- •Методические указания
- •Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Механическое оборудование карьеров»
- •346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132
- •Мирный с.Г., Асеева а.Е., 2000 введение
- •1 Содержание, объем, структура и общие требования к курсовой работе
- •1.6 Выбор бурового станка
- •2 Режимы бурения и расчет их основных
- •2.1 Расчет параметров бурения резанием (шнековое бурение)
- •2.2 Расчет параметров шарошечного бурения
- •2.3 Режимы ударно-вращательного бурения и расчет их основных параметров
- •3 Производительность буровых станков
- •4 Определение нагрузки на рабочее
- •4.1 Сопротивление резанию горных пород при их экскавации
- •4.2 Определение линейных размеров и масс основных элементов рабочего оборудования
- •5 Усилия, действующие на рабочее оборудование, и расчет мощности приводов одноковшовых экскаваторов
- •5.1 Прямая мехлопата
- •5.2 Драглайн
- •5.3 Мощность привода ходового механизма шагающего
- •5.4 Определение диаметра и длины каната исполнительного
- •5.5 Кинематические схемы приводов основных механизмов
- •Канаты исполнительных механизмов одноковшовых экскаваторов
- •5.6 Многоковшовые цепные экскаваторы
- •5.7 Роторные экскаваторы
- •Литература
2.3 Режимы ударно-вращательного бурения и расчет их основных параметров
Правильность выбора бурового оборудования, инструмента и режимов работы является основным условием эффективного бурения.
Факторы режима ударно-вращательного бурения: тип и размер долота, ударная мощность пневмоударника, осевое усилие, частота вращения, расход и давление воздуха в сети. Ударная мощность пневмоударника является регулируемым параметром станка.
Монолитные породы небольшой и средней крепости эффективно бурят долотами БК-105, БК-155, трещиноватые, крепкие и весьма крепкие породы – x-образными долотами К-105К, К-125К, К-160К, трещиноватые, не абразивные породы средней крепости и высокой крепости - штыревыми долотами К105Ш, К-125Ш.
Усилие подачи на пневмоударник и долото должно обеспечивать эффективное внедрение последнего в разбуриваемую породу. Практически усилие подачи увеличивается с увеличением ударной мощности пневмоударника.
Величины усилия подачи и частоты вращения бурового става в зависимости от типоразмера пневмоударника, долота и крепости пород представлены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Усилия подачи и частоты вращения бурового става для различных
типоразмеров пневмоударников
Типоразмер пневмоударника |
Типоразмер долота |
Коэффициент крепости пород f |
Усилие подачи, Н |
Частота вращения, с-1 |
МП-3 |
БК-105 |
6-8 |
1500 |
1.08-0.92 |
|
|
10-12 |
1500 |
0.83-0.75 |
|
|
14-16 |
1800 |
0.67 |
|
|
18-20 |
1800 |
0.58 |
П-105 |
К-105 |
6-8 |
1000 |
1.17-1.0 |
|
|
10-12 |
1800 |
0.92-0.83 |
|
|
14-16 |
2000 |
0.75 |
|
|
18-20 |
2000 |
0.75 |
П-125 |
К-125 |
6-8 |
2500 |
1.0-0.75 |
|
|
10-12 |
2500 |
0.67-0.58 |
|
|
14-16 18-20 |
3000 3000 |
0.5 0.5-0.42 |
М32К |
БК-Т55 |
6-8 |
4000 |
0.75-0.67 |
|
|
10-12 |
4000 |
0.58 |
|
|
14-16 18-20 |
4000 4000 |
0.50 0.42 |
П-160К |
К-160 |
6-8 |
6000 |
0.67-0.58 |
|
|
10-12 |
6000 |
0.5 |
|
|
14-16 |
7000 |
0.42 |
|
|
18-20 |
7000 |
0.42 |
При ударно-вращательном бурении параметры станка определяются, прежде всего, параметрами пневмоударника. Конструкции пневмоударников и их технические характеристики представлены в табл. 2.4.
Частота вращения, величина усилия подачи и крутящий момент должны быть увязаны с параметрами пневмоударника, формой и размерами долота и свойствами горной породы.
Частота вращения бурового става зависит от энергетических и частотных характеристик пневмоударника, конструкции породоразрушающего инструмента, физико-механических свойств породы и диаметра скважины.
С достаточной точностью частоту вращения бурового става можно определять по формуле НИИГормаш:
(52)
где пП - частота пневмоударника, с-1;
D - диаметр скважины, см;
А - энергия удара, Дж;
g - ускорение, м/с2;
l - суммарная длина лезвия долота, см;
- угол заточки лезвий долота, град.
