 и крышкой 1 помещено устройство для поворота бура, состоящее из геликоидального стержня 6 и храпового кольца 14 с собачками 15.

Геликоидальный стержень 6 проходит через воздухораспределительную коробку 2 и гайку 7 поршня-ударника 8, входя, таким образом, внутрь последнего. В передней головке 11 помещаются разъемные шлицевая 9 и поворотная 10 буксы. Шлицы поршня-ударника 8 находятся постоянно в зацеплении с шлицами буксы 9. Букса 10 имеет шестигранное отверстие, в которое вставляется хвостовик бура /2, удерживаемый в буксе 10 буродержателем 13.

По оси перфоратора проходит промывочная трубка 16 и входит в канал хвостовика бура на 60-70 мм. Через эту трубку вода поступает к забою шпура для очистки его от разрушенной породы.

Воздухораспределительный механизм служит для подачи сжатого воздуха в правую или левую часть цилиндра. Если сжатый воздух поступает в левую часть цилиндра, то поршень- ударник, двигаясь слева направо, совершает рабочий ход, в конце которого шток поршня- ударника наносит удар по хвостовику бура. При обратном ходе (сжатый воздух поступает в правую часть цилиндра) поршень движется по нарезкам геликоидального стержня, фиксируемого храповым механизмом, поворачиваясь при этом на некоторый угол. Отработанный воздух выходит через выхлопное отверстие 4 и глушитель шума от выхлопа воздуха 5.

Перфоратор оборудуется виброгасящим устройством 19, которое выполнено в виде сварной рамы соответствующей конструкции и системы пружин.

Техническая характеристика отечественных переносных перфораторов приведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Характеристика перфораторов

В переносных и телескопных перфораторах в настоящее время для поворота буровой штанги применяют главным образом зависимый механизм поворота бура с отдельным геликоидальным стержнем (рис. 3.8). Такой механизм состоит из геликоидального стержня 4 и храповика 2 с двумя - четырьмя гнездами для собачек 5; последние вместе с храповиком помещаются внутри храповой шестерни 1, которая фиксируется шпонкой в задней части корпуса перфоратора. Геликоидальный стержень своими канавками входит в гайку 5, ввинченную в поршень 6. 11а наружной поверхности поршня-ударника профрезерованы шлицы 7, в которые входят выступы поворотной буксы 8.

Рис.3.8. Зависимый механизм поворота бура

При движении поршня-ударника слева направо (рабочий ход) собачки храповика не препятствуют повороту геликоидального стержня, который вызывается движением поршня-ударника, и последний движется прямолинейно, не поворачиваясь. При обратном ходе поршня-ударника собачки упираются в зубья храповой шестерни и фиксируют геликоидальный стержень, а гайка 5 поршня-ударника, двигаясь по геликоидальному стержню, вызывает поворот поршня-удариика и через шлицевое соединение поворот буксы 8 и буровой штанги на некоторый угол (5... 15°). Такой механизм дает возможность менять угол поворота буровой штанги в зависимости от прочностных свойств буримых пород простой заменой геликоидальной пары с другим шагом нарезки геликоидальной поверхности.

Зависимые механизмы поворота буровой штанги с геликоидальными шлицами, расположенными непосредственно на поршне-ударнике, в отечественном перфораторостроении не нашли применения. Принцип работы таких механизмов поворота бура аналогичен рассмотренному выше, а изменение угла поворота буровой штанги можно осуществить заменой поршня-ударника.

Переносные перфораторы с независимым вращением буровой штанги с помощью специального привода, работающего независимо от движения поршня-ударника, пока широкого распространения в мировой практике не получил. У перфораторов с независимым вращением буровой штанги увеличивается энергия удара, так как поршень-ударник не затрачивает энергии на поворот буровой штанги, также увеличивается крутящий момент и появляется возможность плавно регулировать частоту вращения бура в зависимости от прочностных свойств буримой породы и производимых технологических операций при бурении. Существенными недостатками таких перфораторов является: значительно более сложная их конструкция, а в ряде случаев и увеличенная масса. В России переносные перфораторы с независимым вращением бура от автономного планетарного пневмодвигателя начало производить ОАО АК «Туламашзавод» (перфораторы типа ССПБ). Механизмы независимого вращения буровой штанги нашли широкое применение в бурильных головках и более подробно будут рассмотрены ниже.

