книги из ГПНТБ / Ударно-канатное бурение И. П. Зорин, А. М. Стороженко. 1960- 12 Мб

Здесь а, и а„—углы между кривошипом и линией, про­

ходящей через центры оси кривошипа и неподвижной оси удар­ ной балки при верхнем и нижнем предельном положении по­ следней. Значение углов а( и аи определяется из треугольни­

ков ADC]H ADCn двух крайних положений ударной балки. Таким образом, при движении оттяжного блока вниз криво­ шипный палец, равномерно вращаясь, проходит больший путь и поворачивается на угол, больший 180°. Времени при этом затрачивается больше, чем при движении блока вверх. Этот

центрами оси кривошипа и неподвижной оси ударной балки /4. При 1з = и = Ь' угол опережения у становится равным нулю и кривошипно-шатунный механизм превращается в механизм

первого рода с меньшей высотой подъема бурового сна­ ряда, у которого углы поворота кривошипа при подъеме и падении снаряда равны 180°.

Результаты подсчета значений А,, лп и их разности и углов

опережения у для станков БУ-2 и БС-1 (при различных длинах кривошипа) приведены в табл. 6.

Из табл. 6 видно, что, например, разность Л,-—Ап у станка БС-1 больше, чем у станка БУ-2. Следовательно, и несиммет­

Пренебрегая неравномерностью вращения кривошипа, инер­ цией инструмента, упругостью каната и амортизатора, условно (в приближенных подсчетах) можно считать, что удельное время, затрачиваемое на подъем и опускание бурового снаряда,

по своей величине будет эквивалентно значениям X, и Хп.

У станков БУ-2 и БС-1 с увеличением рабочей длины криво­ шипа значение X, возрастает, а соответственно умень­

шается.

Угол поворота ударной балки можно определить по фор­ муле

29

Результаты подсчета значений X, у, 0 и S для станков БУ-2 и БС-1

Значения определены с округлением до 5 мм.

Высота подъема бурового инструмента у большинства совре­ менных станков ударно-канатного бурения, вопреки довольно распространенному представлению, отнюдь не равна диаметру окружности вращения пальца кривошипа ударного механиз­ ма, а всегда больше его, при­ чем в некоторых случаях на значительную величину. Это объясняется неравенством плеч качания оттяжного бло­ ка /5 и верхнего пальца ша­ туна /3, а также тем, что буровой канат при каждом качании навивается на на­ правляющий и оттяжной бло­ ки на некоторый дополни­ тельный угол охвата 0 (рис. 8), равный углу поворота ударной балки, а также на головной мачтовый ролик на угол, рав­ ный <р -- ф и .

жет быть определена по фор­ муле (42) Маркмана Н. Е. Эта формула основана на действи­

тельной схеме ударного механизма. При выводе ее приняты следующие допущения:

1)не учитывается упругость каната и амортизатора;

2)предполагается, что канат набегает и сбегает с блока по касательной (рис. 8). Тогда

S А’п^п

+ A’jA’n + MuMr

Поскольку:

31

отвесной линией, проходящей центр последнего. Они образуются соответственно в моменты край­ них нижнего и верхнего положений оттяжного блока.

Вычисленные по формуле (42) значения S для станков БУ-2 и БС-1 приведены в табл. 6.

Теоретическая высота хода 5 бурового снаряда тем больше, чем больше радиус кривошипа 1\, отношение плеча качания Zs оттяжного блока к плечу /з пальца шатуна, угол качания 0 ударной балки, радиус г оттяжного и направляющего блоков,

радиус R мачтового блока и разность углов <р, и <рн и чем менее отвесна струна инструментального каната.

Угол качания 0 ударной балки тем больше, чем длиннее кривошип и чем дальше от оттяжного ролика присоединен верхний палец шатуна к ударной балке, т. е. чем короче плечо Z3 (см. рис. 8).

У механизма второго рода при движении оттяжного блока ударной балки вниз палец кривошипа поворачивается на угол 180°+у. В данном случае времени затрачивается больше, чем при движении блока вверх с поворотом пальца на угол 180°—у. В связи с этим полупериоды кривых пути, скорости и ускорения бурового снаряда неодинаковы и имеют максимумы разной величины. Характер их изменения изображен на рис. 9.

Здесь время ta подъема бурового снаряда больше, чем время его падения Zc; скорость уп движения точки подвеса каната вверх меньше скорости vz опускания ее при падении снаряда (в мертвых точках эти скорости равны нулю); ускорение при подъеме снаряда также значительно меньше, чем при его опу­ скании.

