CC BY
24
УДК 624.132
HOBI КЫБЦЕВ1 РОБОЧ1 ОРГАНИ БУРИЛЬНИХ МАШИН
В.П. Головань, доц., к.т.н., О.Ю. Вольтере, доц., Кшвський нацюнальний ушверситет буд1вництва i архгтектури
Анотац1я. Подано результаты роботы «Теоретичт основы створення новых конструкцт бурильного обладнання для роботы на мщних грунтах». Наведено eidoMOcmi про основт розробкы, выкорыстання якых дозволытъ тдвыщыты ефективтеть розробкы свердловын для буд1вельного выробныцтва.
Ключов1 слова: грунты, свердловыны, бурылъна техшка, кгльцевг буры.
НОВЫЕ КОЛЬЦЕВЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ БУРИЛЬНЫХ МАШИН
В.П. Головань, доц., к.т.н., А.Ю. Вольтере, доц., Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. Представлены результаты работы «Теоретыческые основы созданыя новых конструкций бурылъного оборудования для работы на прочных грунтах». Приведены сведения об основных разработках, использование которых позволит повысить эффективность разработки скважин для строительного производства.
Ключевые слова: грунты, скважины, бурильная техника, кольцевые буры.
NEW RING WORKING ELEMENTS OF BORING MACHINES
V. Holovan, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), O. Wolters, Assoc. Prof., Kyiv National University of Construction and Architecture
Abstract. The results of the paper «The theoretical fundamentals of creating new designs of boring equipment for works on firm grounds» are presented. The data on main findings which will allow to increase the efficiency of well development for the construction industry have been given.
Key words: soils, wells, boring machines, circular drills.
Вступ
Необхщшсть створення нових конструкцш бурильного обладнання для роботи в мщних грунтах пов'язана з тим, що впчизняна бури-льна техшка, яка використовуеться в буд1ве-льному виробництв1, не завжди вщповщае сучасному р1вню машинобудування I потре-буе вдосконалення.
Анал1з публжацш
Для буршня свердловин великих д1аметр1в (400-900 мм) доцшьно використовувати кь льцев1 бури, яю руйнують грунт по периферий утворюючи кшьцевий прор1з, який вщщ-
ляе внутршнш об'ем грунту - керн вщ Грунтового масиву. Таким чином, мае мюце зме-ншення площ1 руйнування грунту, що дозво-ляе збшьшити нашрне зусилля на кожний р1зець.
Кшьцев1 бури, яю призначеш для створення свердловин великих д1аметр1в у мщних грунтах, оснащуються твердосплавними р1зцями, що забезпечують розробку вказаних грунтов.
Використання кшьцевих бурових робочих оргашв, в яких, на вщмшу вщ суцшьного буршня, створюеться тшьки кшьцевий прор1з, частково шдвищуе ефектившеть буршня, оскшьки нашрне зусилля д1е на меншу пло-
щу, а отже, \ на менше число р1зщв. Але при використанш мобшьних бурильних машин для буршня свердловин великих д1аметр1в у вказаних Грунтах нашрного зусилля, яке мо-жна ними створити, недостатньо [1].
Мета 1 постановка завдання
Пщвищити ефективнють буршня свердловин за рахунок використання кшьцевих бурових робочих оргашв, оснащених анкерним при-строем для одержання додаткового нашрного зусилля, яке може перевищувати вагу бури-льно1 машини.
Нов1 кчльцев1 робоч1 органи бурильних машин
Схема запропонованого кшьцевого бурильного обладнання з анкерним пристроем подана на рис. 1.
тачем 3, всередиш яких розмщена штанга 4 з1 шнековим забурником 5, призначеним для попереднього забурювання в центр1 свердло-вини [ фксування вщосьового пересування за допомогою шдр1заючих важел1в 6, яю врь заються у стшки лщерно1 свердловини при зворотному обертанш. Забурник приводиться в дш вщ приводу 7, закршленого на траверс! 8 нашрного мехашзму 9 бурильно'1 машини.
Анкерний пристрш включае забурник (рис. 2), який складаеться з р1зально1 коронки 1 з лопатями 2, оснащеними р1зцями ¡з твер-досплавними вставками 3 та кулачками 4 з боковими р1зцями 5, призначеними для врь зання у стшки лщерно1 свердловини при поворот! IX у межах вир1з1в 6 в корпус! бура 7 на кут а . Вр1зання кулачюв для фксацп забурника в лщернш свердловиш здшснюеться зворотним обертанням останнього. Для мож-ливост1 повороту кулачюв IX ос{ змщеш вщ центра забурника 0 на величину 5 . Глибина вр1зання А1-А2 кулачка визначае осьову силу (нашрне зусилля), яку може створити анкерний пристрш за допомогою гщро-цилшдр1в.
