CC BY
11
УДК 681.5
doi 10.24411/2221-0458-2020-10033
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВРАЩАТЕЛЬНО-ПОДАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА С ДИАМЕТРОМ БУРЕНИЯ 200 ММ
Куулар О. О.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл DESIGN OF A HYDRAULIC ROTARY FEED MECHANISM WITH A DRILLING
DIAMETER OF 200 MM
O.O. Kuular Tuvan State University, Kyzyl
Одним из самых трудоемких производственных процессов в общей технологии добычи угля являются буровзрывные работы. При проходке взрывных скважин наибольшее распространение на открытых горных работах получили карьерные станки шарошечного бурения. С помощью кинематических и силовых расчетах гидравлического вращательно -подающего механизма бурового станка разработана новая конструкция с диаметром 200 мм. По технико-экономическим показателям установлено, что эксплуатация гидравлического карьерного бурового станка с вращательно-подающим механизмом новой конструкции позволит при плановом годовом объеме добычных работ в 1,0 млн.т. увеличить рентабельность с 5 до 9 % и получить прибыль в размере более 2,0 млн. рублей в год.
Ключевые слова: карьер; уголь; буровой станок; добыча
One of the most labor-consuming productions in the general technology of coal mining are drilling-and-blasting works. At a driving of explosive wells the greatest distribution on open mining operations was gained by career machines of sharoshechny drilling. In this article the new design of the hydraulic rotary giving mechanism of the drilling rig with a diameter of drilling of 200 mm is developed. On technical and economic indicators it is established that operation of the hydraulic career drilling rig with the rotary giving mechanism new designs will allow during the planned annual volume of mining works in 1.0 million t will increase profitability from 5 to 9% and will get a profit of more than 2.0 million rubles a year.
bywords: pit; coal; drilling rig; production
Уголь представляет собой сложную многокомпонентную горную породу растительного происхождения. Все многообразие свойств углей, а также выбор рационального направления их
переработки определяются составом и свойствами слагающих его
микрокомпонентов [1].
Одним из самых трудоемких производственных процессов в общей технологии добычи угля являются буровзрывные работы.
При проходке взрывных скважин наибольшее распространение на открытых горных работах получили карьерные станки шарошечного бурения.
Дальнейшее развитие техники бурения взрывных скважин намечено в следующих основных направлениях:
- интенсификация процесса разрушения пород при бурении скважин путем;
- увеличения подводимой мощности на разрушение;
- повышение показателей надежности работы оборудования;
- повышение автономности и мобильности буровых станков.
В настоящее время производство станков шарошечного бурения в России сосредоточенно в основном [2]:
- на ОАО «Бузулукский завод тяжелого машиностроения», г Бузулук Свердловской области;
- на ОАО «ОМЗ-Горное оборудование и технологии - Группа «Уралмаш-Ижора», г. Санкт-Петербург;
- на ОАО «Рудгормаш», г. Воронеж.
Сегодня ОАО «Рудгормаш»
выпускает серийно карьерные буровые станки среднего класса СБШ-250МНА-32 [3] с электрической силовой установкой. Станок имеет верхний привод вращения бурового става, непрерывную подачу долота на всю длину штанги и воздушную или водяную систему пылеподавления.
Основными недостатками
конструкции рабочего органа станка является:
- закрытая и весьма тяжелая мачта (около 4,5 т) и длинная каретка узла привода вращателя с тяжелым электромотором, уменьшающая почти на 4 м полезную длину мачты, которая могла бы быть эффективно использована для увеличения глубины бурения скважины одной штангой.
Месторождение каменного угля расположено в северо-восточной части Улуг-Хемского угольного бассейна на левом берегу реки Малый Енисей (Каа-Хем) в 17 км юго-восточнее административного центра Республики Тува - города Кызыла.
Разрез Каа-Хемский вскрыт двумя въездными траншеями. Система разработки разреза - транспортная, с отвалами внешнего заложения. Режим работы карьера - непрерывный, круглогодичный.
ООО «ТГРК» - это предприятие по добыче и переработке каменного угля. Примерное распределение угля между потребителями (в процентах к общей добыче) следующее:
- электростанции — 71%, котельные и коммунально-бытовое хозяйство — 16%, прочие потребители — 13%.
