Буровая коробка шахтного бура

 

Изобретение относится к области бурения, в частности к конструкции буровой коробки шахтного бура. Буровая коробка шахтного бура содержит привод, состоящий из источника вращательного движения и связанного с ним устройства с узлом зажимного патрона для приведения во вращение и крепления съемного инструмента для горных работ, хвостовик которого выполнен стержневым. Узел зажимного патрона включает в себя шпиндель, цанговый зажим и цангу. Шпиндель выполнен в виде цилиндрической втулки с наружной резьбой на конце, цанговый зажим выполнен в виде кольцеобразного корпуса с резьбовым отверстием, предназначенным для образования резьбового соединения со шпинделем, а цанга расположена внутри втулки, при этом цанга установлена с возможностью осевых перемещений внутри втулки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области бурения, а более точно к буровой коробке шахтного бура, предназначенного для крепления в нем съемного инструмента для горных работ, используемого для операций болтового крепления и бурения кровли и забоя.

Этот инструмент имеет рабочий конец и стержневой элемент. Используемый здесь термин "шахтный бур" относится к врубовой машине, предназначенной для приведения во вращение инструмента для горных работ. Хорошо известные инструменты для горных работ, обычно используемые в шахтном буре, включают в себя кровельные болты и гаечные ключи, предназначенные для операций болтового крепления кровли, и буровые коронки, предназначенные для осуществления бурения кровли и забоя, и им подобные. Инструмент для горных работ оперативно подсоединен к буровой коробке шахтного бура посредством охватываемой или охватывающей механической муфты сцепления. Например, конец стержневого хвостовика включает в себя охватываемую соединительную часть для сцепления с имеющей аналогичную конфигурацию охватывающей соединительной частью, связанной с буровой коробкой шахтного бура. При работе вращательная энергия передается инструменту для горных работ через механическую муфту сцепления стержневого хвостовика инструмента для горных работ к буровой коробке шахтного бура.

Ранее известные буровые коробки шахтного бура требуют для передачи вращательной энергии инструменту для горных работ механического соединения типа муфты сцепления, как описано выше. Следует понимать, что из-за того, что известные шахтные буры требуют механического соединения типа муфты сцепления, различные инструменты для горных работ, охватывающие соединительные части различных размеров, нельзя использовать на одном и том же шахтном буре без использования адаптивной муфты сцепления для обеспечения правильной подгонки и механической блокировки. В соответствии с этим, для обеспечения правильной подгонки и механической блокировки между охватывающей соединительной частью выбранного размера буровой коробки и охватываемой соединительной частью другого размера инструмента для горных работ, буровую коробку шахтного бура можно либо заменить другой буровой коробкой, имеющей охватывающую соединительную часть или охватываемую соединительную часть буровой коробки соответствующего размера, либо шахтный бур можно заменить имеющей соответствующий размер соединительной частью с целью приспособления охватываемой соединительной части стержневого хвостовика. Замена буровой коробки шахтного бура или замена охватывающей соединительной части буровой, коробки шахтного бура приводит к чрезмерной потере времени при осуществлении бурения и приводит к неэффективности при бурении рабочей поверхности или установке болта шахтной кровли в забое шахты.

В известном патенте раскрыта буровая коробка шахтного бура, содержащая привод, состоящий из источника вращательного движения и связанного с ним устройства с узлом зажимного патрона для приведения во вращение и крепления съемного инструмента для горных работ, хвостовик которого выполнен стержневым. Для крепления бура используется цанга в узле зажимного патрона. Однако эта буровая коробка предназначена для промышленного применения. Кроме того, для отпускания или затягивания цанговой гайки, необходимо осуществлять сцепление зубьев на цанговой гайке с прямолинейной зубчатой рейкой, внешней относительно буровой коробки.

