4. Проверочные расчеты.

4.1. Расчет мощности двигателя станка

Произведем подсчет затрат мощности, необходимой для бурения и подъема инструмента. Большее значение сравнивается с мощностью двигателя станка по его характеристике.

Мощность, затрачиваемая на бурение, определяется по формуле:

m₀ ∙ V_ср ∙ k₁ ∙ k₂

N_б= ,

102 ∙ η

где N_б – мощность, затрачиваемая на бурение, кВт;

m₀ – фактическая общая масса инструмента, кг;

V_ср – средняя скорость движения инструмента при бурении, м/с

l ∙ n

V_ср= ,

30

l – выбранная высота сбрасывания инструмента, м;

k₁ – коэффициент прихвата, k₁=1,12-1,3;

k₂ – коэффициент динамичности, k₂=1,1-1,25;

η – КПД привода, η=0,7-0,8

Мощность, затрачиваемая на подъем:

m₀ ∙ V_п ∙ k₁

N_п= ,

102 ∙ η

где N_п – мощность, затрачиваемая на подъем, кВт;

V_п – минимальная скорость подъема по характеристике станка, м/с.

При однострунной оснастке скорость подъема равна скорости навивки каната на барабан.

Участок 1.

m₀ = 1925 кг

V_ср= 1 м/с

k₁=1,3

k₂=1,15

η=0,75

N_б=(1925х1х1,3х1,15)/(102х0,75)=37,62 кВт

V_п=1,1 м/с

N_п=(1925х1,1х1,3)/(102х0,75)=35,98 кВт.

Участок 2.

m₀ = 1432,3 кг

V_ср= 0,9 м/с

k₁=1,2

k₂=1,25

η=0,75

N_б=(1432,3х0,9х1,2х1,25)/(102х0,75)=25,28 кВт

V_п=1,1 м/с

N_п=(1432,3х1,1х1,2)/(102х0,75)=24,71 кВт.

Участок 3.

m₀ = 1027,7 кг

V_ср= 0,8 м/с

k₁=1,2

k₂=1,25

η=0,75

N_б=(1027,7х0,8х1,2х1,25)/(102х0,75)=16,12 кВт

V_п=1,1 м/с

N_п=(1027,7х1,1х1,2)/(102х0,75)=17,73 кВт.

Участок 4.

m₀ = 956,8 кг

V_ср= 1,13 м/с

k₁=1,2

k₂=1,25

η=0,75

N_б=(956,8х1,13х1,2х1,25)/(102х0,75)=21,2 кВт

V_п=1,1 м/с

N_п=(956,8х1,1х1,2)/(102х0,75)=16,51 кВт.

Большее значение рассчитанных мощностей (37,62 кВт) сравниваем с мощностью двигателя бурового станка (40 кВт).

4.2. Проверка прочности инструментального каната

Диаметр каната и его характеристику выбираем в соответствии с разрывным усилием каната.

Для определения разрывного усилия подсчитываем максимальную растягивающую нагрузку на канат:

F_max= k₁∙ (m₀ + q_k∙ H) ∙ g ,

где F_max – максимальная растягивающая нагрузка, действующая на канат, Н;

k₁ – коэффициент прихвата инструмента, k₁=1,2-1,3;

m₀ – общая масса бурового снаряда, кг;

q_k – ориентировочная масса 1 м каната, кг;

Н – глубина скважины, м.

Расчет производим дважды: для конечной глубины скважины и для глубины, соответствующей применению снаряда максимальной массы:

F_max= 1,3∙ (956,8 + 1,8∙139) ∙ 9,8=15377,18 Н

F_max= 1,3∙ (1925 + 1,8∙39) ∙ 9,8=25418,85 Н

По максимальной растягивающей нагрузке на канат определяем расчетное разрывное усилие каната:

F_р = k_з.п. ∙ F_max ,

где F_р – разрывное усилие каната, Н;

k_з.п – коэффициент запаса прочности инструментального каната, принимается k_з.п=8-10

F_р =10 ∙ 25418,85 = 254188,5 Н.

Задаваясь временным сопротивлением проволоки разрыву (обычно принимается в пределах 1570-1766 МПа), по приложению находим ближайшее значение разрывного усилия и соответствующий диаметр каната.