Технология отработки добычного уступа включает:
- бурение взрывных скважин буровым станком СБШ - 200А;
- заряжание скважин взрывчатым веществом и коммутация зарядов;
- рыхление породы взрывом;
- экскавацию горной массы из навала экскаватором ЭКГ - 8И и её погрузку в автосамосвал;
- транспортирование угля автосамосвалом БелАз-549
(грузоподъемностью 40 т) на обогатительную фабрику на расстояние 1=1,8 км
Карьерный буровой станок СБШ -200А (см. рис. 1.) [4] предназначен для бурения вертикальных и наклонных взрывных скважин диаметром до 200 мм, глубиной до 40 м в породах крепостью до 20 по шкале профессора М.М. Протодьяконова на открытых горных разработках полезных ископаемых. Он состоит из: двух гусеничной ходовой тележки с независимым приводом каждой бортовой передачи; рабочего органа; машинного отделения; кабины оператора машиниста, с командоконтроллерами управления.
Рисунок 1-Карьерный буровой станок
Рисунок 2 - Карьерный буровой станок (Машинное отделение)
Машинное отделение (см. рис. 2) представляет сварную металлоконструкцию, жестко связанную с нижней несущей рамой. Каркас машинного отделения выполнен в виде силовой конструкции, воспринимающей нагрузки от размещенного силового оборудования, мачты, гидроцилиндров заваливания, гидродомкратов и кабельного барабана. С внешней стороны машинное отделение обшито листовым железом, а с внутренней — отделочным пластиком. Промежуток между обшивками заполнен
теплоизолирующим материалом для обеспечения тепло- и звукоизоляции машинного отделения.
Рабочий орган станка [5] с размещенными в нем (Рис. 2):
- каретка вращательно-подающего механизма;
- сепаратором со штангами;
- механизмом развинчивания.
Рабочий орган закреплен
посредством системы его фиксации на раме станка с возможностью крепления в трех положениях - вертикальном и под углами 150 и 300 градусов к вертикали. Каркас мачты представляет собой сварную пространственную ферму. На нижнем поясе мачты смонтированы механизм развинчивания и кондуктор.
Направляющие мачты выполнены из проката квадратного сечения по торцам
которых болтами закреплены рейки зубчато-реечной подачи.
Каретка вращательно-подающего механизма предназначена для вращения и подачи долота на забой. На верхнем фланце каретки смонтированы два унифицированных блока вращателя, а на ее передней панели два унифицированных блока зубчато-реечной подачи.
Подача каретки на забой осуществляется двумя унифицированными приводными блоками посредством зубчатых колес закрепленных на осях гидромоторов. Для контроля зацепления и заливки смазки в корпусе каретки имеется смотровое окно (люк), закрытое крышкой с герметичной прокладкой. На верхнем фланце корпуса установлен сапун для сообщения внутренней полости редуктора с атмосферой, на боковых стенках предусмотрены сливная заглушка и щуп для контроля уровня масла в картере редуктора.
Каретка вращательно - подающего механизма предназначена для вращения и подачи долота на забой. На верхнем фланце каретки смонтированы два унифицированных блока вращателя, а на ее передней панели два унифицированных блока зубчато-реечной подачи.
Подача каретки на забой осуществляется двумя унифицированными приводными блоками посредством
зубчатых колес закрепленных на осях гидромоторов. Для контроля зацепления и заливки смазки в корпусе каретки имеется смотровое окно (люк), закрытое крышкой с герметичной прокладкой. На верхнем фланце корпуса установлен сапун для сообщения внутренней полости редуктора с атмосферой, на боковых стенках предусмотрены сливная заглушка и щуп для контроля уровня масла в картере редуктора.
Шпиндель предназначен для передачи осевого усилия и крутящего момента на долото при бурении, а также подвода воздушной водяной смеси для охлаждения долота и очистки скважины от буровой мелочи. Подвод воздушно водяной смеси осуществляется через корпус воздушного коллектора. Шпиндель получает вращение от двух приводных блоков. Со шпинделя, вращение передается упругой муфте,
предохраняющей гидрооборудование и редуктор каретки от толчков и вибраций. Передача осевого усилия на долото осуществляется через опорный узел шпинделя. В корпусе опорного узла смонтированы два гидроцилиндра, штоки которых стопорят шпиндель вращателя от проворота в режиме свинчивания (развинчивания) бурового става или долота.
После выполненных кинематических и силовых расчетах гидравлического вращательно-подающего механизма
бурового станка СБШ - 200А, в зависимости от прочности породы. Анализ расчетов показал, что при прочности породы более 160 МПа мощность вращателя и крутящий момент нелинейно убывают.
Рисунок 3 - Зависимость параметров бурения: мощности вращателя (1), крутящего момента (2) и осевого усилия (3) от прочности породы.
С целью минимизации припусков на механическую обработку трубы штанги выбрана заготовка-прокат - труба из стали 40Х[6] (химический состав стали 40Х -содержание углерода 0,4%; кремния никеля 0,3%; хрома и марганца 0,8%; содержание фосфора и серы не более 0,035%).