Дополнительно к вышеупомянутым проблемам, во многих случаях во время действия бурения или установки болта шахтной кровли, стержневой хвостовик отсоединяется от буровой коробки шахтного бура вследствие отклонения стержневого хвостовика во время операции бурения, потому что ось отверстия, образованного бурением, находится не на одной прямой с центральной осью охватывающей соединительной части буровой коробки шахтного бура. Как только стержневой хвостовик отсоединится от буровой коробки шахтного бура, он может оказаться расположенным в пробуренном отверстии, так что повторное подсоединение хвостовика к буровой коробке шахтного бура можно осуществить только методом его изъятия из пробуренного отверстия и реверсирования энергии для изъятия хвостовика из пробуренного отверстия. Повторное крепление буровой коробки шахтного бура к стержневому хвостовику представляет трудоемкий и занимающий много времени процесс, который требует ручного осевого выравнивания охватывающей и охватываемой соединительных частей, часто на малой площади.

Известно, что каждая из вышеуказанных проблем, наряду с различными другими проблемами, присущими устройству механической муфты сцепления известных шахтных буров и инструментов для горных работ, оказывают неблагоприятное влияние на скорость и эффективность соединения инструмента для горных работ с буровой коробкой шахтного бура, неблагоприятно действуя, таким образом, на производительность ведения горных работ.

Техническим результатом изобретения является увеличение скорости и эффективности соединения съемного инструмента для горных работ с буровой коробкой шахтного бура; обеспечение использования одной и той же буровой коробки шахтного бура со стержневыми хвостовиками съемного инструмента, имеющими различные размеры диаметров и конфигурации поперечных сечений.

Этот технический результат достигается тем, что в буровой коробке шахтного бура, содержащей привод, состоящий из источника вращательного движения и связанного с ним устройства с узлом зажимного патрона для приведения во вращение и крепления съемного инструмента для горных работ, хвостовик которого выполнен стержневым, согласно изобретению, узел зажимного патрона включает в себя шпиндель, цанговый зажим и цангу, причем шпиндель выполнен в виде цилиндрической втулки с наружной резьбой на конце, цанговый зажим выполнен в виде кольцеобразного корпуса с резьбовым отверстием, предназначенным для образования резьбового соединения со шпинделем, а цанга расположена внутри втулки, при этом цанга установлена с возможностью осевых перемещений внутри втулки.

Вышеописанный узел зажимного патрона можно использовать с буровыми коробками шахтного бура машины болтового крепления шахтной кровли, или стенок выработки, или бурильной машины забоя для непосредственного зажатия стержневого хвостовика инструмента для горных работ вместо использования устройства механической муфты сцепления. Этот узел зажимного патрона позволяет также одну и ту же буровую коробку шахтного бура использовать со стержневыми хвостовиками, имеющими различные размеры диаметров и конфигурации поперечных сечений, без необходимости использования переходной муфты или изменения охватываемой части муфты стержневого хвостовика.

Узел зажимного патрона обеспечивает также механическое выравнивание оси стержневого хвостовика относительно оси буровой коробки шахтного бура, не требуя ручного выравнивания оси стержневого хвостовика и буровой коробки и ручного соединения каждой охватываемой и охватывающей механической муфты, как это выполнялось раньше. Узел зажимного патрона позволяет осуществлять быстрое механическое выравнивание буровой коробки шахтного бура и стержневого хвостовика посредством равномерного сжатия блока зажимного патрона вокруг стержневого хвостовика с достаточной силой для зажатия хвостовика, автоматически выравнивая тем самым ось хвостовика и буровой коробки шахтного бура для обеспечения возможности при необходимости вращать стержневой хвостовик или изымать его из пробуренного отверстия.

Предпочтительно, чтобы часть отверстия по длине втулки со стороны резьбового конца была выполнена конической.

Целесообразно, чтобы втулка была снабжена упорной шайбой, предназначенной для ограничения осевого перемещения хвостовика инструмента. Она может также иметь фланец, предназначенный для крепления узла зажимного патрона в корпусе устройства. На фланце может быть выполнен кольцевой выступ, а в корпусе устройства - ответная кольцевая проточка, предназначенные для уплотнения шпинделя относительно корпуса устройства.

