3535

породы fкр, приведенные при разном диаметре долота на рис.

5.6и 5.7. w0

fкр

Рис. 5.6. Графики зависимости оптимальной скорости вращения долота от крепости буримой породы

Ро, кН

fкр

Рис. 5.7. Графики зависимости оптимальной осевой нагрузки от крепости буримой породы

Следует отметить, что существует однозначная зависимость между скоростью вращения бурового става и осевым усилием подачи при работе привода вращателя бурового станка в оптимальном режиме. Этой зависимости необходимо придерживаться как при регулировании скорости вращения бурового става, так и при изменении осевого усилия подачи. График этой зависимости приведен на рис. 5.8.

5.3. Расчет оптимального значения мощности электродвигателя привода вращателя

Горные породы по глубине залегания и толщине их слоев изменяются случайным образом. Следовательно, при работе бурового станка параметры процесса бурения изменяются так-же случайно. В этих условиях известные методы выбора мощ-

Ро, кН

ωо, с-1

Рис. 5.8. Графики зависимости оптимальной осевой нагрузки от скорости вращения бурового става

ности электродвигателя вращателя, основанные на детерминированных функциях времени (нагрузочные диаграммы M(t) и N(t)), являются малоэффективными, приближенными. Выбор оптимальных режимов бурения и их увязка с техническими параметрами буровых станков приобретает в связи с этим существенное значение. Шарошечные станки с ручным управлением работают в рациональном режиме 8–50 % чистого времени бурения, так как управление вручную затруднительно из-за непрерывной случайной вариации свойств буримых пород, даже при использовании машинистом рациональных программ бурения при ручном регулировании отклонения параметров режима от оптимальных значений

составляют 15—25 %, при этом существенно ухудшаются технико-экономические показатели бурения. Выбор оптимальных параметров бурового оборудования и его адаптация к изменяющимся условиям возможны только на основе метода инженерной оптимизации, использования данных экспериментальных исследований и обобщения многолетней практики.

Исходя из вышеизложенного, мощность электродвигателя рабочего органа целесообразно выбирать с помощью вероятностно-статистических методов, учитывая при этом статистические закономерности изменения оптимальных параметров режима бурения от крепости или контактной прочности пород.

Применительно к вращателю станка СБШ-250МНА-32 рассмотрим методику расчета оптимальной установленной мощности электродвигателя привода. Напомним, что станок буровой шарошечный СБШ-250МНА-32 предназначен для бурения пород с коэффициентом крепости fкр= 8 20 по шкале проф. Протодьяконова (диапазон контактной прочности Рк= 1000 4500 МПа).

По литологическим разрезам месторождения строят случайную функцию, отражающую зависимость контактной прочности пород от глубины их залегания и мощности слоя.

Примерный график этой функции приведен на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Зависимость контактной прочности буримых

пород от глубины их залегания

Выбирают шаг разбивки РК заданного диапазона изменения контактной прочности на равномерные интервалы

где n - число интервалов (примем n=9);

Ркmax, Ркmin - минимальное и максимальное значения величины контактной прочности.

Для каждого интервала определяются средние значения, через которые проводятся линии, параллельные оси абсцисс. Число пересечений этих линий с кривой Рк(h) дает искомое значение частоты m для данного интервала. Пример полученных данных приведен в табл. 5.4.

В /34/ показано, что плотность распределения вероятности случайной величины контактной прочности описывается функцией Максвелла

Для рассматриваемых условий зависимость оптимальной мощности, затрачиваемой на разрушение

буримых пород от контактной прочности, приведенная на рис. 5.10, аппроксимируется уравнением прямой линии

Рис.5.10. Статистическая модель оптимальных режимов бурения

находится из уравнения (5.10), а ее производная по No равна

ψ'(No) = 1/0.037.

Подставив полученные значения ψ(No) и ψ'(No) в выражение (5.6) функции Максвелла f(PK), имеем

где α N - параметр распределения, который рассчитывают по формуле

αN 0.0371460.889 54.053МПа.

Математическое ожидание случайной величины мощности находится из выражения

Дисперсия по мощности составит

NCK 100.3562 1325.059 106.754 кВт.

Полученное значение требуемой мощности электродвигателя привода вращателя обеспечивает поддержание неизменной производительности при бурении. При использовании двигателя меньшей мощности необходимо снижать производительности станка при бурении более крепких пород.

Выбор электродвигателя привода вращателя осуществляется из условия, что номинальная мощность двигателя должна быть больше или равна среднеквадратической мощности

Рн ≥ NCK .

В случае моделирования момента нагрузки,

необходимого для вращения долота, его расчет проводят согласно рекомендации, изложенной в /38/.

где D - диаметр долота, примем в расчетах D=244.5 мм;

σмн - средний приведенный предел прочности породы при разрушении механическим способом бурения;

zш – число шарошек на долоте (zш=3);