Исполнительный орган и породоразрушающий инструмент
Буровой инструмент ударно-вращательных станков представляет собой систему из исполнительного органа, обеспечивающего создание раз- рушающих нагрузок на горную породу – погружной пневмоударник, и устройства для передачи усилий на забой скважины – штанги и долота.
Погружные пневмоударники работают на сжатом воздухе или воз- душно-водяной смеси, Энергию разрушения, на забой скважины создаёт поршень-ударник, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе пневмоударника и при рабочем ходе наносит удар по хвостовику долота (коронке).
Пневмоударники классифицируются следующим образом:
по кинематике – однопоршневые и многопоршневые;
по способу воздухораспределения – клапанные, бесклапанные, зо- лотниковые;
по системе выхлопа отработанного воздуха – с выхлопом на забой скважины, с комбинированным выхлопом (на стенки и забой скважины);
по характеру подачи сжатого воздуха в камеру обратного хода – пневмоударники с центральной распределительной трубой или через хво- стовик поршня (безрубашечные конструкции), пневмоударники с наруж- ными клапанами в цилиндре (рубашечной конструкции). Большое распро- странение получил первый тип пневмоударников – безрубашнчной кон- струкции. В таких пневмоударниках увеличена рабочая площадь поршня- ударника, а, следовательно, энергия удара.
Недостаток пневмоударников рубашечного типа – низкая стойкость из-за выхода из строя рубашки вследствие трения корпуса о стенки скважины. На ударно-вращательных станках применяются погружные пневмо- ударники клапанного и особенно бесклапанного типа. По конструкции пневмоударники изготавливаются двух типов – для подземных горных ра- бот (индекс ПП) и для открытых горных работ (индекс П). Цифра, стоящая за буквами, указывает на диаметр скважины в миллиметрах, а следующая за ними – ударную мощность в киловаттах.
На станках ударно-вращательного бурения для открытых горных ра- бот применяют погружные пневмоударники П-105К, П-125К, П-160А и их модификации П-110-2,5 и П-130-4,0 производства Кыштымского машиностроительного завода.
Основные параметры, определяющие эффективность работы пневмоударников, – энергия единичного удара по буровому инструменту и частота ударов.
Пневмоударники всех типоразмеров Кыштымского завода имеют общий принцип конструкции. Корпус-цилиндр 6 (рис. 6. 38) с обеих сто- рон снабжён внутренней резьбой, на наружной поверхности имеются лыски под ключ.
Поршень-ударник 5 имеет две наружные посадочные поверхности, центрируемые и направляемые внутренней поверхностью цилиндра и бук- сой 2. Подача сжатого воздуха в рабочие камеры пневмоударника и его выпуск осуществляется движущимся поршнем-ударником и распредели- тельной трубкой 8. Буровая коронка 1 подвижно крепится к пневмоудар- нику с помощью четырёх шариков 21, уложенных в гнезда буксы 2. Гнезда имеют заплечики, удерживающие шарик от выпадания. Снаружи шарики закрыты центрирующим кольцом 3. Гнездо буксы выполнено в виде паза, а на хвостовике коронки имеются (выходяшие на конец хвостовика) глухие канавки. В промежуточном положении коронка поворачивается, и шарики попадают в глухие канавки, в результате коронка соединяется с буксой. Крутящий момент на коронку от пневмоударника передаётся через шари- ки. При этом обеспечивается свободное перемещение коронки относи- тельно пневмоударника в осевом направлении.Снижение трения хвостови- ка о корпус обеспечивается перекатыванием шариков по глухим пазам хвостовика, что способствует повышению производительности пневмо- ударника на 20-30% по сравнению с конструкциями, имеющими шлицевое или шпоночное крепление. Кольцо 3 центрирует буровую коронку в буксе 2 и является внешней обоймой для шариков.
Пневмоударник соединяется со штангой с помощью переходника 12, в который вставлена распределительная трубка 8, опирающаяся на седло
10. Продольное перемещение распределительной трубки на 0,3-0,6 мм при регулировке пневмоударника осуществляется с помощью резьбового со- единения между переходником 12 и ниппелем 11. Сжатый воздух по буро- вому ставу штанг через переходник 12 поступает в распределительную трубку 8, затем через радиальное отверстие 9 во внутреннюю кольцевую проточку 15 поршня-ударника. Далее воздух через продольный канал 16 попадает в нижнюю рабочую камеру 17 обратного хода, имеющую в этот момент замкнутый объем. Поршень ударника под давлением сжатого воз- духа начинает движение вверх (на рисунке – вправо). В этот момент верх- няя рабочая камера 14 через наружный канал 16, полость 18 и канал 7
поршня-ударника, канал 4 бурового долота сообщена с атмосферой. При движении вверх клапан 9 распределительной трубки 8 перекрывается поршнем-ударником. Поступление сжатого воздуха в нижнюю камеру 17 прекращается. Далее поршень-ударник движется за счёт расширения сжа- того воздуха, открывая цилиндрическим концом кольцевую проточку 20 буксы 2.
Отработанный сжатый воздух из камеры 17 через канал 19, кольце- вую проточку 20, центральный канал долота 4 выбрасывается на забой скважины. Одновременно канал 9 распределительной трубки 8 сообщается с внутренней камерой 18 поршня-ударника, а цилиндрический конец рас- пределительной трубки входит в центральный канал 7 поршня-ударника. Верхняя рабочая камера 14 перекрывается от атмосферы и сжатый воздух из распределительной трубки через канал 9, внутреннюю полость 18, наружный канал 16 поршня-ударника поступает в верхнюю рабочую каме- ру 14. По инерции поршень движется вверх, тормозится и начинает дви- жение вниз (на рисунке – влево). При этом конец распределительной труб- ки выходит из канала 7, открывая внутреннюю камеру 18 поршня- ударника. Отработанный воздух из верхней камеры 14, через канал порш- ня-ударника и канал 4 долота выбрасывается на забой скважины одновре- менно с ударом поршня-ударника по хвостовику долота. В этот момент ударный конец поршня-ударника перекрывает цилиндрическую проточку 20 буксы 2, замыкая камеру 17 обратного хода. Сжатый воздух из распре- делительной трубки 8 через канал 9, внутреннюю проточку 15, наружный канал 16 поршня-ударника поступает в нижнюю камеру 17. В дальнейшем цикл повторяется. Соединение корпуса цилиндра с буксой и переходником осуществляется с помощью винтовой проволоки 13.
При бурении в разрушенных и трещиноватых породах в конце распределительной трубки сверлится калиброванное отверстие, через которое сжатый воздух из распределительной трубки по каналу поршня-ударника и центральный канал бурового долота поступает на забой скважины, обеспечивая интенсивное удаление буровой мелочи и возмещая утечки воздуха по трещинам на забое. При этом происходит некоторое снижение мощности пневмоударника из-за снижения давления сжатого воздуха в распределительной трубке