Желательно, чтобы кольцеобразный корпус цангового зажима был снабжен фланцем с распределенными по периферии в радиальном направлении выступами, причем в резьбовом отверстии была выполнена кольцевая профилированная проточка, предназначенная для взаимодействия с ответным кольцевым выступом, выполненным на цанге, и обеспечения фиксации цанги относительно цангового зажима.

Предпочтительно также, чтобы резьба была выполнена на части отверстия корпуса цангового зажима, при этом отверстие имело ступенчатый профиль для образования кромки, предназначенной для взаимодействия элементов фиксации цанги относительно цангового зажима при навинчивании цангового зажима на резьбовой конец втулки.

Можно, чтобы резьба была выполнена ниже кромки ступенчатого отверстия.

Целесообразно, чтобы минимальный внутренний диаметр ступенчатого отверстия был меньше минимального внешнего диаметра цанги в сжимаемой ее части.

Предпочтительно, чтобы буровая коробка шахтного бура дополнительно включала в себя средство предотвращения вращения цангового зажима, предназначенное для навинчивания цангового зажима на резьбовой конец шпинделя при неподвижном положении этого зажима.

Желательно, чтобы средство предотвращения вращения цангового зажима было выполнено в виде защелки, установленной на корпусе устройства и предназначенной для взаимодействия с выступами фланца цангового зажима.

При работе шпиндель узла зажимного патрона, как описано выше, оперативно соединен с буровой коробкой. Затем цанга располагается внутри отверстия втулки. После этого цанговый зажим располагается для сцепления посредством резьбы с резьбовым концом шпинделя. Затем стержневой хвостовик инструмента для горных работ вставляют через отверстие цангового зажима во внутреннее отверстие цанги, а цанговый зажим навинчивают на конец втулки, сжимая тем самым цангу внутри отверстия втулки для равномерного замыкания цанги вокруг стержневого хвостовика инструмента для горных работ. Цанговый зажим навинчивают на конец втулки посредством фиксирования вращения цангового зажима, а затем вращения шпинделя для сцепления посредством резьбы цангового зажима. После равномерного сжатия цанги вокруг стержневого хвостовика цанговый зажим отпускается и обеспечивается возможность свободного вращения шпинделя, так как шпиндель принудительно вращается буровой коробкой шахтного бура.

Дополнительные особенности и другие цели и преимущества изобретения станут ясными из последующего подробного описания изобретения.

На фиг. 1 представлена буровая коробка шахтного бура, изометрический вид, согласно изобретению; на фиг. 2 - вид в поперечном сечении по линии II-II шахтного бура, на фиг. 1; на фиг. 3 - изометрический вид на фиг. 1 узла зажимного патрона в разобранном виде.

На фиг. 1 - 3 показана буровая коробка 1 и узел 2 зажимного патрона шахтного бура большого размера (не показан). Шахтный бур может быть приводимой в действие гидравлическим или пневматическим способом бурильной машиной шахтного забоя или машиной крепления болтами стенок выработки, как хорошо известно в технике. Например, шахтный бур может представлять модель ДДО Флетчера, или шахтную буровую коробку модели RR2, или шахтную буровую коробку Аимко модели 320, 370 либо 3510.

В узле 2 зажимного патрона буровой коробки 1 шахтного бура закреплен съемный инструмент 3 для горных работ. Инструмент 3 для горных работ включает в себя рабочий конец и стержневой хвостовик 5. Стержневой хвостовик 5 может быть выполнен любыми подходящими диаметрами и разных форм поперечного сечения, а рабочий конец 4 может быть любого типа, сконструированного для выполнения предназначенной функции. Например, как показано на фиг. 3, инструмент 3 для горных работ может включать в себя полый стержневой хвостовик 5, имеющий шестиугольное поперечное сечение, изготовленный из подходящего материала, и колонковую буровую коронку обычной конструкции, прикрепленную к одному концу стержневого хвостовика, предназначенную для бурения отверстий в рабочей поверхности, такой как скальный пласт в кровле штрека шахты для установки кровельных болтов или размещения зарядов взрывчатого вещества. Следует понимать, что стержневой хвостовик может состоять также из стержневого элемента болта шахтной кровли обычной конструкции, предназначенного для удержания части шахтной кровли.