Распределительные устройства перфораторов предназначены для автоматического изменения направления движения энергоносителя и, следовательно, обеспечения возвратно- поступательного движения поршня-ударника.

Распределительный механизм с фланцевым клапаном (рис. 3.9) состоит из клапанной коробки 12, передней крышки 4, задней крышки 14 с направляющей втулкой и фланцевого клапана 11. Сжатый воздух из отверстия пускового крана по каналам 1 попадает в камеру 3 клапанной коробки. При положении клапана, изображенного на рис. 3.9, а, сжатый воздух из камеры 3 через кольцевой зазор, образуемый клапаном 11 и передней крышкой 4, проходит в левую часть 5 цилиндра перфоратора. Под давлением поступающего воздуха поршень-ударник б начнет перемещаться слева направо, совершая рабочий ход. Отработанный воздух из правой части цилиндра через выхлопное отверстие 7 выходит в атмосферу. По мере движения поршень-ударник перекрывает выхлопное отверстие 7 и сжимает оставшийся воздух в правой части цилиндра, который проходит но каналу 10 в кольцевое пространство 13, оказывая давление на клапан слева.

Рис. 3.9. Схема воздухораспределения с фланцевым клапаном

Двигаясь дальше, поршень открывает выхлопное отверстие 7. Левая часть цилиндра при этом сообщается с атмосферой. Давление в ней резко падает и клапан давлением слева передвигается в правое положение (см. рис. 3.9, б). При этом положении клапана сжатый воздух, обтекая его слева, поступает в камеру 13, канал 10 и правую часть цилиндра перфоратора. Поршень 6 начнет совершать обратный ход. При движении справа налево, поршень-ударник сначала закроет выхлопное отверстие своей задней кромкой, а к концу обратного хода вновь откроет его передней кромкой. Воздух, отсеченный в левой половине цилиндра, будет сжиматься и через кольцевой зазор между передней крышкой и клапаном давить на последний с правой стороны. К концу обратного хода правая половина цилиндра и кольцевая камера 13 будут сообщаться с атмосферой через выхлопное отверстие 7. Вследствие разницы давлений клапан передвинется справа налево. Далее цикл будет повторяться.

По конструктивному исполнению клапаны могут быть фланцевыми, пластинчатыми, мотыльковыми и др., но принцип работы их одинаков: переброска их производится отработанным сжатым воздухом в момент открытия выхлопного отверстия поршнем-ударником.

Клапанное воздухораспределение отличается простотой конструкции и может обеспечивать большую частоту ударов поршня-ударника из-за малой массы клапана, но имеет повышенный расход сжатого воздуха.

Распределительный механизм с полым цилиндрическим золотником размещен внутри цилиндра перфоратора (рис. 3.10) и состоит из золотниковой коробки 5, передней крышки 10, задней крышки 11 и полого цилиндрического золотника 1. Сжатый воздух из пускового крана через отверстия в передней и задней крышках и самого золотника поступает в левую часть цилиндра перфоратора 2 (рис. 3.10, а). Под давлением поступающего воздуха поршень-ударник движется слева направо, совершая рабочий ход. Когда задняя кромка поршня-ударника откроет канат 13, сжатый воздух из магистрали по этому каналу начнет поступать в кольцевое пространство 14 и давить на буртик золотника слева, передвигая сам золотник вправо (рис. 3.10, б).

