книги из ГПНТБ / Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых

петитовые

кварциты

Практически можно получить любую заранее заданную скорость механического бурения, приняв определенные значения удельного давления и скорость вращения долота, т. е. подводя к забою нужную мощность. Для долот большего диаметра это сделать легче, так как для них значения удельного давления могут быть приняты больше,

284

Глава VI

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИ УДАРНОМ И ШАРОШЕЧНОМ БУРЕНИИ

ii ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Расчет буровой машины ударного действия целесообразно осу­ ществлять по следующей схеме:

1) рассчитываются основные рабочие параметры и динамические нагрузки в системе ударник — инструмент — порода по заданным технико-экономическим показателям буровой машины, т. е. опре­ деляются энергия удара, масса и конструкция (геометрия) ударника, корость соударения, конструктивные размеры и материал эпергопроводящего и породоразрушающего инструмента по заданным скорости бурения и стойкости деталей ударной системы и инстру­

тического, гидравлического и т. п. привода по заданным конструктив­ ным размерам пневмоцилиндра.

Расчеты системы ударник — инструмент — порода производятся методами, основанными на волновой теории Сен-Венана, контакт­ ной теории Герца, контактно-волновой теории Сирса, а также мето­

очередь, делится на две самостоятельные части: на задачу о форми­ ровании и распространении импульсов упругой деформации при соударении поршня-бойка с инструментом и задачу о прохождении ударного импульса нз инструмента в породу и превращении его энергии в работу разрушения. Комплексное решение этих задач позволит определить действующие нагрузки в системе и произвести расчеты на прочность, а также определить степень превращения подводимой энергии в полезную работу, т. е. рассчитать производи­ тельность [14].

До последнего времени ударное нагружение инструмента опре­ делялось величиной энергии удара, приходящейся на единицу

286

длины лезвия если речь шла о нагрузках на контакте с породой, и л и приходящейся на единицу площади соударяющихся поверх­ ностей, если речь шла о нагрузках в плоскости соударения ударника с инструментом. В проектных организациях и на заводах еще бы­ туют рекомендации о величинах допускаемых ударных нагрузок: для соударяющихся поверхностей 1,0—1,5 кгс/см2, для перфоратор­ ного инструмента 2—2,5 кгс-м/см длины лезвия, для пневмоудар-

ного — 0,5—0,6 кгс-м/см.

Разница в допустимых ударных нагрузках для пневмоударного и перфораторного инструмента обусловлена тем, что стойкость пер­ фораторных коронок, несмотря на более высокие удельные ударные нагрузки, значительно выше стойкости пневмоударных долот

(табл. 82).

Анализ показал, что несоответствие величины стойкости инстру­ ментов одного и другого типов (перфораторного и пневмоударного)

•объясняется неправомерностью оценки степени ударного нагружения по величине удельных ударных нагрузок (кгс-м/см).

Такая оценка должна производиться по величине ударных напряжений (кгс/см2) в том или ином сечении инструмента, что отражает действительное нагруженное состояние этих сечений и по­ зволяет пользоваться показателями циклической стойкости отдель­ ных элементов инструмента для определения его стойкости в целом. При этом зависимость между ударными напряжениями и цикли­ ческой стойкостью инструмента носит закономерный характер

(рис. 182).

Для расчета параметров рабочего цикла пневматических машин применяется несколько схем расчета. Упрощенные схемы исполь­ зуются для приближенных расчетов и в том случае, когда имеется

.достаточный экспериментальный, материал по параметрам проекти­ руемых машин. Для получения более точных результатов пользуются

287

сложными схемами расчета, которые учитывают изменение давления в рабочих камерах цилиндров, размеры подводящих каналов, сече­ ние впускных и выхлопных отвер­

стий и т. д.

Наиболее совершенным спо­ собом расчета и проектирования пневмосистем является моделиро­ вание с помощью аналоговых ма­ шин, позволяющее для нахожде­ ния оптимальных значений пара­ метров варьировать ими в широ­ ких пределах [16].

При шарошечном бурении важно правильно определить конструктивные элементы долота, обеспечивающие его прочность и долговечность. Между основными элементами конструкции долота существуют строгие математиче­

ские зависимости, нарушение которых приводит к снижению эффек­ тивности бурения и уменьшению срока службы инструмента.

2. РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ БУРОВЫХ МАШИН

Упрощенный расчет рабочего цикла перфоратора

Расчет может быть использован для приближенного определения параметров перфоратора и для сравнения однотипных машин. Расчет основан на допущении постоянного давления сжатого воздуха в полостях цилиндра на протяжении всего времени впуска п выхлопа. Основными величи­ нами являются полезная пло­ щадь поршня при прямом ходе

(рис. 183)

288

Продолжительность прямого tn и обратного t0 ходов склады­ вается из времени движения под действием силы F и времени дви­ жения после открытия выхлопных окон. При этом предполагается, что поршень проходит второй участок по инерции с сообщенной ему скоростью v:

Скорость вращения, которая зависит от шага h спирали гелико­ идального стержня и числа ударов, будет

где р угол подъема винтовой линии геликоидального стержня

(Р = 90—a, tg а = я d.2/h);

290

Расчет рабочего цикла пневматического молотка с учетом изменения давления сжатого воздуха в цилиндре

Этот метод может быть использован для расчетов пневмоударни­ ков, отбойных молотков, у которых отсутствует геликоидальная пара.

В основу метода положены работы Б. В. Суднипшикова [124, 125]. В отличие от изложенного выше упрощенного метода, в насто­ ящем расчете учитывается понижение давления в период всего времени перемещения поршня до открытия выхлопных окон. Изме­ нение давления аппроксимируется линейным законом. Опытным путем установлено, что отношение давления воздуха перед откры­ тием выхлопных окон Рк к начальному сетевому Рс равно

Зная величины Рс и Рк, находим среднее давление за время

где jSx — полезная площадь поршня, см2 (при прямом ходе);

— участок пути, на котором поршень проходит под давле­ нием Р ср.

Величину А п часто приравнивают к энергии удара поршня:

А п И у д .

Для более точного определения энергии удара необходимо учесть сопротивление трения и противодавление выхлопа, как это делается выше, а также работу сжатия воздуха в момент, когда выхлоп пере­ крыт, а удар еще не произведен. Тогда действующее на поршень усилие при прямом ходе

Работа сжатия перед ударом может быть определена по формуле

292