Характеристика выбранного каната:

1) канат типа ТК 6Х37+ 1 ос. Прядь 1+6+12+18 (по ГОСТу 3071-74),

2) диаметр каната 22 мм,

3) диаметр проволоки 1 мм,

4) площадь сечения проволок 175,26 мм²,

5) масса 100 м каната 164,6 кг,

6) временное сопротивление разрыву 1570 МПа

7) разрывное усилие 215 кН.

Подсчитываем фактическое наибольшее усилие на канат с учетом фактической массы каната:

F_ф= k₁∙ (m₀ + q_ф∙ H) ∙ g ,

где F_ф – фактическое наибольшее растягивающее усилие на канат, Н;

q_k – фактическая масса 1 м каната, кг

F_ф= 1,2∙ (1925 + 1,64∙39) ∙ 9,8=23390,17 Н (при максимальной массе снаряда)

F_ф= 1,2∙ (956,8 + 1,64∙139) ∙ 9,8=13932,78 Н (при максимальной глубине)

Для проверочного расчета инструментального каната на прочность необходимо определить суммарное напряжение, возникающее в канате от действия растягивающих и изгибающих нагрузок:

F_ф d_пр

σ _Σ=σ_р + σ_из= + k_τ ∙ E∙ ,

π∙d_пр ² Д_р

ί∙

4

где σ_Σ – суммарное напряжение, Па;

σ_р – напряжение растяжения, Па;

σ_из – напряжение изгиба, Па;

ί – число проволок в канате, шт;

d_пр – диаметр проволоки, м;

Е – модуль продольной упругости (для стальной проволоки Е=2∙10¹¹ Па),

k_τ – коэффициент, учитывающий напряжение кручения в проволоках и трение между отдельными проволоками (для условий ударного бурения рекомендуется принимать k_τ=0,375);

Д_р – диаметр роликов, м (для расчетов принимаем Д_р=0,5м).

23390,17 1

σ_Σ= + 0,375 ∙ 2 ∙ 10¹¹ ∙ = 134,22+150=284,22 МПа

3,14∙1 500

222 ∙

4

После определения суммарных напряжений вычисляем действительный запас прочности каната по формуле :

σ_в

k_g= ,

σ_Σ

где k_g – действительный запас прочности каната;

σ_в – временное сопротивление проволоки каната разрыву, МПа (по характеристике каната).

1570

k_g= = 5,5.

284,22

Действительный запас прочности должен быть не менее 4 и не более 6.

Выбранный канат удовлетворяет требованиям прочности.

Геолого-технический наряд на ударно-канатное бурение скважины №

Геологический разрез	Глубина залегания	Мощность слоя, м	Категория пород по буримости	Конструкция скважины	Тип и диаметр долота, мм	Состав снаряда и размер, мм	Тип и диаметр желонки, мм	Способ бурения	Режимы бурения
									Масса рабочей части снаряда, кг	Высота сбрасывания, м	Число ударов в минуту	Количество подливаемой воды, л/м	Угол поворота долота, град	Проходка за рейс, м
Плотные суглинки	0-3	3	3		Двутав-ровое 395	Долото, штанга, раздвижная штанга, замок 188	Полусферическое 273		1660	0,6	50	150	90	1-1,2
Мелкозернистый песок с гравием	3-19	16	2				Плоское 273			0,5	50	150		1-1,2
Суглинки с включе- ниями гальки и гравия	19-59	20 20	3		Двутав-ровое 395 Двутав-ровое 295	Долото, штанга, раздвижная штанга, замок 188, 165	Полусферическое 273, 168		1660 1232,5	0,6 0,6	45 45	150 70	90	1-1,2 1-1,2
Разнозернистый песок с гравием и галькой	59-83	24	2				Плоское 168			0,5	45	70		1-1,2
Суглинки с гравием	83-119	36	3		Двутав-ровое 195	Долото, штанга, раздвижная штанга, замок 140	Полусферическое 168		857	0,6	40	40	90	1-1,2
Известняк	119-139	20	4		Округляющее 148	Долото, штанга, раздвижная штанга, замок 112-140	Полусферическое 114		845	0,85	40	30	110	0,7-0,9