Рис. 3.10. Схема воздухораспределения с полым цилиндрическим золотником

При дальнейшем движении поршень-ударник девой кромкой открывает выхлопной канал 9, через который сжатый воздух уходит в атмосферу. Дальше поршень-ударник, двигаясь по инерции, наносит удар по хвостовику буровой штанги. К этому моменту переброска золотника 1 заканчивается и сжатый воздух из камеры 12 по каналу 7 поступает в правую часть цилиндра перфоратора, заставляя поршень-ударник двигаться справа налево, т е. совершать обратный ход. Как только поршень-ударник своим торцом откроет канал 6, в него начнет поступать сжатый воздух, который будет давить на буртик золотника справа и переместит золотник влево. Далее циклы повторяются.

Таким образом, переброска золотника осуществляется магистральным воздухом до открытия выхлопного отверстия. Этим объясняется меньший расход воздуха у золотникового воздухораспределения, чем у клапанного воздухораспределения. Перфораторы с золотниковым воздухораспределением более сложны в изготовлении, так как в корпусе перфоратора имеется значительное количество глубоких каналов. Эти перфораторы имеют меньшую частоту ударов, так как масса и ход золотника больше, чем у клапана.

Бесклапанное распределительное устройство, в котором распределение энергоносителя производит сам поршень-ударник, показано на рис. 3.11. Такие распределительные механизмы чаще всего используются в погружных пневмоударниках и пневматических бурильных головках. В начальном положении сжатый воздух по каналу 2, кольцевой выточке 3 и каналу 5 поступает в камеру А (рис. 3.11, а). Поршень-ударник при этом перемещается слева направо, совершая холостой ход. При своем движении слева направо поршень-ударник правой кромкой выточки 3 перекрывает канал 5, и поступление сжатого воздуха в камеру А прекращается. Движение поршня-ударника продолжается за счет расширения сжатого воздуха в камере А. Продолжая движение, поршень-ударник открывает выхлопное отверстие 4. В это же время через выточку 3 и канал 6 сжатый воздух поступает в камеру Б и происходит рабочий ход поршня- ударника (рис. 3.11, б). При движении справа налево поршень-ударник левой кромкой выточки 3 перекрывает канал 6, а поршень продолжает рабочий ход за счет расширения сжатого воздуха в камере Б. Затем открывается выхлопной канал 1, и цикл повторяется. Такое распределение обеспечивает пониженный расход сжатого воздуха и повышенную частоту ударов. Бесклапанное воздухораспределение иногда требует применения специального пускового устройства для вывода поршня-ударника из «мертвого положения».

1 2 3 4 А 3 2 4

Рис. 3.11. Схема бесклапанного (поршень-золотник) воздухораспределительного устройства

При бурении шпуров и скважин образуется буровая мелочь, которую необходимо удалять для обеспечения оптимальной скорости бурения и подавлять для соблюдения санитарных норм по содержанию пыли в забое.

В современных переносных перфораторах чаще всего используется осевая промывка шпура (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Устройства для промывки шпура водой

При этом способе вода для промывки подается через отверстие в задней крышке перфоратора 2 и каната в пробке 1 в трубку 3, которая проходит через осевые отверстия геликоидального стержня, поршня-ударника и входит на 60...70 мм в осевой канал хвостовика буровой штанги 4 (см. рис. 3.12, а). Давление воды должно быть на 0,1...0,2 МПа ниже, чем давление сжатого воздуха, что предотвращает ее проникновение во внутренние полости перфоратора.

Включение и отключение воды для промывки шпура производится одновременно с включением перфоратора с помощью специального устройства (рис. 3.13). На теле воздушного крана имеется эксцентричная канавка 1. Включая и отключая воздушную магистраль поворотом воздушного крана рукояткой 2, синхронно включается и отключается шариковым клапаном 4 и толкателем 3 магистраль подачи воды.

Рис. 3.13. Устройство автоматического включения и выключения воды

Боковая промывка шпура чаще используется в мощных перфораторах (бурильных головках). При боковой промывке шпура давление промывочной жидкости может быть увеличено, так как в этом случае исключено попадание воды во внутренние полости перфоратора, а эффективность очистки шпура повышается.