Буровая коробка 1 шахтного бура содержит привод, состоящий из источника 6 вращательного движения и связанного с ним устройства 7 с узлом 2 зажимного патрона для приведения во вращение и крепления съемного инструмента 3 для горных работ.

Источник 6 вращательного движения содержит гидромотор (не показан), расположенный в герметическом подходящем контейнере для предотвращения влияния на работу гидромотора обломков и других подобных материалов. Гидромотор оперативно связан с устройством 7, которое, в свою очередь, подсоединено к узлу 2 зажимного патрона посредством соответственного механического сцепления или системы привода (не показан) для передачи вращательного движения от гидромотора к узлу 2 зажимного патрона. Следует понимать, что устройство 7 также заключено в корпус, имеющий съемную крышку 8. Этот корпус предназначен для предотвращения влияния на работу устройства 7 обломков и подобных элементов. Для целей краткости изложения и четкости дополнительные детали конструкции и оперативного соединения между источником 6 вращательного движения и устройством 7 не представлены ввиду того, что эти детали обычные и, как правило, специалистам в данной области, техники известны.

В полости 9, образованной под крышкой 8 корпуса устройства 7 расположен узел 2 зажимного патрона. Узел 2 зажимного патрона включает в себя шпиндель 10, цангу 11 и цанговый зажим 12.

Шпиндель 10 обычно включает в себя цилиндрическую втулку 13, имеющую фланец 14 и кольцо 15. Втулка 13 имеет отверстие 16, проходящее на выбранное расстояние от кольца 15 до нижнего конца 17 втулки. В предпочтительном варианте осуществления отверстие 16 проходит по продольной длине втулки 13 от кольца 15 до нижнего конца 17 втулки. Отверстие 16 втулки 13 может быть выполнено коническим от кольца 15 вниз на выбранное расстояние к нижнему концу 17 втулки. Отверстие 16 обеспечивает возможность удаления образованных в результате действия бурения осколков и подобных элементов через стержневой хвостовик 5 и через буровую коробку известным в технике способом. Рядом с самым нижним протяжением конического отверстия 16 находится упорная шайба 18, закрепленная поперек продольной длины отверстия 16, предназначенная для предотвращения дальнейшего опускания вниз стержневого хвостовика 5 во втулке 13. В альтернативном варианте осуществления упорная шайба 18 может быть выполнена в виде цанги 11. Вокруг периферии втулки 13 рассредоточены образованные вертикальные прорези 19, предназначенные для обеспечения мехнического сцепления и передачи вращательного движения от вала через механическое сцепление шпинделю 10.

Верхний конец втулки 13 поддерживается кольцом 15. Кольцо 15 может быть образовано в виде части втулки 13, или оно может быть образовано в виде отдельного элемента, прикрепленного к втулке 13. Вокруг периферии наружной поверхности кольца 15 выполнена резьба 20, предназначенная для сцепления с цанговым зажимом 12, что более полно описывается здесь. В предпочтительном варианте осуществления резьба 20 кольца 15 расположена выше верхней поверхности крышки 8 корпуса устройства 7.

К периферии кольца 15 втулки 13 прикреплен фланец 14. Фланец 14 имеет форму диска и выступает в радиальном направлении во внешние стороны от нижнего конца кольца 15. Кольцевой выступ 21 направлен вниз от нижней поверхности фланца 14. При сборке втулку 13 шпинделя 10 располагают внутри полости 9, образованной в крышке 8 корпуса устройства 7 таким образом, чтобы фланец 14 шпинделя вращался выше полости 9, а кольцевой выступ 21 вращался в кольцевой проточке 22, выполненной в крышке 8 корпуса устройства 7, уплотняя тем самым внешнюю периферию шпинделя 10 относительно корпуса устройства 7 и поддерживая шпиндель 10 в полости 9.