Меньшие скорости и ускорения при подъеме бурового сна­ ряда позволяют уменьшить мощность двигателя бурового станка.

Частота ударов и высота подъема бурового снаряда должны обеспечивать наиболее свободное его падение. В станках с ударным механизмом второго рода при постоянной угловой скорости со время движения оттяжного ролика вверх

где п — число ударов в минуту.

32

При опускании бурового снаряда (двигатель не загру­ жается) угловая скорость кривошипа обычно превышает угло­ вую скорость подъема. Время, необходимое для опускания снаряда,

подъема v п, скорости опускания ос и ускорения / бурового снаряда при повороте кривошипа дол­ бежного механизма второго рода

а время для подъема

— Ml 80° +7)

6n

где k\ и k2 — коэффициенты, учитывающие неравномерность угловой скорости кривошипа соответственно при падении и подъеме бурового снаряда.

Для легких станков, приводимых от небольших двигателей, £1^0,9; /г2~1,1.

Время Л должно быть равно времени свободного падения бурового снаряда с высоты S, определяемому по формуле

t =-1/^

V 7

где /—ускорение падения бурового снаряда.

При этом в первый период падения буровой снаряд дви­ жется медленнее, чем оттяжной ролик, и канат имеет слабину, а во второй период скорость оттяжного ролика уменьшается, а бурового снаряда увеличивается, и он достигает забоя в тот момент, когда оттяжной ролик приходит в свое верхнее поло­ жение. При t\ = tc

Решая это уравнение относительно п, получим наиболее рациональное число ударов для взятой длины кривошипа и угла опережения у:

ния у = 7°.

45

п= ~—■

/S

Таким образом, нормальная частота ударов бурового сна­ ряда обратно пропорциональна квадратному корню из.высоты его подъема. Следовательно, с увеличением высоты подъема частоту ударов приходится уменьшать, а с уменьшением — уве­ личивать.

Устанавливая палец кривошипа в разные отверстия зубча­ того колеса, изменяют радиус его вращения. Одновременно из­ меняется размах качания ударной балки, а следовательно, и высота подъема бурового инструмента над забоем скважины. Такое регулирование необходимо при бурении глубоких сква­ жин, с тем чтобы снаряд работал ритмично и при каждом ударе достигал забоя. При бурении скважин глубиной до 60—100 м палец кривошипа вставляется в отверстие с наименьшим ра­ диусом вращения.

Вес бурового снаряда. Успех бурения в твердых и весьма твердых породах в значительной мере зависит от веса бурового снаряда, с увеличением которого растет сила удара.

34

ны в табл. 7 для бурового снаряда диаметром 20 см и дли­ ной 500 см)

Таким образом, вес бурового снаряда прямо пропорционален квадрату глубины внедрения долота в породу, диаметру лезвия, сопротивлению породы раздавливанию и обратно пропорцио­ нален высоте падения бурового снаряда и модулю упругости породы.

Пример 1. Определить вес бурового снаряда для условий: диаметр долота d=20 см, угол приострения лезвия а=90°, сопротивление породы раздавливанию ов = 1500 кг/см2, коэффициент трения tgcp=0,35; ход буро­ вого снаряда 5=0,955 м, коэффициент крепости породы /=10.

Решение. Теоретическая глубина внедрения долота в породу за один

Согласно табл. 7 при а=90° и tg<p=0,35 принимаем А=1,35 и Ко=1,О29.

Тогда по формуле (47) вес бурового снаряда

= 12.8(1,029 -|- 0,087) = 1208-1,116= 1348 кг.

Вместе с тем вес бурового снаряда должен соответствовать конструктивным данным станка, исходя из чего максимальный

36

Высота мачты бурового станка зависит от веса бурового станка, определяемого по формуле (47), и может быть полу­ чена из формулы (48)

Пример 2. Определить высоту мачты станка И для условий: вес буро­ вого снаряда G=1348 кг, диаметр долота d=20 см, ход бурового снаряда

3=0,955 м.

37

Решение. Берем е=0,715. Определяем Н по формуле (49)

1 пог. см длины лезвия долота; чем он больше, тем выше про­ изводительность бурения.

На основании опытных данных установлены следующие зна­ чения до в зависимости от крепости пород:

Необходимая мощность двигателя для привода ударного меха­ низма в течение одного оборота кривошипа изменяется в ши­ роких пределах. При подъеме бурового снаряда нагрузка не­ прерывно растет до максимальной. Мощность при подъеме

до оттяжного ролика.

Нагрузка в верхней части каната определяется по формуле

G0 = G + /<G + ^^, кг;

g

-38