Устройство для боковой промывки шпура (см. рис. 3.12, б) состоит из сальниковой муфты 2. Вода поступает через сальниковую муфту и радиальные отверстия в хвостовике штанги 1 непосредственно в осевое отверстие буровой штанги. Со стороны рабочего торца осевой канал хвостовика заглушен, а сам хвостовик имеет специальную форму: состоит из шестигранника и цилиндрического участка, на который надевается сальниковая муфта.

В тех случаях, когда применение воды при бурении шпуров невозможно, применяют отсос пыли. Пылеотсос происходит следующим образом (рис. 3.14). Буровая мелочь через осевой канал буровой штанги 1, осевую трубку перфоратора 2 и шланг 3 поступает в пылеуловитель 4. Транспортируется буровая мелочь по всей коммуникации за счет вакуума, создаваемого эжектором 5.

Смазка всех движущихся деталей перфоратора производится маслом индустриальным (И-12А, И-20А, И-40А, ТП-22). Для смазки используются подвесные или магистральные автомасленки. Подвесные автомасленки (МА18, ФАМ1, ФАМ2) присоединяются непосредственно к воздухоподводящему патрубку перфоратора. Магистральные автомасленки (МА8) врезаются в воздухоподводящий шланг на расстоянии 3-4 м от перфоратора. Расход масла при давлении сжатого воздуха 0,5 МПа обычно составляет 60-80 г/ч.

Размещено на http://www.allbest.ru

Телескопический перфоратор (рис. 3.15) состоит из двух функциональных узлов, объединенных в единое целое: пневматического телескопического податчика 1 и перфоратора 2. Податчик представляет из себя полый цилиндр, в котором перемещается поршень 8 со штоком 9. Шток оснащен упором 10 для фиксации телескопного перфоратора на опорной поверхности. Для управления подачей на перфораторе имеется рукоятка 7 с кнопкой для сброса сжатого воздуха из телескопа.

Сам перфоратор по конструкции принципиально аналогичен переносным перфораторам, но имеет некоторые конструктивные особенности, учитывающие специфику работы. Так, буродержатель заменен буксой 4, которая соединена с поворотной буксой и препятствует попаданию бурового шлама внутрь перфоратора. Хвостовик бура изготовляется без буртика, и глубину посадки хвостовика в поворотной буксе ограничивает промежуточный боек 3. Для предотвращения попадания в ствол перфоратора стекающего по буру шлама имеется постоянная продувка работающего и выключенного перфоратора осуществляемая по специальной трубке 6, расположенной концентрич- но промывочной трубке 5.

Для условий, где использование воды для очистки шпура от буровой мелочи затруднено, разработаны и изготовляются однотелескопные и двухтелескопные (УБ2Т-С) перфораторы с пылеотсосом.

Технические характеристики телескопных перфораторов приведены в табл. 3.3.

Установочно-подающие механизмы для переносных перфораторов

Для облегчения труда бурильщика и интенсификации процесса бурения шпуров применяют пневмоподдержки и переносные бурильные установки. Производительное бурение шпуров по крепким породам требует создание осевого усилия до 1200 Н, что бурильщику физически невозможно реализовать. Пневмоподдержки и предназначены для подачи переносных перфораторов и поддержания их на определенной высоте забоя при бурении горизонтальных и наклонных шпуров в горных породах.

Пневматическая поддержка с подвижным штоком (рис. 3.17) при бурении шпура упирается в почву выработки упором, а на выдвижном штоке имеется держатель, к которому крепится перфоратор 1 с буровой штангой 2. При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр поддержки она начнет раздвигаться с осевым усилием Р_ос. На оси держателя перфоратора усилие раздвижки пневмоподдержки разложится на вертикальную (Рв=Рос sin a) и горизонтальную (Рг=Рос cos а) составляющие. Вертикальная составляющая будет компенсировать силу веса перфоратора, а горизонтальная составляющая вместе с усилием бурильщика будут создавать усилие подачи перфоратора на забой. По мере бурения шпура пневмоподдержка будет раздвигаться, а угол ее наклона а уменьшаться (положение П), что приведет к увеличению усилия подачи и уменьшению вертикальной силы.