В отверстии 16 втулки 13 расположена и выравнена в осевом направлении с осью втулки 13 цанга 11. Цанга 11 имеет обычную конструкцию, включающую участок 23 переднего конца, содержащий закраину 24, и находящийся напротив конусообразный участок 26 заднего конца, и рассредоточенные по окружности вертикальные ребра 27, разделенные друг от друга прорезями, которые окружают внутреннее отверстие 28. Прорези идут в вертикальном направлении по существу по всему расстоянию между крайними концами 23 и 26 цанги 11 и проходят полностью через соответствующий конец цанги. Следует понимать, что эта конструкция позволяет осуществлять сжатие в радиальном направлении цанги 11, с целью удержания в ней стержневого хвостовика 5 инструмента 3 для горных работ.

Цанговый зажим 12 навинчивают на кольцо 15 втулки 13. Цанговый зажим 12 включает в себя кольцеобразный корпус 29, имеющий фланец 30, содержащий распределенные по периферии в радиальном направлении выступы 31. Внутри кольцеобразного корпуса 29 выполнено отверстие 32, ось которого выравнена по центру с осью внутреннего отверстия 28 цанги 11. На внутренней боковой стенке отверстия 32 выполнена кольцевая профилированная проточка 33, предназначенная для сцепления с нижней частью закраины 24 участка 23 переднего конца цанги 11 с целью удержания цанги 11 в фиксированном положении относительно цангового зажима 12. Отверстие 33 имеет ступенчатый профиль поперечного сечения, создающий кромку 34, предназначенную для сцепления участка 23 переднего конца цанги 11 при навинчивании цангового зажима 12 на кольцо 15. Как показано на фиг 2, предпочтительно только часть отверстия 32 ниже кромки 34 имеет резьбу для сопряжения с внешней резьбой 20 кольца 15.

В предпочтительном варианте осуществления минимальный внутренний диаметр отверстия 32 цангового зажима 12 меньше минимального внешнего диаметра цанги 11 в сжимаемой ее части, что необходимо для удержания цанги 11 на месте и ее сжимания, но все же этот диаметр достаточен для размещения стержневого хвостовика 5. Кроме того, внешний диаметр цанги 11 должен иметь соответствующий размер относительно внутреннего диаметра втулки 13, чтобы обеспечивать возможность цанге 11 сжиматься в радиальном направлении внутрь при движении цанги 11 в осевом направлении вниз по отверстию 16 втулки 13.

При работе стержневой хвостовик 5 инструмента 3 для горных работ вставляют в отверстие 28 между ребрами цанги 11 узла 2 зажимного патрона и в отверстие 16 втулки 13 до положения упора нижней части хвостовика 5 в упорную шайбу 18. Затем цанговый зажим 12 фиксируется от возможности вращательного движения на месте. Цанговый зажим 12 можно фиксировать от вращательного движения на месте любым подходящим способом, например, посредством расположения гаечного ключа вокруг фланца 30. В предпочтительном варианте осуществления за выступ 31 цангового зажима 12 зацепляет защелка 35, предотвращая тем самым вращение цангового зажима 12. Защелка 35 скользит в радиальном направлении в корпус 36, прикрепленный к крышке 8 корпуса устройства 7 посредством ручного приведения в действие ручки 37. Следует отметить, что для улучшения эффективности работы защелку 35 можно также автоматизировать, как это известно специалистам в данной области техники.

После фиксирования от вращения цангового зажима 12 приводится в действие гидромотор, вызывающий вращение и соединение посредством резьбы шпинделя 10 с цанговым зажимом 12. После соединения шпинделя 10 и цангового зажима 12 осуществляется радиальное сжатие цанги 11 внутри верхнего отверстия 16 шпинделя 10 благодаря противодействию кромки 34 цангового зажима 12 и усилию конусообразного участка 26 заданного конца цанги 11 относительно боковых стенок отверстия 16 втулки 13. После того, как ребра цанги 11 достаточно сожмутся вокруг стержневого хвостовика 5 для обеспечения возможности вращения хвостовика 5, создается возможность свободного вращения цангового зажима 12, при этом шпиндель 10 и инструмент 3 для горных работ можно использовать по их назначению.