Рис. 1. Схема кшьцевого бурильного обладнання з анкерним пристроем
Обладнання складаеться з кшьцевого бура 1 ¡з трубчастою штангою 2, з'еднаною з обер-
Рис. 2. Схема забурника анкерного пристрою
Створення додаткового нашрного зусилля при буршш свердловин у мщних [ мерзлих Грунтах дозволяе розробляти свердловини великих д1аметр1в, що розширюе меж1 використання юнуючоТ мобшьно1 бурильно1 технки.
Одшею ¿з задач при шльцевому буршш свер-дловин е вщокремлення в1д масиву керна, що утворюеться всередиш свердловини теля створення р1зальним вшцем шльцевого про-р1зу, 1 видалення цього керна на поверхню. Розроблеш рашше кшьцев1 буров1 робоч1 органы включали пристр01 для тдр1зання, за-хоплення [ видалення керна з1 свердловини, як1 складались ¿з важел1в з тдр1зними ножами, а також пристрой для керування положениям цих важел1в, що ускладнювало вико-ристання бур1в.
Досв1д експлуатацп бурильних машин з кь льцевими робочими органами при розробщ мщних грунтов показав, що для видалення керна достатньо виконати його часткове тд-р1зання на невелику глибину з подальшим в1дломом [ тдйомом разом ¿з корпусом бура.
Для виршення ще1 задач! розроблено конс-трукщю роликового пристрою, який встано-влюеться в нижнш частиш корпуса ктьцево-го бура 1 приводиться в дто змшою напрямку його обертання за рахунок сил тертя м1ж роликами [ керном [2].
Схема шльцевого робочого органу з ролико-вим пристроем для тдр1зання, захоплення [ видалення керна, наведена на рис. 3 а, б, в.
Бур складаеться з цилшдричного корпуса 1 з1 шнеком 2 на зовшшнш поверхш та грунто-руйшвного вшця 3. У корпус! бура вир1заш вжна, в яких тд кутом а до траекторп обертання та кутом р по в1дношенню до ос1 бура установлен! напрямш 4, в яких з можливютю обертання та пересування по них розмщеш ролики 5, оснащеш зубцями 6, як1 контакту-ють ¿з керном. Величина кута а обираеться меншою, а кута р - бшьшою за кут тертя р м1ж роликом [ напрямними.
Залежно в1д напрямку обертання бура ролики, пересуваючись у напрямних, зм1нюють свое положения в1дносно керна, наближаю-чись або в1ддаляючись в1д нього. Пересуваючись ближче до центра, ролики заклиню-ються м1ж керном [ напрямними, за рахунок чого керн тдр1заеться [ захоплюеться роликами. Керн витягують з1 свердловини разом ¿з корпусом бура, ставлять на поверхню грунту [, обертаючи бур у зворотному напрямку, звтьняють керн.
/ - /
п - /У
^ ,о о ш
-
Рис. 3. Схема шльцевого бура з роликовим пристроем: а - вид збоку; б - розр1з I-I; в - розр1з II-II
Запропонована конструкщя кiльцeвoгo бура з роликовим пристроем дозволяе тдвищити ефективнють його використання тд час бу-ршня свердловин великих д1аметр1в у мщних 1 мерзлих грунтах. Простота конструкцп та способу керування роботою роликового пристрою сприяе тдвищенню надшносп роботи обладнання [ продуктивное^ буршня.
Для розробки грунпв мщшстю вище IV кате-горп використовують буров1 р1зщ з твердо-сплавними вставками, в яких кут загострення з технолопчних умов береться близько 60°. Така величина кута потр1бна для запоб1гання сколу р1зально! частиии твердосплавно! вставки. При цьому кут р1зання теж збшьшу-еться 1 не може забезиечити затягування р1з-ця нормальною складовою сили р1зання. Тому конструкщя шдр1зних важел1в повинна бути такою, щоб вони могли працювати як ¿з ножами з кутом р1зання 30-40°, так 1 з буро-вими р1зцями ¿з твердосплавними вставками. В останньому випадку необхщно прикладати зовшшню нормальну силу, спрямовану в б1к основи прор1зу.
р1зах у нижнш частиш корпуса. Положения важел1в у корпус! керуеться за рахунок ру-хомого з'еднання корпуса 1 грунторуйшвного вшця змшою напрямку обертання бура [3].
Бур складаеться з цилшдричного корпуса 1, на якому закршлений шнек 2 для транспор-тування зруйнованого грунту з кшьцевого прор1зу. Грунторуйшвний вшець 3 з р1зцями з'еднаний з корпусом бура з можливютю прокручування. Це прокручування здшсню-еться за допомогою привареного до вшця в нижнш частиш кшьця 4 та закршлених до вшця кулачюв 5, яю сво!ми виступами зачш-люються за кшьце з деяким зазором, що за-безпечуе !х рухоме з'еднання.
Таким вимогам вщповщае запропонована конструкщя кшьцевого бура з важелями для шдр1зання керна, схему яко! подано на рис. 4.