Пневмоподдержки конструктивно могут быть выполнены с подвижным штоком или с подвижным корпусом пневмоцилиндра и иметь одинарную или телескопическую раздвижность. Поддержки с телескопической раздвижностью более компактны и имеют больший ход раздвижности. Пневмоподдержки могут быть также реверсивными и нереверсивными. Поддержки с одинарной раздвижностью, выдвижным корпусом и реверсивные изготавливает Екатеринбургский завод горноспасательного оборудования, а телескопические пневмоподдержки (УБТУ-1) - ОАО АК «Туламашзавод». Поддержки УБТУ-1 дают возможность бурить и восстающие шнуры.

Рис. 3.17. Пневмоподдержка

Облегчает труд бурильщика и переносная бурильная установка УПБ-1А (рис. 3.18). Эта установка состоит из трубчатой рамы 3, по которой перемещаются ползуны 7 канатнопоршневого податчика 5. В нижней части рамы находится удлинитель 6 с опорной пятой. В верхней части рамы имеется пневмоцилиндр 2, шток которого осуществляет распор рамы в кровлю и почву выработки. К ползунам 7 крепится кронштейн с канатно-поршневым податчиком и перфоратором 1. Перемещение кронштейна с податчиком по раме производится лебедкой 8. На заднем фланце податчика установлен пульт управления 9 перфоратором и податчиком. В передней части податчика установлен люнет 4 для центрирования буровой штанги.

Рис. 3.18. Переносная бурильная установка УПБ1А

Распорные колонки на сегодняшний день используются в основном для установки буровых станков НКР100МА с погружным пневмоударником. Распорная колонна представляет собой трубу с винтовым распором в кровлю и почву выработки. По стойке перемещается кронштейн, который крепится на стойке в нужном положении хомутом. На трубчатом кронштейне также хомутом крепится сам буровой станок.

Бурильные головки

Колонковые перфораторы, поскольку предназначались не только для бурения шпуров, но и небольших скважин, были более мощными и тяжелыми машинами, чем переносные перфораторы. Они требовали значительных усилий подачи, и бурение ими с рук было невозможно, поэтому их устанавливали на специальные салазки автоподатчиков, которые в свою очередь устанавливались на специальных винтовых распорных колонках, что и определило первоначальное название данного класса перфораторов.

Широкое применение на шахтах самоходной техники привело к тому, что колонковые перфораторы получили распространение на шахтных буровых установках и стали называться "бурильная головка". Отличительной особенностью буровых головок является наличие независимого вращения бура.

Принципиальная схема вращательно-ударной бурильной головки приведена на рис. 3.20. Сжатый воздух от крана управления через штуцер 17, трубку 2, полость 15, каналы задней буксы 4 и продольные каналы цилиндра 6 поступает в расточку 11 передней буксы 7, откуда через проточку на штоке ударника подается в камеру обратного хода 12. В камеру прямого хода 14 воздух проходит через каналы задней буксы 4 и проточку 5 на хвостовике поршня- ударника. Выхлоп сжатого воздуха производится через выхлопное отверстие 13. Ударный механизм закрыт кожухом, который снижает уровень шума. При увеличении усилия подачи амортизатор 3 сжимается, и выпускной клапан 16 открывается полностью.

Вращатель состоит из пневматического шестереночного двигателя 1, трех пар зубчатых колес, передающих через шпиндель 8 крутящий момент хвостовику 10. Мощность пневмодвигателя 1,2 кВт. Вода в бур подается через сальниковую муфту 9.

В настоящее время широкое применение находят гидравлические бурильные головки (гидравлические перфораторы). Это практически новый класс машин для вращательноударного и ударно-вращательного бурения шпуров и скважин в крепких породах. Серийное производство гидравлических бурильных головок начинается с 1970 г. В России разработка конструкций гидравлических бурильных головок велась Кузнецким машиностроительным заводом совместно с Карагандинским политехническим институтом. Серийное изготовление гидравлических бурильных головок требует значительно более высокого технического уровня производственной базы и, следовательно, больших капитальных затрат. Отсутствие производственной базы и финансирования сдерживает организацию серийного производства гидроперфораторов в России. Зарубежные фирмы, производящие буровую технику, почти все уже несколько десятилетий серийно изготавливают гидроперфораторы.

