Устройство для пробивания отверстий в крепких породах

 

Изобретение относится к области горной промышленности и строительства и предназначено для пробивания отверстий в крепких породах. Кроме того, может быть использовано в качестве средства ударного воздействия на различные объекты с целью их разрушения. Высокий эффект пробивания достигается за счет ступенчатого наращивания скорости ударномго элемента под действием расширяющегося сжатого воздуха высокого давления. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для пробивания отверстий в твердых породах, включающем скомпонованные в единый многоступенчатый став патроны, корпуса которых, начиная от хвостового, выполнены в виде комбинированных направляющих стволов с размещением в направляющих стволах предыдущих патронов корпусов впереди идущих, установлен механизм импульсного истечения воздуха, а каждый из патронов выполнен пневматическим с рабочей и вспомогательной камерами, разделенным, имеющим центральный канал с обратным клапаном, дифференциальным золотником, перекрывающим выхлопные отверстия в корпусе патрона, а направляющие стволы каждого патрона изолированы от рабочей камеры перемычкой, при этом рабочие камеры предыдущих патронов посредством воздухопроводящих калиброванных трубок связаны со вспомогательными камерами впереди идущих патронов через образованные между ними, изолированные от внешней среды, промежуточные камеры, а вспомогательная камера хвостового патрона сообщена с источником сжатого воздуха, причем корпус головного патрона снабжен пикой. 2 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности и строительства, в частности к устройствам для пробивания отверстий в крепких породах. Кроме того, может быть использовано в качестве средства ударного воздействия на различные объекты с целью их разрушения.

Известен пневматический патрон для отбойки угольного и породного массива /а. с. 1546631/. В отличие от других известных патронов, он снабжен механизмом импульсного истечения сжатого воздуха, позволяющим управлять процессом заполнения и срабатывания при помощи трехходового вентиля.

Известен газодинамический патрон /а.с. 1809049/, включающий трубчатый металлический корпус с управляющим элементом, рабочими камерами и золотниками, размещенными внутри корпуса вдоль его оси. Особенностью конструкции этого патрона, предназначенного для разрушения массива длинными скважинами, является то, что увеличивается давление на фронте образующейся при истечении воздушной волны и, следовательно, ее ударное действие на массив.

Известно также устройство ударного типа для разработки твердых пород /а. с. 402644/.

Недостатком его является низкая эффективность работы.

Наиболее близким к заявленному является устройство для пробивания отверстий в твердых породах, включающее скомпонованные в единый многоступенчатый став патроны, корпуса которых, начиная от хвостового, выполнены в виде комбинированных направляющих стволов с размещением в направляющих стволах предыдущих патронов корпусов впереди идущих /см. свид. СССР 576371/.

Недостатком этого прототипа является относительно низкая скорость и малая глубина проникания устройства в крепкую породу.

Целью изобретения является повышение эффективности пробивания отверстий в массиве за счет повышения скорости движения устройства.

Эта цель достигается тем, что устройство для пробивания отверстия в твердых породах включает скомпонованные в единый многоступенчатый став патроны, корпуса которых, начиная от хвостового, выполнены в виде комбинированных направляющих стволов с размещением в направляющих стволах предыдущих патронов корпусов впереди идущих, причем устройство снабжено механизмом импульсного истечения воздуха, а каждый из патронов выполнен пневматическим с рабочей и вспомогательной камерами, разделенными, имеющими центральный канал с обратным клапаном, дифференциальным золотником, перекрывающим выхлопные отверстия в корпусе патрона, а направляющие стволы каждого патрона изолированы от рабочей камеры перемычкой, при этом рабочие камеры предыдущих патронов посредством воздухопроводящих калиброванных трубок связаны со вспомогательными камерами впереди идущих патронов через образованные между ними, изолированные от внешней среды, промежуточные камеры, а вспомогательная камера хвостового патрона сообщена с источником сжатого воздуха, причем корпус головного патрона снабжен пикой.

На фиг.1 представлено устройство в положении до срабатывания, заполненное сжатым воздухом до заданного давления Ро; на фиг.2 - момент выталкивания става из хвостового направляющего ствола.

