1.2.5. Определение производительности буровых станков

Постановка задачи и исходные данные

Определить сменную П_см, месячную П_МЕС и годовую П_ГОД производительность станка ударного бурения с погружным пневмоударником по исходным данным к задаче № 1.2.1 (см. табл. 1.4). Теоретическую скорость бурения V принять по результатам решения задачи № 1.2.1. Нормативное время смены Т_см. принять равным 7 ч.

Порядок решения задачи

1. По формулам (1.24) или (1.25) определяется сменная производительность бурового станка:

_.

или

_.

2. По формулам (1.25) и (1.26) рассчитывается месячная и годовая производительность:

_n;

_{или .}

1.3. Примеры решения задач

Пример 1.

Определить теоретическую скорость бурения пород (σ_м.б = 55 МПа) погружным пневмоударником с четырехперым долотом (п = 4) с углом заострения лезвия (α = 90^о), диаметром 0,16 м и средним затуплением лезвий (К_з = 1,2), глубина погружения лезвия η = 0,002 м, частота ударов пневмоударника Z = 20 c^-1, µ₁ = 1.

Решение:

1. По формуле (1.2) определяем силу сопротивления породы бурению:

_{Ру = 2∙106 d h σм.б(tg α/2+µ1) Кз = 2∙106∙0,16∙0,002∙55 (tg 45+1) 1,2 = =0,08448∙106 Н.}

2. Частоту ударов на 1 оборот инструмента для θ=120^о получим по (1.4):

_{Zo=π d/2 п h tg θ/2=3,14 ∙0,16/2(4∙0,002∙1,73)=18,1 уд/оборот.}

3. Необходимую частоту вращения бурового инструмента n₁(c^-1) определяем по (1.5):

_{п1 = Z/Zo= 20/18,1= 1,1049 с-1..}

4. Теоретическую скорость бурения V (м/ч) находим по (1.6):

_{V = 3600 h n1 =3600∙0,002∙1,1049 = 7,95 м/ч.}

5. Энергию единичного удара пневмоударника рассчитываем по формуле

_{А = 0,5 Ру h = 0,5∙84480∙ 0,002 = 84,48 Дж.}

Пример 2.

Определить частоту ударов и мощность погружного пневмоударника работающего приа давлении р = 0,98∙10⁶ Па. Диаметр поршня ударника D = 0,1 м, ход поршня L_п = 0,15 м, масса поршня

m_п = 5 кг.

Решение:

1. Среднее индикаторное давление воздуха в цилиндре погружного пневмоударника при рабочем и обратном ходах определим как

_{рр = Срр = 0,62∙0,98∙106 = 0,6∙106 Па;}

_{ро = Сор = 0,4∙0,98∙106 = 0,39∙106 Па.}

2. Осевое усилие действующее на поршень при рабочем и обратном ходах, находим соответственно по формулам:

_{Рос.р = 0,25 π Ki pp D2 = 0,25∙3,14∙0,8∙0,6∙106∙0,12 = 3,76 ∙103 Н;}

_{Рос.о = 0,25 π Ki pо D2 = 0,25∙3,14∙0,7∙0,39∙106∙0,12 = 2,14 ∙103 Н.}

3. Ускорения движения поршня при рабочем и обратном ходах равны

_{jp = Рос.р/mп =3,76∙103/5 = 0,752∙103 м/с2; jo = Рос.о/mп =2,14∙103/5 = =0,43∙103 м/с2.}

4. Частоту ударов поршня ударника рассчитаемм по (1.8):

_{=23,34 с-1.}

5. Энергия единичного удара при бурении (прямой ход) при коэффициенте трения поршня о стенки цилиндра µ₃ = 0,3 определим по формуле:

А = L_п С_п (Р_ос.р - g т_п µ₃)= 0,15∙0,85 (3,76∙10³ - 9,81∙50,3) = 477,5 Дж.

6. Теоретическая мощность пневмоударника на поршне найдем по формуле:

_{Nп = А Z = 477,5∙23,34 = 11145 Вт или 11,1 кВт.}

Пример 3.

Определить режимные параметры бурения породы крепо­стью f= 17 шарошечным долотом D = 270 мм с усилием подачи Р_ос.тах< 325 кН.