Конструктивная схема гидравлической бурильной головки приведена на рис. 3.21. В корпусе бурильной головки совершает возвратно-поступательное движение поршень-ударник 11, который при рабочем ходе наносит удар по хвостовику 1, имеющему внутреннюю резьбу для соединения с буровой штангой. Уплотнения 8 предотвращают утечку масла из ударного механизма. Управление потоком рабочей жидкости осуществляется золотником 12. Регулировка длины хода поршня-ударника осуществляется поворотом пробки 9, которая открывает один из трех каналов 10, подводящих рабочую жидкость из цилиндра к камере переключения золотника 12. Вращение бура осуществляет гидродвигатель 14 через муфту 15, зубчатые колеса 16,4 и патрон 3. Бурильная головка оснащена гидравлическим амортизатором, защищающим механизмы перфоратора от воздействия возвращающихся по буровой штанге ударных волн. Отраженные ударные импульсы воздействуют на упорную втулку 5 и подпятник 6, вытесняя рабочую жидкость из полости 7 в аккумулятор 13. Аккумулятор 13, заполненный азотом под давлением 11 МПа, сглаживает пульсации рабочей жидкости в напорной магистрали. Для защиты ударного механизма от загрязнения и для его охлаждения в переднюю часть бурильной головки подается насыщенный маслом сжатый воздух под давлением 0,2 МПа, который выходит в атмосферу через отверстие 17. Для удаления из шпура буровой мелочи в хвостовик через муфту боковой промывки 2 подают воду под давлением 0,6 Мпа

Гидроперфораторы имеют целый ряд преимуществ перед пневматическими перфораторами: повышается в 1,5-2 раза скорость бурения за счет увеличения энергии удара (при равных габаритных размерах и массе давление энергоносителя современного гидроперфоратора 15-25 MПa); уменьшаются в 3-5 раз удельные энергозатраты;

увеличивается стойкость бурового инструмента за счет формирования гидроударником более рационального ударного импульса;

повышается в 3-4 раза КПД передачи энергии (системы насос - гидроударник по сравнению с системой компрессор - пневмоударник);

уменьшается уровень шума в забое на 5-15 % за счет отсутствия выхлопа отработанного воздуха;

появляется возможность автоматического обеспечения оптимальных режимов бурения в горных породах с различными физико-механическими свойствами за счет регулирования энергии удара, частоты ударов, частоты вращения и усилия подачи буровой штанги; отсутствие масляного аэрозоля в забое выработки, что улучшает санитарно- гигиенические условия и видимость в забое.

Внедрение на рудниках гидравлического бурового оборудования влечет за собой значительное увеличение первоначальных затрат, но они довольно быстро окупятся за счет высокой производительности бурения и экономии энергии.

Большинство современных гидравлических бурильных головок вращательно-ударного и ударно-вращательного бурения имеют кинематически не связанные ударный и вращательный механизмы. Учитывая современную тенденцию к модульному проектированию машин, функциональные узлы гидравлических бурильных головок (ударный и вращательный) изготовляются с различными режимными и силовыми параметрами, но с идентичными присоединительными размерами. Это положение, в свою очередь, дает возможность сократить число выпускаемых моделей, но за счет комбинаций функциональных узлов с различными параметрами получить широкий ряд модификаций гидроперфораторов, пригодных для бурения шпуров и скважин в породах с различными физико-механическими свойствами.

Таким образом, на сегодняшний день деление гидравлических бурильных головок на машины ударно-вращательные, вращательно-ударные и вращательные достаточно условное, так как соотношение между мощностью ударного механизма и вращателя можно изменять в достаточно широком диапазоне в зависимости от свойств буримых пород.

