RU2062876C1 - Device for drilling - Google Patents

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: elastic member is made in the form of spiral spring secured by one end from a spindle. Another end of the spring is secured to the tail of drilling tool. EFFECT: higher speed of drilling. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к машинам для вращательно-импульсного бурения шпуров и скважин. The invention relates to the mining industry, in particular to machines for rotational-pulse drilling of holes and wells.

В горнотехнической литературе нет четкого определения для вращательно-импульсного бурения. Этим термином обозначают и вращательное бурение и с периодически прикладываемым импульсом силы в осевом направлении, и вращательное бурение с переменной угловой скоростью вращения инструмента. В данном случае имеется в виду последнее. In the mining literature there is no clear definition for rotary-pulse drilling. This term refers to both rotary drilling and with a periodically applied impulse of force in the axial direction, and rotary drilling with a variable angular velocity of rotation of the tool. In this case, the latter is meant.

В качестве прототипа для предлагаемого изобретения выбран гидравлический патрон для буровых станков no авт. свид. СССР N 282217. Указанный патрон содержит связанный с механизмом вращения шпиндель, в котором устанавливается бурильная труба. Между бурильной трубой и шпинделем размещен упругий элемент, предназначенный для передачи вращения от шпинделя к бурильной трубе /инструменту/. В качестве упругого элемента использована пружина. Такой патрон не обеспечивает возможности сколько-нибудь существенного углового смещения инструмента относительно шпинделя. As a prototype for the present invention, a hydraulic chuck for drilling rigs no ed. testimonial. USSR N 282217. The specified cartridge contains associated with the rotation mechanism of the spindle in which the drill pipe is installed. Between the drill pipe and the spindle there is an elastic element designed to transmit rotation from the spindle to the drill pipe / tool /. As an elastic element, a spring is used. Such a chuck does not provide the possibility of any significant angular displacement of the tool relative to the spindle.

В основу изобретения положена задача создать устройство для бурения, конструкция которого обеспечивает адаптивную вариацию скорости вращения по отношению к процессу циклического разрушения породы в забое шпура. The basis of the invention is the creation of a device for drilling, the design of which provides an adaptive variation of the rotational speed with respect to the cyclic destruction of the rock in the bottom hole.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в устройстве для бурения, содержащем механизм вращения со шпинделем, в котором размещен хвостовик бурового инструмента, причем между шпинделем и хвостовиком расположен упругий элемент, передающий вращение от шпинделя к инструменту, упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, один конец которой закреплен на шпинделе, а другой на хвостовике бурового инструмента. According to the invention, this problem is solved in that in a drilling device comprising a rotation mechanism with a spindle, in which the shank of the drilling tool is located, and between the spindle and the shank there is an elastic element transmitting rotation from the spindle to the tool, the elastic element is made in the form of a spiral spring, one end of which is fixed on the spindle, and the other on the shank of the drilling tool.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для бурения, разрез. The drawing shows a diagram of the proposed device for drilling, section.

Полый шпиндель 1 связан с механизмом вращения. В полости шпинделя 1 располагается хвостовик 2 штанги, на другом конце которой закреплен резец /коронка/, контактирующий с породой. Между шпинделем 1 и хвостовиком 2 расположен передающий крутящий момент упругий элемент, например спиральная пружина 3, установленная соосно с хвостовиком 2. Один конец пружины 3 жестко закреплен на шпинделе 1, а другой на хвостовике 2. The hollow spindle 1 is connected to the rotation mechanism. In the cavity of the spindle 1 is a shank 2 of the rod, on the other end of which is fixed a cutter / crown / in contact with the rock. Between the spindle 1 and the shank 2 there is a torque-transmitting elastic element, for example a coil spring 3 mounted coaxially with the shank 2. One end of the spring 3 is rigidly mounted on the spindle 1, and the other on the shank 2.

Устройство действует следующим образом. The device operates as follows.

Под действием активного момента вращения М_а шпиндель совершает непрерывное вращение с постоянной угловой скоростью ω_a. С помощью пружины 3 вращение передается штанге, на которой находится резец, преодолевающий реактивный момент сопротивления разрушаемой породы М_р. Во время наибольшего сжатия породы, перед сколом, М_а М_р и пружина 3 находится в состоянии полного сжатия /закручивания/.Under the action of the active torque M _{a, the} spindle rotates continuously with a constant angular velocity ω _a . Using the spring 3, the rotation is transmitted to the rod, on which the cutter is located, overcoming the reactive moment of resistance of the rock being destroyed M _p . During the greatest compression of the rock, before cleavage, M _a M _p and spring 3 is in a state of complete compression / twisting /.

Посла скола породы сопротивление ее перед резцом резко падает и М_а>М_р, вследствие чего эластичный элемент, растягиваясь /раскручиваясь/, быстро проворачивает вперед инструмент до тех пор, пока на возрастает М_р. В этот момент инструмент остановится, а шпиндель начнет сжимать эластичный элемент /закручивать пружину/ до тех пор, пока не сравняются вращающие моменты М_а М_р, после чего снова начнется сжатие породы, образование ядра уплотнения и скол участка породы, вследствие чего падает М_р, и т.д. В течение этого цикла во время сжатия эластичного элемента /закручивания пружины/ инструмент будет иметь минимальную угловую скорость, близкую к нулю, вследствие чего, как указывалось выше, инструмент совершит наибольшее осевое внедрение в породу. Это в свою очередь приведет к увеличению толщины стружки и при неизменном числе оборотов к увеличению скорости бурения.After cleavage of the rock, its resistance in front of the cutter drops sharply and M _a > M _r , as a result of which the elastic element, stretching / unwinding /, quickly turns the tool forward until M _r increases. At this moment, the tool will stop, and the spindle will begin to compress the elastic element / tighten the spring / until the torques M _a M _r equalize, after which the rock begins to compress again, the core of compaction forms and the cleavage of the rock section, as a result of which M _r , etc. During this cycle, during compression of the elastic element / tightening of the spring / tool will have a minimum angular velocity close to zero, as a result of which, as mentioned above, the tool will make the greatest axial penetration into the rock. This in turn will lead to an increase in chip thickness and, at a constant speed, an increase in drilling speed.

Расчет конструктивных размеров эластичного элемента должен обеспечить наибольшую скорость растяжения /раскручивания /эластичного элемента на участке свободного /с М_р/ движения резца.Calculation of the structural dimensions of the elastic element should provide the highest speed of stretching / unwinding / elastic element in the area of free / s M _r / movement of the cutter.

Claims (2)

1. Устройство для бурения, содержащее механизм вращения со шпинделем, буровой инструмент, размещенный в шпинделе и установленный между шпинделем и инструментом с возможностью передачи вращения, упругий элемент в виде пружины, один конец которой закреплен на шпинделе, отличающееся тем, что второй конец пружины закреплен на буровом инструменте. 1. A drilling device comprising a rotation mechanism with a spindle, a drilling tool located in the spindle and mounted between the spindle and the tool with the possibility of transmitting rotation, an elastic element in the form of a spring, one end of which is fixed to the spindle, characterized in that the second end of the spring is fixed on a drilling tool. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде спиральной цилиндрической пружины. 2. The device according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a coil spring.