Технологический маршрут механической обработки трубы штанги (основные наладки) приведены на рис.3, 4, 5.
Рисунок 3 - Основные наладки (операция - 015Токарная чистовая
V =80 м/мин;8 = 0,25 мм/об)
Рисунок 4 - Основные наладки (операция - 030 Резьбонарезная V =10 м/мин; 8 = 0,30 мм/об)
Рисунок 5 - Основные наладки (операция - 045 Расточная V =80 м/мин; 8 = 0,20 мм/об)
При расчетах технико-экономических показателей эксплуатации карьерного бурового станка на добычном участке Каа-Хемского разреза установлено, что эксплуатация станка с инновационным гидровлическим вращательно - подающим механизмом при плановом объеме
Библиографический список 1. Куулар, О. О. Разработка конструкции системы горизонтирования карьерного бурового станка / О. О. Куулар, Ч. Д. Шавыраа. - Текст : непосредственный //
добычных работ в 1,0 млн.тпозволит снизить себестоимость добычи более чем на 4% и увеличить производительность труда с 50 до 99 тысяч тонн на человека в год и увеличить прибыль на 160 тысяч рублей.
Известия высших учебных заведений.
Горный журнал - Москва : Издательство
УГГУ (Екатеринбург), С.104-108.
2. Подэрни, Р. Ю. Механическое оборудование карьеров : учебник для вузов. - 6-е издение, переработанное и дополненное. - Москва : Издательство Московского государственного горного университета, 2007. - 680 с.: ил. -Текст : непосредственный.
3. Подэрни, Р. Ю. Станки вращательного бурения шарошечными долотами : методические указания по самостоятельной работе для студентов специальности 170100 "ГМО". - Москва : МГИ, 1990. - 20 с. - Текст : непосредственный.
4. Гудилин, Н. С. Гидравлика и гидропривод / Н. С. Гудилин, Е. М. Кривенко, Б. С. Маховиков, И. Л. Пастоев. - Москва : Издательство МГГУ, 1996. - 520 с. - Текст : непосредственный.
5. Сурина, Н. В. Технология изготовления основных элементов редукторов горных машин : методическое пособие для студентов специальности 170100 "ГМО" / Н. В. Сурина, Д. А. Локтев. - Москва : МГГУ, 2008. - 128 с. - Текст : непосредственный.
6. Подэрни, Р. Ю. Станки вращательного бурения взрывных скважин на открытых работах за рубежом / Р. Ю. Подэрни. - Текст : непорседственный // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - № 12. - С. 20-24.
References
1. Kuular O. O., Savira H D. Razrabotka konstrukcii sistemy gorizontirovanija kar'ernogo burovogo stanka [Development of system design levelling quarry drilling rig]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Gornyj zhurnal
[News of higher educational institutions. Gorny Journal]. Moscow, Ural State Mining University Publ. (Yekaterinburg), 104-108 p. (In Russian)
2. Paderni R. Y. Mehanicheskoe oborudovanie kar'erov : uchebnik dlja vuzov [Mechanical equipment pits: the Textbook for high schools]. Moscow, Moscow State Mining University Publ., 2007, 680 p. (In Russian)
3. Poderni R. Yu., Khromoy M. R. Stanki vrashhatel'nogo burenija sharoshechnymi dolotami : metodicheskie ukazanija po samostojatel'noj rabote dlja studentov [Machines for rotary drilling with roller bits. A guide on self-study for students]. Moscow, MHI Publ., 1990, 20 p. (In Russian)
4. Gudilin N. S. , Krivenko E. M., Makhovikov B. S., Pastoev I. L. Gidravlika i gidroprivod [Hydraulics and hydraulic drive]. Moscow, MSU Publ., 1996, 520 p. (In Russian)
5. Surina N. V., Loktev D. A. Tehnologija izgotovlenija osnovnyh jelementov reduktorov gornyh mashin : metodicheskoe posobie dlja studentov [Manufacturing Technology of the main elements of gearboxes of mining machines. A guide for students]. Moscow, MSMU, 2008, 128 p. (In Russian)
6. Poderni R. Yu. Stanki vrashhatel'nogo burenija vzryvnyh skvazhin na otkrytyh rabotah za rubezhom [Machines for rotational drilling of explosive wells in open works abroad]. Gornoe oborudovanie i jelektromehanika [Mining equipment and electro mechanics], no. 12, 2006, p. 20-24. (In Russian)
Куулар Олча Орлановна - старший преподаватель кафедры горного дела Тувинского государственного университета, г.Кызыл, e-mail: [email protected]
Olcha O. Kuular - Senior Lecturer at the Department of Mining, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 04.05.2020
