9.2. Машины вращательного бурения.

К машинам вращательного бурения относят буровые сверла, станки вращательного бурения, установки для бурения скважин под буронабивные сваи и бурильно–крановые машины.

Бурильные сверла применяют для вырезания шпуров диаметром до 50 мм в мягких грунтах и грунтах средней крепости. Вращательное движение бурового сверла осуществляется от электродвигателя посредством зубчатых цилиндрических передач через шпиндель и хвостовик буровой штанги. Поступательное движение сверла создается механизмом состоящим из барабана, на который наматывается стальной канат, и раздвижной стойки. Барабан приводится во вращение от электродвигателя посредством зубчатых цилиндрических передач и червячной передачи. Барабан может включаться и отключаться вручную при помощи кулачковой муфты.

Для ручной работы применяются пневматические буровые сверла массой 12-14 кг.

Станки вращательного бурения бывают двух типов: с поступательно движущимся и неподвижным вращателем. К станкам первого типа относятся станки со спиральной штангой или станки шнекового бурения. Станки с неподвижным вращателем имеют ограниченный ход подачи и применяются для бурения вертикальных и наклонных скважин как колонковым способом, так и сплошным забоем на глубину до 500 м.

Установками вращательного бурения для устройства буро – набивных свай вырезают скважины диаметром до 1,5 м и глубиной до 40 м с уширенным до 2,5 м диаметром у дна скважины для пяты сваи. Рабочим органом служит бур с невращающейся или вращающейся штангой.

Бур с невращающейся штангой – ковшового типа. Он выполнен в виде цилиндра с откидным дном, снабженный двумя ножами. Бур приводится во вращение от мотор–редуктора, на выходном валу которого он крепится. Грунт, срезанный ножами, заполняют корпус бура через окна в его днище. После заполнения корпуса ковшового бура грунтом рабочий орган с помощью лебедки извлекают из скважины, отводят в сторону, опускают на грунт и освобождают фиксатор днища. Опорожнение ковшового бура производят при подъеме рабочего органа, после чего его вновь опускают до упора в грунт, днище бура закрывается, и цикл работы повторяется.

В установке с вращающейся штангой рабочий орган выполнен в виде телескопической буровой колонны, нижняя часть которой представляет собой шнек с буровой коронкой. Привод рабочего органа осуществляется от электродвигателя через планетарный редуктор. Грунт из скважины удаляют периодическим подъемом рабочего органа и очистки его при помощи специального очистителя лопастного типа.

Бурильно–крановые машины предназначаются для бурения скважин–ям малой глубины (до 5 м ) и относительно большого диаметра (0,3÷1 м) в грунтах не содержащих камней и других твердых включений.

Бурильно–крановые машины классифицируют по следующим основным признакам: по типу базовой машины – на автомобильные и тракторные; по принципу действия бурильного и кранового оборудования – совмещенное (бурильное и крановое оборудование смонтированы на одной мачте) и раздельное (бурильное оборудование смонтировано на мачте, крановое – на стреле); по возможности поворота рабочего оборудования в плане – неповоротные и поворотные; по расположению рабочего оборудования на базовом шасси – с задним и боковым расположением у неповоротных машин, на поворотной платформе у поворотных.

Рис. 9.1 Поворотная бурильно-крановая машина.

Бурильно–крановая машина с поворотным в плане рабочим оборудованием на шасси автомобиля КРАЗ показана на рис. 9.1. Она предназначена для бурения скважин диаметром 0,63 м на глубину до 15 м в талых и мерзлых грунтах. На раме автомобиля 3 смонтированы насосная станция 4, выносные гидроуправляемые опоры 13 и опорная стойка 2 мачты 1. На поворотной платформе 8 с роликовым опорно–поворотным устройством 14 размещены бурильно – крановое оборудование, лебедка 5 спуско–подъемного механизма, гидроцилиндр 6 подъема опускания мачты, механизм 7 поворота платформы, указатель 12 центра скважины и кабина 10 машиниста. Буровое оборудование машины включает шарнирно закрепленную на поворотной платформе мачту 1, на которой смонтированы вращатель 9, штанга со сменным буровым инструментом – шнековым буром 11 и гидравлический механизм подачи бурового инструмента на забой и извлечения его из скважины. Подъем мачты в вертикальное (рабочее) и опускание ее в горизонтальное (транспортное) положение относительно оси поворота производится двумя гидроцилиндрами 6.

Телескопическая штанга 9 (рис. 9.2 в), на нижнем конце которой крепится сменный шнековый бур 10, пропущена через вращатель и шарнирно соединена с вертлюгом 5. Он служит для направленного перемещения штанги. Вертлюг подвешен на канате, сходящем с барабана 3 лебедки. Вращатель обеспечивают вращение штанги от двух гидромоторов 11 через двухскоростной одноступенчатый редуктор 8.

Подача (нажатие) штанги на забой осуществляется посредством двух гидроцилиндров 6, штоки которых при выдвижении перемещают патрон 7 с зажатой в нем при бурении штангой.

Подъем и опускание штанги с буровым инструментом обеспечивается однобарабанной лебедкой, привод барабана 3 которой осуществляется от гидромотора 1 через одноступенчатый планетарный редуктор 4. Лебедка оснащена ленточным тормозом 2.

Гидромоторы лебедки, вращателя и механизма поворота, гидроцилиндры подъема опускания мачты, механизма подачи бурового инструмента, выносных опор и переключения передач вращателя обслуживаются тремя гидронасосами, привод которых осуществляется от раздаточной коробки автомобиля через карданный вал и одноступенчатый редуктор. Управление процессом бурения и установки машины осуществляется из кабины машиниста.

Рис.9.2 Кинематическая схема бурильно-кранового оборудования.

В качестве сменного бурильного инструмента используются лопастные, кольцевые и шнековые буры, закрепляемые на конце бурильной штанги.

Лопастной бур (рис. 9.3, а) состоит из корпуса 1 с двумя копающими лопастями в виде двухзаходного винта, забурника 6 и заслонки 2. Лопасти оснащены сменными резцами 5, разрыхляющими грунт и установленными в резцедержателях 3. Забурник, расположенный на конце бурильной головки, создает буру направление и удерживает его по оси бурения. Заслонки препятствуют просыпке грунта при выемке его из скважины. Бур крепится к нижнему концу бурильной штанги с помощью пальца.

Шнековый (винтовой) бур (рис.9.3, б) представляет собой трубчатый остов 10 с винтовыми транспортирующими грунт спиралями в виде сплошной ленты 11. Шнек имеет хвостовик 12 для крепления на конце бурильной штанги. К шнеку крепится сменная бурильная головка 9 с резцами 8 и забурником 7.

Рис. 9.3 Буры бурильно-крановых машин: а – лопастной; б – шнековый; в – кольцевой.

Кольцевой бур (рис. 9.3, в) разрушает грунт по периферии и формирует кольцевую щель, отделяющую керн от массива. Бур состоит из корпуса 13 в виде трубы, на нижней торцевой части которой равномерно расположены кулачки 15 с резцами 16. Поверхность корпуса бура снабжена винтовыми лопастями 14, транспортирующими разрушенный грунт из кольцевой щели на дневную поверхность. Две отклоняющие планки 17 отбрасывают разрушенный грунт к наружной стенке кольцевой щели.

Для бурения скважин различных диаметров каждая бурильно – крановая машина комплектуется набором сменного бурильного инструмента.