Таблица 2.4
Основные технические характеристики пневмоударников
Параметры |
Станок |
|||
СБУ-100 |
СБУ-125 |
СБУ-160 |
СБУ-200 |
|
Тип пневмоударника |
П-105 |
П-125 |
М-32К, П-160 |
П-200 |
Диаметр коронки, мм |
105 |
125 |
155, 160 |
200 |
Энергия единичного удара, Нм |
90 |
120 |
280 |
400 |
Ударная мощность, кВт |
2.5 |
2.85 |
4.1, 5.8 |
|
Частота ударов в минуту |
1600 |
1600 |
1900, 1275 |
1200 |
Давление воздуха, МПа |
0.5-0.7 |
0.5-0.7 |
0.5-0.6; 0.5 |
0.5 |
Расход воздуха, ммин |
5.7 |
7 |
14, 12 |
18 |
Масса ударника |
3.1 |
5.6 |
5.45, 11.3 |
- |
Масса пневмоударника |
20 |
31 |
40, 56 |
- |
Для долот с углом заострения = 110° формула (52) имеет вид
(53)
Усилие подачи. Величина усилия подачи, развиваемой подающим устройством станка,
Р = Р1 + Р2 + Р3, (54)
где Р1, Р2, Р3 - усилия, прилагаемые к превмоударнику для эффективного процесса разрушения, преодоления сил трения бурового става о стенки скважины и преодоления трения в направляющих станка соответственно.
Для нормальной работы превмоударника усилие подачи Р1, Н, определяется по формуле
(55)
где - отношение времени обратного хода к времени рабочего хода поршня (для пневмоударников типа МП-3, П-105, П-125 и М-32К это отношение составляет 1.3 - 1.5);
nП - частота ударов поршня-ударника, мин-1;
А - энергия удара поршня, Дж;
т - масса поршня-ударника, кг.
Дополнительное усилие подачи для создания контактного напряжения между лезвиями долота и породой в зависимости от физико-механических свойств породы по экспериментальным данным находятся в пределах 15...20 % от величины усилия подачи на пневмоударнике.
При бурении скважины под утлом к горизонту между штангами и стенками скважины возникает сила трения Р2, Н:
Р2 = mш (56)
где mш - масса штанги, кг (параметры штанг приведены в табл. 2.5);
- коэффициент трения между штангой и породой ( = 0.4 - 0.6).
Таблица 2.5
Основные параметры штанг станков ударно-вращательного бурения
Параметр |
СБУ-100 |
СБУ-125 |
СБУ-160 |
Диаметр, мм |
83 |
89 |
114 |
Длина, мм |
900 |
293 |
6700 |
Масса, кг |
10.6 |
32.5 |
156.0 |
При передаче крутящего момента ставу и штанге на вращателе возникает момент трения Мтр, воспринимаемый направляющими, по которым перемещается плита вращателя. При расстоянии между направляющими lн и коэффициентом трения т усилие подачи Рз, необходимое для преодоления силы трения в направляющих:
(57)
Крутящий момент, необходимый для вращения данного пневмоударника:
(58)
где D - диаметр скважины, м.
Для обеспечения нормального процесса бурения (с учетом заклинивания бурового става, прохождения нарушенных участков породы, трения бурового става о стенки скважины в любом интервале и при любом наклоне буримой скважины с учетом возможности бурения скважин диаметром 105,
125 и 160 мм) крутящий момент должен быть увеличен в 2-3 раза.
Ориентировочная стойкость долот Lд, м, в зависимости от типа и крепости горных пород приведена в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Стойкость буровых долот
Тип долота |
Коэффициент крепости пород f |
|||||
6-8 |
8-10 |
10-12 |
12-14 |
14-16 |
16-18 |
|
БК-105 |
140 |
100 |
60 |
30 |
23 |
12 |
К-105 |
420 |
200 |
130 |
60 |
40 |
24 |
БК-125 |
140 |
60 |
40 |
30 |
20 |
12 |
К-125К |
420 |
200 |
120 |
80 |
40 |
36 |
БК-155 |
200 |
126 |
93 |
60 |
36 |
25 |
К-160К |
- |
- |
- |
120 |
- |
- |
Теоретическая скорость бурения ударно-вращательных станков с погружными пневмоударниками
(59)
где А - работа единичного удара, Нм;
nП - частота ударов пневмоударника в минуту;
К3 - коэффициент трения бурового инструмента о породу;
ск - предел прочности породы при одноосном сжатии, Н/м2;
- угол заострения лезвий буровой коронки, град.
Рациональный интервал смены долот типа К-100В (стойкость долота до заточки), определяемый из условия минимальных затрат на бурение 1 м скважины, рекомендуется следующий:
Коэффициент крепости |
9-10 |
11-12 |
13-14 |
15-16 1 |
17-18 |
> 18 |
|||
Стойкость долота, м |
30 |
20 |
15 |
10 |
5 |
3 |