15

Лекция 5 Бурильные машины вращательно-ударного и ударно-вращательного действия

Лекция 5 бурильные машины вращательно-ударного и ударно-вращательного действия

1. Бурильные машины вращательно-ударного действия. Конструкция и принцип работы.

2. Буровой инструмент для вращательно-ударного и ударно-вращательного бурения.

3. Установочные и подающие устройства для ударно-поворотных, вращательно-ударных бурильных машин

1. Бурильные машины вращательно-ударного действия. Конструкция и принцип работы.

Бурильные машины вращательно-ударного действияуниверсальны: в породах с они работают в режиме вращательных машин, а в породах св режиме вращательно-ударных. Вращательно-ударные бурильные машины используют в бурильных установках. По конструкции универсальные бурильные машины этого типа выпускают с гидравлическими, пневматическими и механическими ударниками. Примером -универсальной бурильной машины с гидравлическим ударным механизмом являетсягдравлическая бурильная машина БКГ-2 (рис. 2.21).

Вращение от гидромотора 1 через шестерни 2 и 3, блоки шестерен 5 и 4 передается на шпиндель 6 и соединенный с ним шлицами хвостовик 7, в конусном отверстии которого устанавливается буровая штанга с коронкой. Через блок-шестерни 4 и 8 и шлицевой вал 9 вращение получает также и гидрораспределитель 10, который попеременно соединяет полость плунжера 13 с линией нагнетания или сливной линией. При включении линии нагнетания плунжер 13 разгоняет боек 12, который наносит удар по хвостовику 7. Обратный ход бойка осуществляют два плунжера диаметром 9 мм (на рис. не показаны) в момент, когда их полости соединены с линией нагнетания, а полость плунжера 15 – со сливной.

Для сглаживания пульсаций давления в гидросистеме и накопления энергии в момент перекрытия распределителем 10 нагнетательного канала предусмотрен гидроаккумулятор 11, заполненный азотом под давлением 3–3,5 МПа.

Переход с вращательно-ударного режима бурения на вращательный осуществляют, отключая гидроударник, с помощью блок-шестерни 8.

Бурильная машина имеет бесступенчатое регулирование частоты вращения инструмента и, кроме того, режим вращения и работы ударника можно регулировать, переключая блок-шестерни 5 и8.

Пневматическую бурильную машину 1100-1-1М (рис. 2.22) применяют в бурильных установках для бурения шпуров в породах с . Машина состоит из пневмоударника6, пневмо-мотора 10 и трехступенчатого редуктора 9, который передает крутящий момент от пневмомотора шпинделю 2, а затем через расположенный внутри шпинделя патрон 3 с выступами – хвостовику буровой штанги, который получает ударную нагрузку от поршня 5.

Сжатый воздух к пневмоударнику подводят через штуцер 8 и золотниковое воздухораспределительное устройство 7, к пневмомотору – через патрубок 11 и продольный паз, имеющийся в корпусе пневмомотора. Для уменьшения шума от работы пневмомотора установлен глушитель 12 реактивного типа.

Пружина 4 отжимает патрон 3 от поршня 5 и предотвращает нанесение ударов по хвостовику до тех пор, пока буровая штанга не встретит сопротивление породы.

Очистка шпура от шлама производится через муфту 1 для боковой промывки и осевой канал в буровой штанге.

Пневматическая бурильная машина БГА-1М предназначена для бурения шпуров в более крепких породах (), поэтому конструктивные параметры приближают ее к машинам ударно-вращательного действия – машинам с большой энергией удара и сравнительно небольшим крутящим моментом.

Машина БГА-1М (рис. 2.23) состоит из пневмомотора 1, редуктора2, корпуса 9, кожуха 8, бокового вала 7, пневмоударника 4, резинового амортизатора 3, редуктора 6 и патрона 5. Предохранительное устройство в виде резинового амортизатора 3 защищает детали вращателя от динамических нагрузок, благотаря чему повышаются его надежность и долговечность.

Принцип действия бурильной машины БГА-1М аналогичен принципу действия машины 1100-1-1М.