Рис. 4. Схема кшьцевого бурового робочого органа з важшьним пристроем для шдрь зання керна
Особливостями вказано! конструкцп е те, що важел1 для шдр1зання керна не мають як ва-л1в, розташованих у корпус!, так 1 мехашзму керування, розташованого у верхнш частиш корпуса бура I з'еднаного за допомогою вал1в з шдр1зними важелями. У запропонованш конструкцп важел1 закршлеш шаршрно на грунторуйшвному вшщ та розташоваш у ви-
Важшь для шдр1зання керна 6 закршлений зверху на грунторуйшвному вшщ за допомогою шаршра 7, змщеного у б1к центра бура до границ! з керном, а зовшшня сторона ва-желя профшьним вир1зом контактуе з роликом 8, закршленим на корпус!. На кшщ ва-желя закршлюються грунтошдр1зш нож1 9 та упорна пластина 10, яка ковзае по поверхш прор1зу, установлюючи необхщну глибину р1зання С, або породоруйшвш р1зщ з твердосплавними вставками. Для забезпечення пос-тшносп кута р1зання при поворот! важеля з ножем до центру О необхщна вщстань вщ р1зально! кромки Г до центра шаршра О закршлення важеля береться, враховуючи умову
г' = г,
де г - рад1ус кола закршлення осей шарш-р1в 7.
Працюе бур таким чином: при обертанш йо-го за годинниковою стршкою 1 буршш кшь-цевого прор1зу важел1 6 ¿з грунтошдр1зними ножами займають крайне зовшшне положения (до упору в корпус бура). Ролик 8 при цьому знаходиться в заглибленш профшьно-го вир1зу важеля. Обертальний момент пере-даеться грунторуйшвному вшцю вщ корпуса упором його в кшець важеля 1 упором ролика 8 у виступ бшя шаршра 7 закршлення важеля.
За досягнення кшьцевим прор1зом максимально! глибини буру надаеться обертання в напрямку проти годинниково! стршки; ролик 8 при цьому, за рахунок прокручування корпуса бура вщносно грунторуйшвного вшця,
упираеться в похилу частину профшьного вир1зу на важелг Сила, яка д1е вщ ролика на важшь, розкладаеться на дв1 складов! - доти-чну, що обертае бур, та нормальну, яка за-глиблюе грунтошдр1зний шж або породо-руйшвш р1зщ в керн, завдяки чому здшснюеться шдр1зання. Пщр1заний керн витягують з1 свердловини разом з корпусом бура I ставлять на поверхню. Обертаючи бур за годинниковою стршкою, за рахунок упору ролиюв 8 у виступи важел1в бшя шаршр1в 7, важел1 повертаються до зовшшнього положения 1 звшьняють керн. Цей цикл повторю-еться до досягнення необхщно! глибини свердловини.
Висновок
Запропонована конструкщя кшьцевого бурового робочого органа з важшьним керношд-р1зним пристроем мае ряд переваг пор1вняно з попередшми вщомими конструкщями ана-лопчних пристро!в, а саме: спрощення конс-трукцп за рахунок використання кулачкового мехашзму приводу важел1в, а, як наслщок, -шдвищення його надшносп в роботу простота керування шдр1зним пристроем, що сприяе шдвищенню продуктивное^ пращ при розробщ свердловин великого д1аметра.
Лггература
1. Пат. №45613А Украша, МК1 7 Е 02 F 5/08.
Кшьцевий буровий робочий орган з ан-
керним пристроем / В.М. См1рнов, Л.С. Пелевш, О.Ю. Вольтере, В.П. Голо-вань, С.В. Горбатюк; заявник та панен-товласник В.М. См1рнов, Л.С. Пелевш, О.Ю. Вольтере, В.П. Головань, С.В. Горбатюк. - №2001042749; заявл. 23.04.2001; опубл. 15.04.2002, Бюл. №4.
- 6 с.
2. Пат. №58097А Украша, МК1 7 Е 02 F 5/08.
Кшьцевий буровий робочий орган / В.М. См1рнов, Л.С. Пелевш, О.Ю. Вольтере, В.П. Головань, С.В. Горбатюк; заявник та панентовласник В.М. См1р-нов, Л.С. Пелевш, О.Ю. Вольтере, В.П. Головань, С.В. Горбатюк.; заявл. 01.10.2002; опубл. 15.07.2003, Бюл. №7.
- 3 с.
3. А.с. 1411422 А1 SU, Е21В7/24, 25/00.
Устройство для образования скважин / В.Л. Баладинский, В.П. Головань,
А.Ю. Вольтере, В.Н. Смирнов и др. -№4133569/22; заявл. 23.06.86, опубл. 23.07.88, Бюл. № 27. - 4 с.
Рецензент: М.Д. Каслш, професор, к.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 30 березня 2016 р.