Для питания гидравлических бурильных головок рабочей жидкостью изготавливаются электрогидравлические силовые блоки, состоящие из двигателя и трех насосов для каждого функционального узла: ударника, вращателя и податчика. Для сглаживания пульсаций жидкости в напорной и сливной магистралях и предохранения шлангов от ударных нагрузок обычно устанавливают гидропневмоаккумуляторы, заполняемые инертным газом (азотом).

Распределительные механизмы гидроударников выполнены в виде золотников, различных по конструкции и принципу действия. Все их можно подразделить на две группы - с золотником, управляемым принудительно, и с золотником, гидравлически связанным с движением поршня-ударника и работающим в автоматическом режиме. Последние можно подразделить на три группы: с полым цилиндрическим золотником, соосно расположенным с поршенем-ударником; с вынесенным золотником; с золотником, жестко связанным с поршнем-ударником (бесклапанное распределение). Регулирование длины хода поршня-ударника может быть осуществлено при распределении потока жидкости с помощью вынесенного золотника.

Гидравлическая схема бурильной головки с принудительным управлением золотника приведена на рис. 3.22, Буровая штанга 1 вращается гидродвигателем 17 через зубчатые колеса 18 и 19. Золотник 9 кинематически связан с зубчатым колесом 19 колесами 2, 6,16 и валом 3 и, следовательно, вращается совместно с буровой штангой. Вращающийся золотник 9 имеет напорные 15 и сливные 12 окна, смещенные относительно друг друга на половину шага. При совмещении напорных окон 15 с соответствующими окнами в корпусе золотниковой коробки 10 жидкость из линии питания 8 поступает в камеру 11, и поршень-ударник 5 совершает рабочий ход, в конце которого наносит удар по хвостовику буровой штанги 1.

Рис. 3.22. Гидросхема перфоратора с принудительным управлением работой ударного механизма (фирма «СИГ» Швейцария)

Пo мере вращения золотника 9 окно 15 закрывается и открывается окно 12, совместившись с соответствующим окном в корпусе золотниковой коробки 10. Начинается слив жидкости из камеры 11 в сливную магистраль 13, а в камеру 4 из напорной магистрали поступает жидкость, и поршень-ударник совершает обратный ход, возвращаясь в исходное положение. При рабочем ходе поршня-ударника жидкость из камеры 4 выдавливается в напорную магистраль, так как его площадь со стороны камеры 4 меньше площади со стороны камеры 11. Для сглаживания пульсаций в напорной 8 и сливной 13 магистралях установлены гидропневмоаккумуляторы 7 и 14.

У гидроперфораторов такого типа число ударов на один оборот буровой штанги определяется передаточным отношением механизма вращения золотника и остается постоянным при изменении частоты вращения буровой штанги. Эта особенность таких гидравлических бурильных головок негативно сказывается на их производительности и стойкости бурового инструмента при бурении, так как для каждого типа пород существует оптимальный угол поворота буровой коронки между ударами. Однако эта схема обеспечивает автоматическое отключение ударного механизма при стопорении буровой штанги. Недостатки этой схемы ограничивают область применения таких машин.

Финская фирма «Тамрок» выпускает гидроперфораторы с постоянной длиной хода поршня и полым цилиндрическим золотником, соосно расположенным с поршнем-ударником.

Па рис. 3.23 показана схема ударного механизма такого конструктивного исполнения. На рис. 3.23 поршень-ударник показан в момент нанесения удара по хвостовику буровой штанги. В этот момент камеры 4 и 6 через канал 11 соединены с напорной магистралью, а камера 8 через отверстие 14 в золотнике 7, отверстие 15 и канал 12 в корпусе 3 соединены со сливной магистралью. Золотник в этот момент находится в крайнем правом положении. Одновременно происходит заполнение рабочей жидкостью напорного аккумулятора 10. Из камеры 8 жидкость вытесняется в сливную магистраль и сливной аккумулятор 13. Когда буртик 18 поршня- ударника перекроет отверстие 14 в золотнике, камера 8 окажется отсеченной от сливной магистрали и через канал 9 будет соединена с напорной магистралью, в результате чего давление в камере 8 возрастет. Поршень будет продолжать двигаться направо под действием сил инерции, пока не остановится. Буртик 18 закроет канал 14 в золотнике, откроет каналы 17, 16 и 12, соединится со сливной магистралью.

