6 Основные технологические схемы использования уплотняющих машин. Расчет производительности.
По принципу действия рабочих органов уплотняющих машин различают следующие основные методы уплотнения: укатка (рабочий орган-уплотняющий каток - перемещается по уплотняемому материалу); трамбование - ударное воздействие (уплотнение достигается периодическими ударами уплотняющего элемента по уплотняемому материалу); вибрационные воздействия (материалу сообщают кратковременные, следующие один за другим импульсы). Существуют также машины, основанные на комбинировании указанных принципов действия: вибрационные каткам, виброударное оборудование, вибрационное трамбование и др. Статистическим воздействием является укатка; к динамическим воздействиям относятся все остальные методы.
Рисунок 2.1. Классификация уплотняющих машин.
Рисунок 2.2 - Схемы основных типов катков
а) - с гладкими вальцами и последовательным распределением (тандем);
б) - комбинированный с пневмоколесным и барабанным (сменным) вальцом;
в) - кулачковый для уплотнения мусора;
1 - ведущие вальцы; 2 - управляемые вальцы; 3 - сменный уплотнительный валец; 4 - базовая машина; 5 - защитные броневые листы; 6 - очистные скребки;
7 - задний кулачковый валец; 8 - передний кулачковый валец; 9 - отвал.
Машины статического действия (катки) для уплотнения материалов являются наиболее распространенными и простыми. Катки классифицируют по давлению, способу перемещения, числу расположения и конструкции вальцов.
Уплотнение методами динамического воздействия осуществляется посредством трамбующих, вибрационных и комбинированных машин. Вибрационные машины уплотняют материал энергией импульсов, следующих один за другим с короткими промежутками, трамбующие машины уплотняют материал ударом падающего груза по его поверхности.
2. Принцип действия станков и установок ударного действия, канатного, шарошечного, вращательно - ударного и термического бурения.
Машины ударно-канатного бурения.
Бурение применяется в строительстве для выполнения различных работ: закладки взрывчатых веществ при разрушении старых фундаментов, в инженерных изысканиях, для обеспечения водоснабжения, устройстве свайных фундаментов. Бурение — это процесс образования цилиндрических полостей в грунте, бетоне, кирпиче вследствие разрушения породы и ее извлечения из полости. Образованные бурением цилиндрические полости в зависимости от их диаметра подразделяют на шпуры и скважины. Шпур — полость диаметром до 75 мм, а скважина — полость диаметром более 75 мм.
Породы разрушаются рабочим органом (инструментом), приводимым в движение силовой установкой. Разрушенная порода (шлам) из нижней части полости (забоя) удаляется непосредственно рабочим органом, продувкой полости сжатым воздухом с промывкой водой или глинистым раствором.
Как конструкция рабочего органа, так и метод удаления шлама в значительной мере определяется способом бурения. Различают механический и физический способы бурения.
К механическому относят вращательное, ударное и виброударное бурение, а к физическому — термическое и гидравлическое.
Вращательное бурение основано на разрушении породы путем ее резания и истирания резцом рабочего органа (бура), имеющего одновременно вращательное и поступательное движение вдоль оси скважины. Скважины можно бурить в разных направлениях — вертикальном, горизонтальном и наклонном, что является достоинством способа. Он характеризуется и высокой производительностью, так как процесс бурения происходит непрерывно.
Вращательный способ наиболее эффективен при бурении пород ниже средней прочности (σсж < 150 МПа), поскольку при бурении более прочных пород кромка резца не в состоянии скалывать стружки значительной толщины и разрушает породу истиранием. Резец в этом случае быстро изнашивается, скорость бурения падает, а следовательно, уменьшается и производительность.
Ударное бурение осуществляется подъемом и опусканием тяжелого инструмента — бурового долота, которое, нанося удары по разрабатываемой породе, разрушает ее. После каждого удара долото поворачивается на некоторый угол относительно своей оси, и новые удары постепенно разрушают породу по всему сечению скважины, придавая ей круглую форму. Твердые породы при таком способе бурения раскалываются и дробятся, а мягкие — режутся и сминаются. Использование удара позволяет создавать большие нагрузки в зоне контакта долота и породы, что способствует разрушению пород различной прочности. Однако при бурении пород ниже средней прочности ударное бурение уступает вращательному. Ударное бурение целесообразно применять для пород выше средней прочности (σсж > 150 МПа).
