Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРФОРАТОР

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано для бурения шпуров в любых многоструктурных породах с твердыми включениями, например апатитонефелиновой руды.

Известно гидропневматическое устройство ударного действия (Авторское свидетельство СССР.№713969, опубл. 05.02.1980 г.), включающее корпус, боек с наконечником, рабочий и тормозной поршни, подпружиненный золотник, переливные и управляющие каналы.

Недостатком этого устройства является то, что данное устройство способно работать только в режиме отбойного молотка и не может быть использовано для бурения.

Известен двухпоршневой перфоратор (Авторское свидетельство СССР №140228, опубл. 01.01.1961 г.), включающий корпус, два поршня, кулачковую муфту, гранбуксу, воздухораспределительное устройство и уплотнительное кольцо.

Недостаток этого устройства состоит в том, что двухмассовый ударник, которым снабжен перфоратор, снижает вибрации, передаваемые на корпус, но не способен решать задачи по повышению к.п.д. удара и интенсификации режимов бурения многоструктурных пород, состоящих из твердых и мягких компонентов.

Известен также телескопический перфоратор (Васильев В.М. Перфораторы. М.: Недра, 1989, с.48, 49) с промежуточным бойком, включающий породоразрушаюший инструмент, расположенный на штанге, корпус, воздухораспределительную систему, поршень-ударник, промежуточный боек, поворотный механизм, поворотную и концевую буксы.

Недостатком данного перфоратора является то, что неуправляемое перемещение промежуточного бойка снижает к.п.д. удара и усложняет конструкцию ствола корпуса перфоратор.

Известен перфоратор (Патент РФ №2223378, опубл. 10.02.2004 г.), содержащий породоразрушающий инструмент, корпус, с размещенным в нем поворотным механизмом и сдвоенным поршнем-ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы.

Недостатком устройства является нестабильность процесса нанесения « двойного» удара, т.к. после нанесения основного удара происходит заклинивание вспомогательного бойка в буксе, что нарушает стабильную работу перфоратора.

Известен перфоратор (Патент РФ №2444602, опубл. 21.03.2012 г), принятый за прототип, содержащий породоразрушающий инструмент, корпус, с размещенным в нем поворотным механизмом и сдвоенным ударником, включающим основной и вспомогательный бойки, воздухораспределительную систему, поворотную и концевую буксы, при этом вспомогательный боек имеет внутреннюю полость с упругим элементом, выполненную в виде сужающейся и расширяющейся частей, минимальный диаметр полости D принимают больше диаметра правой концевой части воздухопроводной трубки, а максимальный диаметр D; полости со стороны штанги выбирают из соотношения , где S₁ - площадь контакта вспомогательного бойка со штангой; S₂ - площадь торцевого сечения штанги.

Однако в рассматриваемом перфораторе в процессе работы из-за износа соприкасающихся поверхностей нарушается центрирование вспомогательного бойка относительно буксы возникает перекос вспомогательного бойка относительно поверхности буксы, что ведет к внецентренному «косому» удару последнего по штанге, с возможностью заклинивания вспомогательного бойка в буксе, что нарушает процесс «дребезга» и стабильную работу перфоратора.

Техническим результатом устройства является обеспечение надежного процесса «дребезга» вспомогательного бойка между основным бойком и штангой.

Технический результат достигается тем, что вспомогательный боек диаметра D имеет внутренние полости длиной L₁ и L₂, причем полость со стороны основного бойка, длиной L₂ и диаметра D₁<0,5D, связана с наружной поверхностью воздухоподающей трубки, центрирующей соударяющиеся боек и штангу, а полость со стороны штанги выполнена расширяющейся, причем L₂>2L₁, а торец воздухоподающей трубки имеет не менее четырех отверстий, оси которых касательны выступам расширяющейся части вспомогательного бойка, и центральное отверстие для подачи воды или воздуха. Устройство перфоратора поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - перфоратор в момент удара основного бойка по вспомогательному;

фиг.2 - вспомогательный боек;

фиг.3 - вспомогательный боек в соединении с воздухоподающей трубкой;

фиг.4 - вид на торец воздухоподающей трубки;

фиг.5 - перфоратор в конце рабочего хода.

Перфоратор (фиг.1) содержит штангу 1, с закрепленной на ней коронкой 2, корпус 3 с размещенным в нем поворотным механизмом, сдвоенный ударник, состоящий из основного 4 и вспомогательного 5 бойков, воздухораспределительную систему, включающую воздухоподающую трубку 6, регулировочный вентиль 7, поворотную 8 и концевую 9 буксы, в последнюю входит хвостовик 10 штанги 1.

Вспомогательный боек 5 (фиг.2) имеет внутреннюю полость, состоящую из двух частей. Расширяющуюся полость 11 длиной L₁ со стороны штанги и цилиндрическую полость 12 длиной L₂ со стороны основного бойка, при этом длина полости L₂>2L₁, а ее диаметр D₁<0,5D (D - диаметр вспомогательного бойка 5). Полость 12 со стороны основного бойка связана с наружной поверхностью воздухоподающей трубки 6 (фиг.3), центрирующей соударяющиеся боек 5 и штангу 1 (фиг.4). Торец воздухоподающей трубки (фиг.5) имеет не менее четырех отверстий 13 оси которых 14 касательны выступам 15 расширяющейся части вспомогательного бойка, и центральное отверстие 16 для подачи воды или воздуха (фиг.3).

Работа перфоратора осуществляется следующим образом. Воздух из воздухораспределительной системы поступает в рабочую полость 17 перфоратора, давит на основной боек 4 и заставляет его двигаться слева навстречу вспомогательному бойку 5 и штанги 1. При этом основной боек 4 наносит удар по вспомогательному бойку 5 (фиг.1), который получив ударную энергию отскакивает от него со скоростью большей, чем скорость основного бойка 4 и самостоятельно наносит удар в торец 18 штанги 1 (фиг.4). Движение бойка 5 осуществляется относительно поверхности воздухоподающей трубки 6. Так как L₂>2L₁, то весь путь до соприкосновения с торцем 18 штанги 1 вспомогательный боек совершает, находясь в контакте с поверхностью воздухоподающей трубки, которая надежно фиксирует его в осевом направлении относительно буксы 9, что исключает возможность его перекоса относительно поверхности буксы 9 и, как следствие, нанесение внецентренного «косого» удара, заклинивания в буксе и нарушения процесса «дребезга».

Поскольку боек перемещается строго вдоль своей продольной оси и надежно центрируется воздухоподающей трубкой, то воздух воздействует только на торцевую поверхность бойка.

С целью исключения «слипания» (фиг.1, фиг.5) вспомогательного бойка 5 и штанги 1 и обеспечения надежного отскока бойка от штанги в конце рабочего хода давление в полости со стороны штанги должно быть больше, чем давление со стороны основного бойка, что обеспечивается наличием в воздухоподающей трубке не менее четырех отверстий, оси которых касательны выступам расширяющейся части вспомогательного бойка, и центральное отверстие для подачи воды или воздуха для продувки шпура. При этом давление со стороны основного бойка регулируется вентилем 7.

В конце рабочего хода (фиг.5) вспомогательный боек за счет обеспечения разности давлений отскакивает от штанги и движется в обратном направлении, скользя по поверхности воздухоподающей трубки навстречу основному бойку, продолжающему свой ход на встречу штанге. Далее процесс повторяется. Возникает эффект «дребезга», состоящий из серии повторяющихся кратковременных соударений вспомогательного бойка 5 со сближающимися основным бойком 4 и штангой 1.