3. Расчет усилий, передаваемых зажимным патроном ведущей трубе прибурении.
Рис.
3. Схема гидропатрона Рис.
4. Схема сил, действующих на обойму и
кулачок.
Схема верхнего пружинно-гидравлического постоянно замкнутого патрона, служащего для зажима ведущей трубы показана на рис 3. Кулачки 2 опираются на уступы шпинделя 1 и могут перемещаться в радиальном направлении при осевом смещении обоймы 3. Число кулачков зависит от размера проходного отверстия патрона. В патронах с небольшим проходным сечением применяют два кулачка. Осевое смещение обоймы, опирающейся на подшипник 4, происходит при движении поршня 5 и сжатии или растяжении рабочих пружин 6. Осевое усилие Р от рабочих пружин 6 передается на обойму и за счет наличия наклонных под углом а поверхностей каната с кулачком трансформируется в радиальное усилие R (рис.4).
Усилие, действующее в гидравлическом патроне (в кН) определяется из выражения:
гдеR
- сила прижатия кулачка к ведущей трубе;
= 0,10÷0,15 – коэффициент трения скольжения.
где
-
сила сцепления между кулачками и ведущей
трубой; 
- коэффициент
между зубьями кулачка и трубой, принимаемый
,
а для кулачка с твердосплавными вставками
.
Если зажимной патрон имеет два кулачка,
то сила притяжения каждого кулачка:
где
полное
усилие, передаваемое ведущей трубе.
(32)
здесь
- окружное усилие, направленное нормально
к осевому усилию механизма подачи.
Где
-
максимальное значение крутящего момента
(Мкр)
при максимальной частоте вращения; 
-
наружный диаметр ведущей трубы.
Осевое усилие (максимальное усилие механизма подачи):
(34)
где 
– весбурильной колонны
где
N
- номинальная мощность двигателя станка,
кВт; 
- мощность, затрачиваемая на привод
станка, кВт.
где
п
- частота вращения бурового снаряда,
определяемая из уравнения баланса
мощности (в кВт.)
(36)
здесь
,
и
мощности, затрачиваемые соответственно
на привод станка, холостое вращение
бурового снаряда и разрушение горной
породы на забое;
- дополнительные
затраты мощности при создании осевой
нагрузки на породоразрушающии инструмент
(ПРИ).
(37)
Формулы
для определения 
и 
приведены
в разделе 1.
В табл. 3 Приложения приводятся варианты контрольного задания: «Расчет усилий, передаваемых зажимным патроном ведущей трубе при бурении».
Пример 4.Определить окружное, осевое и полное усилия, передаваемы ведущей трубе для следующих условий: глубина скважины 800м; бурильные трубы СБТН-50 (наружный диаметр 50 мм, масса 1м труб – 6,81 кг/м) диаметр коронки 59/42 мм; промывочная жидкость - вода, не обладающая смазочными свойствами; осевая нагрузка на коронку Рок =10 кН, мощность приводного двигателя Nde = 55 кВт, зажимной патрон имеет два стальных кулачка; а = 10°.
Решение.Для расчета Мкр частоту вращения бурового снаряда определим из уравнения баланса мощности. Определим Ncm по формуле (37)
Для определения воспользуемся формулой (2) для высоких частот вращения:
Приняв
kc=1,5
и вычислив 
м,
будем иметь:
вычислим по формуле (12):
а по уравнению:
где
Уравнение баланса мощности:
Тогда:
Максимальное
значение 
по формуле (35):
Здесь
При
По формуле (33)
Согласно выражению (34)
Здесь вес бурового снаряда:
По формуле (32)
Сила прижатия кулачков по формуле(30)