Виброударное бурение сочетает ударный и вращательный способы бурения. Порода разрушается вращающимся рабочим органом, одновременно совершающим частые колебания вдоль своей вертикальной оси, чем достигается повышение скорости бурения. Как и ударное, виброударное бурение применяется при разработке прочных пород или при производстве работ в зимнее время.
Термическое бурение осуществляется огнеструйными горелками и высокотемпературными газовыми струями, воздействующими со сверхзвуковой скоростью на разрабатываемую породу. Порода при нагревании расширяется и, в результате возникновения напряжений, растрескивается и разрушается. Этот способ применяется при разработке прочных пород с высокими абразивными свойствами.
Гидравлическое бурение основано на использовании энергии жидкости (воды), подаваемой в забой под давлением. Этот способ используется для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах. При бурении скальных пород данным способом используется энергия тонкой струи воды диаметром (0,8... 1,0 мм), имеющей сверхзвуковую скорость при давлении около 200 МПа.
Механизмы и машины для бурения и их рабочие органы
Основными рабочими органами бурового оборудования (рис. 1) является винтовой бур, ударно-поворотное и шарошечное долото.
Винтовой бур представляет собой буровую штангу с наваренной на ней винтовой спиралью, нижняя кромка которой, имеющая контакт с забоем, оснащена зубками из твердых сплавов. Торец штанги заправлен под перо.
Шарошечное долото состоит из корпуса с тремя лапами, в которых вделаны цапфы с роликовыми опорами. На цапфах насажены конические шарошки, удерживаемые против смещения на цапфе штифтами. Шарошки делают цельными из одного куска легированной стали с фрезерованием зубков или из поделочной стали с вставками зубков из твердого сплава.
Ударно-поворотное долото представляет собой массивный цилиндрический стержень с внутренним каналом для прохода воды или воздуха. На торце стержня размещена рабочая часть долота или одноперая или крестообразная (для трещиноватых парод). Рабочую часть долота изготовляют из легированной стали.
Рабочие органы бурового оборудования приводятся в движение специальными механизмами, монтируемыми на базе колесных и гусеничных тракторов, на шасси автомобиля либо являются сменным навесным оборудованием экскаватора или крана. Буровое оборудование в комплексе с базовым агрегатом (трактором, автомобилем, экскаватором или краном) образует буровую машину или буровую установку. Применение той или иной буровой машины определяется физическими свойствами грунта, в котором производится бурение, диаметром и глубиной требуемых скважин.
Рис.1. Основные виды бурового инструмента: а — винтовой бур;
б — ударно-поворотное долото; в — шарошечное долото; 1 — штанга; 2 — винтовая спираль; 3 — резец; 4 — стержень; 5 — режущая кромка; 6 — канал; 7 — корпус; 8 — лапа; 9 — шарошка.
При ударно-канатном бурении скважин для взрывных работ в карьерах с твердыми горными породами применяют буровой снаряд, состоящий из долота, ударной штанги и канатного замка, подвешенного на канате, переброшенном через головной канатный блок мачты станка. Канат огибает снизу оттяжной канатный блок, расположенный на балансире станка и, проходя через вспомогательный блок, наматывается на инструментальный барабан.
При вращении ударного вала с кривошипом шатун сообщает колебательное движение балансиру и блоку. При нижнем положении оттяжного блока буровой снаряд в скважине поднимается над забоем, при достижении верхнего положения он быстро падает в скважину, внедряется в горную породу и разрушает ее. Для обеспечения свободного падения бурового снаряда на забой подъем оттяжного ролика балансира станка происходит быстрее, чем его опускание. Это достигается соответствующим расположением оси вращения кривошипами по отношению к балансиру станка. По мере углубления скважины канат с инструментального барабана свивают на необходимую величину. Круглая форма сечения скважины получается за счет поворота долота во время его подъема над забоем. Поворот долота происходит в канатном замке благодаря свойству стальных канатов раскручиваться под нагрузкой и вновь скручиваться, как только нагрузка исчезает. Удаление раздробленной породы из скважины производится гидравлическим способом.