Для расцепления хвостовика 5 инструмента 3 для горных работ от цанги 11 повторяется вышеописанная процедура, только направление вращения шпинделя 10 реверсируется посредством реверсирования вращения источника вращательного движения. Реверсирование направления вращения шпинделя 10 отвинчивает цанговый зажим 12 со шпинделя 10 и позволяет цанге 11 расшириться во втулке 13.

Следует помнить, что вследствие равномерного смыкания ребер цанги 11 вокруг хвостовика 5, центральная ось хвостовика 5 выравнивается по центру с центральной осью шпинделя 10, так что ручного выравнивания каждой из отдельных механических муфт сцепления известных коробок шахтного бура и инструментов для горных работ больше не требуется. Благодаря этому по существу увеличивается эффективность бурения и снижается стоимость горных дел. Кроме того, вышеописанный узел 2 зажимного патрона обеспечивает шахтному буру универсальность в отношении применения стержневых хвостовиков 5, имеющих широкий диапазон размеров и типов. Более того, вследствие того, что узел 2 зажимного патрона собирается из отдельных элементов, блок зажимного патрона можно быстро и эффективно заменять при повреждении посредством простой замены поврежденного элемента.

Формула изобретения

1. Буровая коробка шахтного бура, содержащая привод, состоящий из источника вращательного движения и связанного с ним устройства с узлом зажимного патрона для приведения во вращение и крепления съемного инструмента для горных работ, хвостовик которого выполнен стержневым, отличающаяся тем, что узел зажимного патрона включает в себя шпиндель, цанговый зажим и цангу, причем шпиндель выполнен в виде цилиндрической втулки с наружной резьбой на конце, цанговый зажим выполнен в виде кольцеобразного корпуса с резьбовым отверстием, предназначенным для образования резьбового соединения со шпинделем, а цанга расположена внутри втулки, при этом цанга установлена с возможностью осевых перемещений внутри втулки.

2. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что часть отверстия по длине втулки со стороны резьбового конца выполнена конической.

3. Коробка по п.2, отличающаяся тем, что втулка снабжена упорной шайбой, предназначенной для ограничения осевого перемещения хвостовика инструмента.

4. Коробка по п. 3, отличающаяся тем, что втулка снабжена фланцем, предназначенным для крепления узла зажимного патрона в корпусе устройства.

5. Коробка по п.4, отличающаяся тем, что на фланце выполнен кольцевой выступ, а в корпусе устройства - ответная кольцевая проточка, предназначенная для уплотнения шпинделя относительно корпуса устройства.

6. Коробка по п.5, отличающаяся тем, что кольцеобразный корпус цангового зажима снабжен фланцем с распределенными по периферии в радиальном направлении выступами, причем в резьбовом отверстии выполнена кольцевая профилированная проточка, предназначенная для взаимодействия с ответным кольцевым выступом, выполненным на цанге, и обеспечения фиксации цанги относительно цангового зажима.

7. Коробка по п.6, отличающаяся тем, что резьба выполнена на части отверстия корпуса цангового зажима, при этом отверстие имеет ступенчатый профиль для образования кромки, предназначенной для взаимодействия элементов фиксации цанги относительно цангового зажима при навинчивании цангового зажима на резьбовой конец втулки.

8. Коробка по п.7, отличающаяся тем, что резьба выполнена ниже кромки ступенчатого отверстия.

9. Коробка по п.8, отличающаяся тем, что минимальный внутренний диаметр ступенчатого отверстия меньше минимального внешнего диаметра цанги в сжимаемой ее части.

10. Коробка по п.9, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средство предотвращения вращения цангового зажима, предназначенное для навинчивания цангового зажима на резьбовой конец шпинделя при неподвижном положении этого зажима.

11. Коробка по п.10, отличающаяся тем, что средство предотвращения вращения цангового зажима выполнено в виде защелки, установленной на корпусе устройства и предназначенной для взаимодействия с выступами фланца цангового зажима.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3