Рис. 3.23. Схема ударного узла гидроперфоратора с полым цилиндрическим золотником, соосно расположенным с поршнем-ударником

В это же время камера 6 отсекается от напорной магистрали буртиком 19, находящимся на поршне-ударнике. В этот момент левый торец золотника освобождается от сил напорного давления жидкости, а правый торец находится под давлением, что заставит золотник переместиться влево. Перемещаясь, золотник закроет каналы 14 и 17, а в камерах 4 и 8 установится давление напорной магистрали. Под действием разности сил, возникающих из-за разности площадей сечений поршня-ударника в камерах 4 и 8, поршень начнет двигаться налево, совершая рабочий ход. В этот момент жидкость в камеру 8 будет поступать из напорной магистрали и из аккумулятора 10, а аккумулятор 13 разрядится в сливную магистраль. При рабочем ходе поршня- ударника буртик 19 соединяет камеру 6 с напорной магистралью через каналы 5 и 11. Давление жидкости в камерах 6 и 8 становится одинаковым. Под действием разности сил, возникающих из-за разности площадей слева и справа золотника, он перемещается вправо, после чего камера 8 через каналы 14 и 15 соединится со сливной магистралью и давление в ней упадет. Поршень будет продолжать двигаться по инерции и нанесет удар по хвостовику бура. Далее циклы повторяются.

Гидроперфораторы данной конструкции отличаются простотой конструкции и простотой в эксплуатации, но технологические возможности их несколько сужены, так как энергию удара можно регулировать только за счет изменения расхода рабочей жидкости. Технические характеристики гидроперфораторов фирмы «Тамрок» приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Характеристика бурильных головок (гидравлических перфораторов) фирмы TAMROCK

Шведская фирма «Атлас Колко» выпускает гидроперфораторы серии СОР с вынесенным золотником, схема распределительного устройства которого приведена на рис. 3.24.

Поршень-ударник 10 (см. рис. 3.24, а) показан в начале рабочего хода в крайнем правом положении. Золотник 2 находится также в крайнем правом положении, в котором удерживается давлением рабочей жидкости, поступающей по каналу 3 и воздействующей на левую поверхность буртика золотника. Рабочая жидкость из напорной магистрали по каналу 11 поступает в правую камеру цилиндра и перемещает поршень-ударник влево, совершая рабочий ход. Когда поршень-ударник правой поверхностью буртика откроет канал 12, по нему поступает импульс давления в правую камеру 4, который из-за неравенства площадей сечений камеры 4 и кольцевого буртика золотника перемещает золотник в левое положение (см. рис. 3.24, б). Рабочая жидкость из напорной магистрали по каналу 6 начинает поступать в левую камеру цилиндра, и начинается обратный ход поршня. Когда поршень-ударник своим левым торцом буртика откроет отверстие канала 9, рабочая жидкость из правой камеры 4 по каналам 9 и 5 пойдет на слив, а удержание золотника в левом положении будет осуществляться давлением рабочей жидкости, поступающей но каналу 3 и воздействующей на кольцевую поверхность правого буртика золотника. При дальнейшем движении вправо поршня-ударника открывается один из трех каналов 7, по которым рабочая жидкость из цилиндра поступает в левую камеру 4 и золотник перемещается в правое крайнее положение. Далее циклы повторяются. В момент переброски золотника из правого положения в левое поршень наносит удар по хвостовику буровой штанги. Пневмоаккумулятор 1 установлен в напорной магистрали. Величина хода поршня- ударника, энергия и частота ударов регулируются пробкой 8, при повороте которой открывается один из трех каналов 7. Технические характеристики гидроперфораторов фирмы «Атлас Копко» приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Характеристика бурильных головок (гидравлических перфораторов) фирмы «Атлас Копко» (Atlas Copco)

Размещено на Allbest.ru