На рис. 2 приведено оборудование ударно-канатного бурения.
Рис. 2. Оборудование ударно-канатного бурения
а - станок; б — схема бурового снаряда; в — схема очистного инструмента
Станок ударно-канатного бурения (рис. 2) имеет гусеничный 10 или колесный ход, раму 9 с двигателем 11 и основными механизмами и стрелу 4 с навесным рабочим оборудованием. При подготовке к бурению станок устанавливают горизонтально с помощью выносных домкратов 8. Ручной лебедкой складную стрелу 4 от 10 до 15 м поднимают в рабочее положение и закрепляют подкосами 17.
На рабочем барабане 13 лебедки закреплен канат 2, огибающий направляющий блок 12 и балансирный блок 16. С балансирного блока канат уходит на головной блок 1 стрелы и закрепляется в канатном замке бурового инструмента 6. Со второго барабана 14 лебедки сходит канат 3 очистного инструмента, перекинутый через второй головной блок стрелы. Если передать вращение от двигателя 11 на вал кривошипного механизма 7, то шатун заставит балансир 15 совершать качательное движение относительно оси блока 12. При заторможенном барабане 13 рабочий канат балансирный блоком 16 будет натягиваться, а буровой инструмент – подниматься. При каждом подъеме балансирного блока буровой инструмент наносит удар по породе.
Станок ударно-вращательного действия.
Станок ударно-вращательного действия сочетает в себе механизмы, позволяющие рабочему инструменту одновременно выполнять два движения - ударное и вращательное. Вращательное движение передается от электродвигателя, а ударная - от пневмоударника. Станок предназначен для бурения скважин диаметром 100-105 мм и глубиной до 30 метров. В этом станке электродвигатель, пневмоударник, буровые штанги, а также пусковая аппаратура, состоящая из магнитного пускателя и воздушного крана, смонтирована на станине. Станину изготовляют из двух параллельных труб диаметров 50 мм, жестко скрепленных между собой. В нижней части станины расположены регулировочные винты, обеспечивающие установку станка в вертикальной плоскости, а в верхней - укреплен блок ручной лебедки, посредством которой по трубам передвигаются салазки с механизмом вращения. Устойчивое состояние станка обеспечивает противовес, а правильное направление ударника — хомут. Электродвигатель вместе с планетарным редуктором обеспечивают частоту вращения ударника в пределах 22-25 оборотов в минуту. Электроэнергия к двигателю подается по кабелю, сжатый воздух к пневмоударнику поступает по буровым штангам через сальник, к которому присоединяется гибкий шланг от воздухопровода. Пыль из скважины отводится по стальной трубе обеспыливателя и гофрированной трубе. На выходе пыль увлекается водяной струей и виде пульпы направляется в водосточную канаву.
Станок термического бурения (рис. 3).
Станки термического бурения представляют собой самоходные гусеничные установки, рабочим органом которых являются огнеструйные горелки. Установка состоит из горелки, вентилятора, системы питания и подъемной лебедки, обеспечивающей опускание горелки к канатам по мере разработки скважины. В процессе работы термобур вращается в муфте с частотой вращения 2-30 оборотов в минуту. Термический способ бурения основан на том, что при высокой температуре горные породы разрушаются. В горелку по гибкому шлангу одновременно подается топливо ( керосин, бензин) из сосуда, кислород из баллона и вода из бака.
Рис. 3. Станок термического бурения.
горелка, 2- вентилятор, 3- муфта, 4-канат, 5-лебедка, 6- гибкий шланг, 7 - баллон с кислородом, 8 - сосуд с топливом, 9 - бак с водой.
Топливо распыляется форсункой и сгорает в камере сгорания в чистом кислороде, при этом температура повышается до 3500° С, а давление до 0,8 - 1 МПа. Образовавшиеся в результате сгорания газа вырываются из отверстий сопла со скоростью 1800 - 2000 м/сек. и ударяются в забой, разрушая грунт. Температура на поверхности грунта достигает 1500 - 1800°С. Вода, подаваемая в рубашку для охлаждения горелки, через радиальные отверстия выходит в скважину и испаряется. Образующаяся парогазовая смесь со скоростью 20-30 м/сек выходит из скважины и выносит вместе с собой разрушенную пароду.