Бурильная машина с механическим ударником содержит вращатель и ударный механизм кулачкового типа (рис. 2.24), приводимые в действие электродвигателем или гидромоторами Вращение буровая штанга 1 получает от двухступенчатого двух-скоростного редуктора с шестернями 2, 9 и шпинделя 3. Кулачок 4 ударного механизма жестко закреплен на бойке 8 и приводится во вращение шестерней 7, насаженной на шлицевую втулку. При вращении бойка 8 кулачок скользит в зазоре, образованном двумя парами диаметрально расположенных роликов 6, Ролики вращаются в мощных подшипниках, корпуса которых установлены в резиновых амортизаторах 5, служащих для защиты механизмов от динамических нагрузок. Амортизаторы жестко связаны с корпусом редуктора. Профиль кулачка обеспечивает его возвратно-поступательное движение с выдержкой во времени в момент удара бойка о хвостовик бура и безударный вход в контакт с роликами.

При работе в режиме вращательного бурения ударный механизм выключают.

Особенностью рассмотренной принципиальной конструкции машины с механическим ударником является то, что она допускает замену электрического двигателя гидравлическим, принцип работы машины от этого не меняется.

Устройство гидравлических вращательно-ударных перфораторов рассмотрим на примере машины модели НВМ100 фирмы СИГ (Швейцария) (рис. 2.25).

От гидродвигателя 17 через зубчатые колеса 18 и 19 осуществляется вращение буровой штанги 1. Одновременно вращение зубчатого колеса 19 передается через колесо 2, вал 3 и колесо 6 зубчатому колесу 16, соединенному с вращающимся золотником 9, в котором имеются напорные 15 и смещенные относительно первых сливные отверстия 12.

При совмещении напорных отверстий15 с соответствующими отверстиями в корпусе золотниковой коробки 10 жидкость из линии питания 8 поступает в камеру 11, и поршень-ударник 5 начинает перемещаться в сторону буровой штанги, совершая рабочий ход По мере вращения золотника 9 отверстия 15 закрываются и открываются отверстия 12, совместившись с соответствующими отверстиями в корпусе золотниковой коробки 10. Камера 11 соединяется со сливной емкостью, а камера 4 – с напорной магистралью.

Поршень-ударник после удара и отскока от буровой штанги совершает обратный ход и возвращается в исходное положение. Работа ударного механизма характеризуется заранее настроенной частотой на один оборот буровой штанги.

При рабочем ходе поршня-ударника жидкость из камеры 4 вытесняется в напорную магистраль, так как его площадь со стороны камеры меньше площади рабочей камеры 11. Для снижения пульсаций давления в напорной 8 и сливной 13 магистралях установлены гидропневмоаккумуляторы 7 и 14.

Характерной особенностью рассмотренной конструкции бурильной машины является автоматическое отключение ударного механизма при стопорении буровой штанги.

К бурильным машинам ударно-вращательного действия относятся гидравлические перфораторы ударно-вращательного действия, гидро- и пневмоударники (погружные машины).

Типичные представители гидроперфораторов ударно-вращательного действия – машины фирмы «Линден Алимак» (Швеция). Принципиальная схема одного из вариантов машин такого типа приведена на рис 2.26.

Породоразрушающий инструмент 1 получает вращение от двигателя 3 через редуктор 2. Давление в линии 4, соединяющей напорную линию 5 двигателя с регулятором 26, зависит от момента сопротивления вращению боровой штанги.

В зависимости от положения золотника распределительного устройства 23 по линии 21 жидкость поступает в камеры 8 или 9 цилиндра 7 перфоратора. Если жидкость поступает в камеру 8, поршень-ударник 6 перемещается в сторону от буровой штанги, совершая обратный хот. При этом жидкость из камеры9 вытесняется в сливную магистраль 20. При обратном ходе поршня ударника открываются каналы 10, 11, 13, 14, выходные отверстия которых перекрыты золотником 15 регулятора 26. После открытия поршнем-ударником отверстия, не перекрытого золотником 15, жидкость проходит в канал 24 и перекидывает золотник 18 вправо. Вследствие этого поступающая по линии 21 в камеру 9 жидкость тормозит поршень-ударник и затем меняет направление его движения на противоположное.

В ходе перемещения поршня-ударника открывается входное отверстие канала 16, и жидкость поступает через канал 17 под золотник 18, который перекидывается влево, открывая доступ жидкости через распределитель в камеру 8.

