Исследование и выбор рациональных режимных параметров бурильных машин вращательного действия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.233.6

В.М. Наумкин, М.Н. Курганский

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРИЛЬНЫХ МАШИН ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Семинар № 16

ТУ настоящее время на шахтах и рудниках России для бурения шпуров и скважин широко используется вращательный способ бурения. Поэтому совершенствование бурильных машин этого типа и выбор рациональных ных параметров их работы является одной из актуальных задач.

Существуют несколько методик аналитического расчета рациональных режимных параметров работы бурильных машин вращательного действия: В.Г. Михайлова и Л.И. Кантовича, О.Д. Алимова и Л.Т. Дворникова, Р.Ю. Подэрни и других [1, 2, 3]

В данной работе по приведенным методикам были выполнены расчеты по выбору рациональных режимных параметров машин вращательного способа бурения.

Осевое усилие по методике О.Д. Алимова и Л.Т. Дворникова определяется из соотношения Fос > 350^ где f - крепость буримых пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Толщина снимаемой за один оборот стружки определяется по формуле Ьст = =(9-0.50 Рос Ю'7 ’

Тогда механическая скорость бурения будет соответ-

ственно равна V = =60Ьстп, где п-частота вращения бурового инструмента.

Рассматриваемая методика отличается простотой расчетов, однако не учитывает физико-механических свойств и геометрических параметров резцов и степень их затупления. Кроме того, при определении осевого усилия подачи Fос получаем результаты близкие к практическим результатам, полученным в процессе эксплуатации, то при определении скорости бурения в зависимости от крепости буримых пород будет увеличиваться ^т, а соответственно и механическая скорость бурения, что противоречит результатам, полученным в практике эксплуатации бурильных машин вращательного действия.

Достаточно высокую сходимость рациональных режимных параметров бурения с данными полученными в практике бурения можно получить по методике предлагаемой В.Г.Михайловым и Л.И. Кантовичем. [1]

Осевое усилие определяется по формуле

Бос = 0,5zGсмD(kf’h+0,5C2),

Рис. 1

К 1 2 3 4 5 6 7 8

^10‘3 м/об 3 2,7 2,3 2 1,9 1,75 1,6 1,5

V(n1) м/мин 0,94 0,85 0,72 0,63 0,6 0,55 0,5 0,48

V(n2) м/мин 0,5 0,45 0,39 0,34 0,32 0,3 0,27 0,25

Рис. 2

где f - крепость буримых пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова; z - число рабочих перьев резца; Gсм - предел прочности породы на смятие, кгс/см2; Г = 0,5^0,7 - коэффициент трения; К = 0,5^0,7 - коэффициент хрупкости породы; С2 - коэффициент затупления резца; И - толщина стружки.

Полный крутящий момент на резце определяется по формуле:

Мкр = дасм^6)[2кт2+С2Г(Р2-а2)/8Шф/2+

+ ^^тф/2)]

где Б - диаметр коронки; ф - угол конусности торца коронки.

Необходимая мощность привода вращателя:

N = кпМкрю/(71620'л)

кп= 1,15-1,20 - коэффициент неучтенных потерь; ^ и 0,85-0,95 - КПД передачи.

Результаты выполненных аналитических исследований по рассматриваемой методике приведены на рис. 2.

Анализ полученных зависимостей от крепости буримой породы имеют линейный характер и завышенные значения параметров мощности.

Наибольшую сходимость рациональных режимных параметров вращательного

способа бурения с результатами экспериментальных исследований были получены при определении этих параметров по методике Р.Ю. Подэрни.[2] Толщину срезаемой

стружки определяем по формуле:

Н = Vn/(60znnвр),

где V,! - скорость подачи инструмента, м/мин; ^ - число

перьев в коронке; пвр - частота

-1

вращения коронки, с-1.

Осевое усилие на инструменте определяется как

Б = С N

л- ос X?

где Сш = 0,7-1,5 - экспериментальный коэффициент; N - усилие сопротивления породы сколу, кН.

N = 0,5-103БЬккСТмб,

где Б - диаметр коронки; И - толщина стружки; Кк = 0,5-0,7 - коэффициент; стмб -предел прочности породы при механическом бурении.

Момент сопротивления каретки на разрушение породы:

М1 = 0,125Б12ккЬ7(1+ц1Сш).

Момент сопротивления бура на вынос штыба из скважины (шпура), кНм

М2 = 0,125gkтDlЛ(D12-d2)(tgP+Ц2)Hyvkр,

где р - угол подъема винтовой линии бура; Н - глубина погружения шнеков в скважину, м; кт =1,5-2 - коэффициент, учитывающий трение шнека о стенку скважины; ць ц2 - коэффициент трения соответственно порода - сталь, порода - порода; у - коэффициент заполнения шнека; у - плотность породы, т/м3; кр - коэффициент разрыхления.

Мощность на вращение штанги, кВт:

Рис. 3

Н,р = (М1+М2)ЮврП-1,

где ювр - угловая скорость бура, рад/с.

Для приближения расчетных значений рациональных режимных параметров к практическим данным в рассмотренных выше формулах изменены значения двух коэффициентов К’к= 0,2 и численного

чения введенного в эмпирическую формулу.

М! = 3D12kкhz(l+ц1Cш),

К’к = 0,2,

М2 = 0,125gkтD1л(D12-

а2)(1яР+Ц2)Иуукр,

NBр= (М1+М2)юВрП-1.

Рациональные режимные параметры полученные по скорректированным значениям указанных выше коэффициентов показаны на рис. 3.

Анализ полученных зависимостей с корректированными значениями коэффициентов показывает , что они имеют нелинейный характер и достаточно хорошо согласовываются с результатами и данными, полученными в практике эксплуатации бурильных машин вращательного действия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлов Ю.И., Кантович Л.И. Горные 3. Алимов О.Д., Дворников Л.Т. Бурильные

машины и комплексы. - М.: Недра, 1975. 423 с. машины. - М.: Машиностроение, 1976.

2. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. - М.: Недра, 2004.

543 с.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------

Наумкин В.М., Курганский М.Н. - Московский государственный горный университет.

-А