Решение:

1. По формуле (1.9) проверим соответствие выбранного долота потребному усилию подачи для К = 7:

_{Poc=10-2 ∙7∙17∙270 = 321,3 кН < 325 кН.}

2. По (4.10) вычисляем глубину внедрения зубьев долота в породу при α= 90^о; µ₁=1 и К_з = 1,3, тогда

_{h = 1,5∙102 Рос /D (tg а/2+ µ1) Кз = 1,5∙102∙325/270∙17∙2∙1,3 = 4,08 мм.}

3. Определив по (1.11) потребный момент вращения долота при удовлетворительной очистке скважины (п = 1,5), получим

_{Мкр = 2,84∙10-3 k1D (0,22∙Рос)п = 2,84∙10-3∙6∙270 (0,22∙325)1.5= 2781,5 Нм.}

4. По (1.12) определяем мощность привода вращателя для п_вр=0,916 и кпд привода 0,7:

_{Nвp = 2∙10-3 Мкр пвр/ηвр = 2∙10-3∙2781,5∙0,916/0,7 = 22,85 кВт.}

5. По (4.13) определяем мощность привода подачи при скорости подачи 0,02 м/с и КПД привода 0,65:

_{Nпод = Рос vпод/ηпод= 325∙0,02/0,65 = 10 кВт.}

6. По (1.14) рассчитываем теоретическую скорость бурения при коэффициенте неполного скола породы 0,3:

_{V= 10,8 Kck h пвр= 10,8∙0,3∙4,08∙0,916= 12,1 м/ч.}

7. По (1.15) находим потребный расход воздуха для скорости потока в затрубном пространстве V_в = 1500 м/мин и диаметре штанги

D_ш= 234 мм:

_{Q = F Vв = 0,25 π Vв (D2 - Dш2) = 0,25∙3,14∙1500 (0,272 - 0,2342)=}

_{=1,36 м 3/мин.}

8. Определяем мощность привода компрессора по (1.16) при давлении на выходе 7∙10⁵ Па, при атмосферном давлении 1∙10⁵ Па и КПД компрессора и его передачи соответственно 0,6 и 0,92:

_{Nком = 4,2 Qp1 (lgр1/р2)/(ηк/ηп) = 21,36∙1,97∙4,2∙105/(0,6∙0,92) = 320 кВт.}

Пример 4.

Определить режимные параметры бурения породы (σ_м.б. = 4 МПа и σ= 1,8 т/м³) режущим двухперым долотом (Z= 2) диаметром D = 0,2 м с выдачей породы шнеком (D₁ = 0,18 м, β = 30^о) с глубины до 32 м, µ₁ = 1 и µ₂ = 1,2.

Решение:

1. По (1.17) определяем потребное осевое усилие подачи при заглублении лезвия долота h = 0,01 м и его затуплении К_з = 1,2:

_{Рос = 0,25 Кз D h σм.б = 0,25∙1,2∙0,2∙0,01∙4∙103 = 30 кН.}

2. Момент вращения долота, необходимый для разрушения породы находим по (1.18):

_{М1 = 0,125 D2 σм.б h Z (1 +µ1 K3) = 0,125∙0,22∙4∙103∙0,01∙2 (1+1∙1,2)=}

_{=0,88 кНм.}

3. Минимально допустимую частоту вращения шнека вычисляеем по (1.20):

_{по≥[g(sin β+µ1 cos β)/(2π2 µ2 D 1)]0,5= [9,81(0,5+1∙0,866)/(2∙9,85∙ ∙1,2∙0,18)]0,5= 1,775 с-1;}

4. Максимальную теоретическую производительность шнека определяем по (1.21) при d = 0,06 м; К = 0,8; S = 0,4 м; Ψ = 0,7 и максимальной частоте его вращения n_вр =1,8с^-1 больше 1,775 с ^-1:

_{V= 9∙102 π(D12 - d2) К S Ψ nвр = 9∙102∙3,14 (0,182 -0,062) 0,8∙0,4∙0,7∙ 1,8=2,8 м3/ч.}

5. Максимальную теоретическуюскорость бурения находим по (1.19):

_{Vmax = 3600 h Z nвр = 3600∙0,01∙2∙1,8 = 129,6 м/ч.}

6. Момент, потребный для подъема породы шнеком с глубины 32 м при К_р =1,3 и К_т = 1,1, вычислим по (1.22):

_{М2 = 0,125 g Кт πD1 (D12-d2) (tg β+ µ2)HγΨ/Кр = 0,125∙9,81∙1,5∙3,14∙0,18× × (0,182-0,062) (0,57 + 1,2) 34∙1,8∙0,7/1,3 = 1,27 кНм.}

7. Мощность двигателя вращателя при η= 0,87 получим по (1.23):

_{Nвp = 2π (М1 + М2) nвр/η = 2∙3,14 (0,88 +1,27) 1,8/0,87 = 27,9 кВт.}

Пример 5.

Определить сменную П_см месячную П_МЕС и годовую П_ГОД производительность станка ударного бурения с погружным пневмоударником по исходным данным к примеру 1. Теоретическую скорость бурения принять равной V = 7,95 м/ч. Нормативное время смены Т_см= 7 ч. Число рабочих смен в сутки n = 2.

Решение:

1. По формулам (1.24) или (1.25) определяется сменная производительность бурового станка:

_{= 0,7∙7∙0,8∙7,95 = 31,16 м/см.}

2. По формулам (1.25) и (1.26) определяется месячная и годовая производительность:

_{n =31,16∙50 = 1558 м/мес;}

_{= 1558∙300 = 467400 м/год.}