На фиг.1, в качестве примера, приведен вариант устройства, состоящего из трех ступеней - хвостового, среднего и головного патрона, скомпонованных в единый став. Корпуса патронов включают рабочую 1 и вспомогательную 2 камеры, разделенные дифференциальным золотником 3, перекрывающими выхлопные отверстия 4. Золотники 3 имеют центральный канал 5 с обратным клапаном 6. Корпус хвостового /первого/ патрона размещен в направляющем стволе 7, закрепленном к основанию. Корпус хвостового /первого/ патрона выполнен в форме комбинированного направляющего ствола 8, изолированного от рабочей камеры 1 перемычкой 9, в которой размещен корпус среднего /второго/ патрона. Аналогично этому корпус среднего патрона выполнен в форме комбинированного направляющего ствола 10, изолированного от рабочей камеры 1 перемычкой 11, в которой размещен корпус головного /третьего/ патрона. Причем, начиная от хвостового патрона, последовательно уменьшены массы их корпусов. Рабочие камеры патронов, размещенных в соответствующих направляющих стволах, сообщены между собой через воздухопроводящие калиброванные трубки 12 и 13, пропущенные из рабочих камер 1 предыдущих патронов во вспомогательные камеры 2 впереди идущих патронов через изолированные от внешней среды промежуточные камеры 14 и 15, ограниченные перемычками 9 и 11 в направляющих стволах и торцами корпусов впереди идущих патронов. Вспомогательная камера 2 хвостового /первого/ патрона сообщена с источником сжатого воздуха высокого давления (например, компрессор высокого давления типа КВД 3/800) через трехходовой вентиль 16 и трубопровод 17, калиброванный конец которого пропущен во вспомогательную камеру 2 через изолированную от внешней среды камеру 18. Корпус головного /третьего/ патрона снабжен пикой 19.

Устройство работает следующим образом. Устройство с заданного расстояния направляют пикой в сторону объекта. Путем поворота вентиля 16 в положение "наполнение" воздух, минуя переднюю изолированную камеру 18, поступает во вспомогательную камеру 2. Далее, через канал 5 и обратный клапан 6, в рабочую камеру 1 хвостового патрона. Из этой камеры через калиброванную трубку 12 воздух, минуя изолированную камеру 14, поступает во вспомогательную камеру 2 среднего /второго/ патрона, и из него через канал 5 и обратный клапан 6 - в рабочую камеру этого патрона. Аналогичным путем заполняется сжатым воздухом рабочая камера 1 головного /третьего/ патрона. Таким образом во всей сообщающейся системе устанавливается равновесное давление заданного значения Р /например, 60 МПа/. Поскольку система полностью закрыта, то устройство не проявляет никакого внешнего воздействия. Для приведения устройства в действие используют механизм импульсного истечения сжатого воздуха. Для этого рукоятку вентиля 16 поворачивают в положение "сброс" и сообщают вспомогательную камеру 2 хвостового /первого/ патрона с атмосферой /фиг.2/. В связи с падением давления во вспомогательной камере 2 и сохранением давления в рабочей камере 1, равного Р, благодаря обратному клапану 6 и образовавшемуся перепаду давлений между торцами золотника 3 последний смещается влево и открывает выхлопные отверстия 4. Вследствие этого сжатый воздух истекает в импульсном режиме из рабочей камеры 1 через выхлопные отверстия 4 в зазор между корпусом патрона и направляющим стволом 7 в изолированную камеру 18 и, расширяясь, поршневым давлением выталкивает из ствола став состоящий из трех корпусов патронов /хвостового, среднего и головного/, сообщая ему ускорение V₁. Поскольку давление P_о в рабочей камере 1 первого хвостового патрона падает до атмосферного Ратм, то через время Т₁ истекает сжатый воздух из вспомогательной камеры 2 среднего /второго/ через трубку 12 в атмосферу. Поэтому через время Т₂ в связи с образующимся перепадом давлений, по аналогии с предыдущим случаем, срабатывает золотник 3 среднего /второго/, как следствие этого, из направляющего ствола 8 выталкивается став, состоящий из двух корпусов патронов, которому сообщается ускорение V₂. Аналогичным образом через время Т₃ выталкивается из ствола 10 корпус головного /третьего/ патрона, которому сообщается ускорение V₃. Под действием утроенной скорости корпус головного /третьего/ патрона, снабженный пикой 19, выполняющий функцию ударника и направленный на крепкую породу, более эффективно проникает в нее. Корпуса патронов с направляющими стволами, потерявшие скорость, остаются на земле и могут быть использованы повторно.

Формула изобретения

Устройство для пробивания отверстий в твердых породах, включающее скомпонованные в единый многоступенчатый став патроны, корпуса которых, начиная от хвостового, выполнены в виде комбинированных направляющих стволов, с размещением в направляющих стволах предыдущих патронов, корпусов впереди идущих, отличающееся тем, что устройство снабжено механизмом импульсного истечения воздуха, а каждый из патронов выполнен пневматическим с рабочей и вспомогательной камерами, разделенными, имеющим центральный канал с обратным клапаном, дифференциальным золотником, перекрывающим выхлопные отверстия в корпусе патрона, а направляющие стволы каждого патрона изолированы от рабочей камеры перемычкой, при этом рабочие камеры предыдущих патронов посредством воздухопроводящих калиброванных трубок связаны со вспомогательными камерами впереди идущих патронов через образованные между ними, изолированные от внешней среды, промежуточные камеры, а вспомогательная камера хвостового патрона сообщена с источником сжатого воздуха, причем корпус головного патрона снабжен пикой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2