После удара по хвостовику штанги и отскока поршень-ударник подхватывается жидкостью в камере 8 и совершает обратный ход.

Момент переключения распределителя 23 определяется положением золотника 15 регулятора 26, которое, в свою очередь, зависит от давления жидкости в канале 5 и усилия пружины 12, регулируемого винтом 25.

При увеличении нагрузки на гидродвигатель величина хода поршня-ударника уменьшается, энергия удара (при сохраняющемся давлении жидкости) снижается, а частота ударов возрастает.

Для снижения пульсации давления жидкости применяют гид-ропневмоаккумуляторы 19 и 22. С целью компенсации потерь энергии для поддержания постоянного давления применяют насосы переменной подачи.

Для бурения взрывных скважин на поверхности и в подземных условиях широко применяют погружные пневмоударники. В частности, при проведении горизонтальных и наклонных выработок, в том числе и восстающих, скважины, пробуренные пневмоударниками, можно использовать в качестве компенсационных полостей или непосредственно для размещения взрывчатых веществ, например при проходке восстающих методом секционного взрывания.

Пневмоударники относятся к забойным бурильным машинам, которые в процессе работы находятся непосредственно на забое скважины. Энергоноситель (сжатый воздух или воздушно-водяная смесь) и крутящий момент передаются с поверхности по бурильным трубам: сжатый воздух – от магистрали с сжатым воздухом или компрессора, вращение – от двигателя бурового станка.

Пневмоударники изготовляют двух типов: П – для открытых горных работ, энергоноситель – сжатый воздух; ПП – для подъемных горных работ, энергоноситель – сжатый воздух или воздушно-водяная смесь.

Табл. 1. Техническая характеристика пневмоударников

Тип пневмоударников	ПП-85-1,9	ПП- 105-2,2 (П-1-75)	ПП-105-2,4 (М-48)
Диаметр скважины, мм…………..	85	105	105
Ударная мощность, кВт……………	1,9	2,2	2,4
Номинальное давление сжатого воз духа, МПа…………………….	0,5	0,5	0,5
Удельный расход воздуха, мэ/(с·кВт)…………………………..	0,045	0,045	0,045
Расход воздуха, м3/мин…………….	5,2	6,0	6,6
Масса, кг……………………………	20	30	30
Тип…………………………………	ПП-105-2,5	ПП-125-3,1	ПП-160-6,0
Диаметр скважины, мм…………….	105	125	160
Ударная мощность, кВт……………	2,5	3,1	6,0
Номинальное давление сжатого воздуха, МПа……………………..	0,5	0,5	0,5
Удельный расход воздуха, м3/(с·кВт)…………………………..	0,045	0,056	0,056
Расход воздуха, м3/мин…………….	6,8	10,5	20,25
Масса, кг…………………………………	30	40	70

Первые цифры в условном обозначении пневмоударника – диаметр скважины, вторые – ударная мощность в кВт. В скобках указаны марки серийно выпускаемых пневмоударников, конструкторская документация на которые разработана ранее.

Применение забойных бурильных машин с ударниками исключает необходимость передачи удара поршня через колонну штанг, поэтому механическая скорость бурения с увеличением глубины скважины изменяется незначительно.

Рассмотрим конструкцию пневмоударника ПП-105-2,2 (П-1-75). По способу воздухораспределения Пневмоударники бывают с клапанным, бесклапанным и золотниковым воздухораспределением. Данный пневмоударник относят к машинам третьего типа Сжатый воздух через переходник 1 (рис. 2.27), соединенный резьбой с цилиндром 2, по центральному каналу поступает в поршень 3. Из поршня в рабочие камеры воздух попадает через радиально расположенные в поршне отверстия, которые открываются, попадая при движении поршня в зону проточек. Отработанный воздух удаляется из рабочих камер через систему выхлопных отверстий, выполненных в цилиндре.

Породоразрушающий инструмент 6 фиксируется в головке пнепмоударника с помощью шпонки 4. Буровую мелочь удаляют с забоя скважины сжатым воздухом, поступающим из нижней камеры через специальные каналы, выполненные в головке 5.

Роль золотника выполняет сам поршень-ударник, имеющий специальный хвостовик.