4. Разработанный привод вращателя предлагает две системы управления режимами вращения: а). Ручной, регулирование скорости вращения системы машинистом и б). автоматическое управление (о нем будет сказано ниже). Наличие двух систем управления является особенностью и преимуществом данного привода. На практике чаще всего используется ручное регулирование, это связано с горногеологическими особенностями месторождения: встречающимися пустотами, “мерзляками”, большой обводненностью. Но несмотря на это автоматическое управление является перспективным.
5. Использование гидропривода позволяет максимально обезопасить ремонтные работы на мачте.
6. Конструкция станка и используемая на нем гидроаппаратура позволяет нам уже сегодня применит данную систему гидропривода не меняя основной конструкции станка.
Для определения параметров двигателей механизмов вращения и подачи необходимо рассчитать усилия, возникающие в механизмах при работе бурового инструмента. С физической точки зрения процесс бурения станками типа СБШ сводится к сжатию, сколу и транспортированию разрушенной породы из забоя скважины на поверхность. Но данный расчет имеет определенные сложности связанные с определением усилий, возникающих в механизмах вращения и подачи. Дело в том, что эти усилия зависят от большого количества факторов:
1. Конструктивных параметров бурового инструмента: угла заточки, размеров и числа режущих поверхностей, площади контакта режущих поверхностей с горной породой.
2. Крепости горной породы.
3. Скорости подачи бурового инструмента на забой, частоты вращения.
4. Толщины снимаемой стружки.
5. Сила трения бурового инструмента и става о породу.
Строгое математическое введение всех этих величин в формулы расчета усилий и мощности двигателей приводит к затруднению практического использования этих формул. Но исследования ряда авторов [7, 8] значительно упростили перед нами эту задачу. опираясь на данные исследования в качестве исходных данных принимаем:
f = 16 - коэффициент крепости горной породы по шкале проф. М.М.Протодъяконова.
Dдол = 250 мм - диаметр долота шарошки.
Zшар = 3 - число шарошек на долоте.
Vбур = 11 см/мин - скорость бурения [5]
Кск = 0,5 - коэффициент, учитывающий уменьшение скорости бурения из-за неполного скалывания горной породы между зубьями [5].
Ктр = 1,12 - коэффициент, учитывающий трения в подшипниках шарошек и бурового става о стенки скважины.
Nдол = 81 об/мин - частота вращения долота [5].
При определении усилий, возникающих в механизме вращения рабочего инструмента, сжимающие и скалывающие силы принимают одинаковое участие в разрушении горной породы при бурении. В этом случае прочность горной породы при бурении вращательными станками определяется формулой, [5]:
|
sбур= 0,5 • (sсж + sск) |
(9.1) |
sсж = 24,3 кН/см2 - предел прочности горных пород при сжатии [7].
sск = 5 кН/см2 - предел прочности горных пород при скалывании [7].
sбур = 0,5 • (24,3 + 5)= 14,65 кН/см2
По полученным усилиям и заданным частоте вращения рабочего инструмента и скорости бурения определяются требуемые параметры двигателя вращения. Разрушение породы при шарошечном бурении происходит внедрением зубьев шарошек в породу и сколом породы при вращении шарошки по забою (рис. 7).
Рис. 7. Схема работы шарошки на забое скважины.
Внедрение зубьев на глубину hст происходит в результате усилия подачи Nпод. Усилие подачи в ньютонах с достаточной для инженерных расчетов точностью может быть определено по формуле, [5]:
|
Nпод = (0,6-0,7) • f • Ддол 103 |
(9.2) |
Nпод = 0,65 • 16 • 25 • 103 = 26 • 104Н
Глубина внедрения зубьев шарошки в породу (толщина стружки) в сантиметрах, [5]:
|
hст = Vбур / Кск • Zшар • Пдоп |
(9.3) |
hст = 11 / 0,5 • 3 • 81 = 0,0905 см
При нормальной работе бурового долота, без пробуксовок, шарошки должны перекатываться по забою, сминая породу и скатывая участки породы в сторону открытой плоскости. Таким образом, механизмом вращателя преодолеваются сопротивления от сжимающих и скалывающих усилий. Полное сопротивление, преодолеваемое механизмом, [5]:
|
Nшар = hст •Д дол /2 • sбур. • Z шар |
(9.4) |
Nшар = 0,0905 • 25/2 • 3 • 14,65 = 49,71•103 Н = 50 кН
Эпюра усилий, передаваемых шарошкой на забой, имеет форму треугольника, поэтому для определения вращающего момента долота силу Nшар рассматриваем приложенной на расстоянии 2/3 • Д/2 от оси вращения долота. Тогда момент необходимый для вращения бурового става и долота, [5]:
|
Мшар = Nшар • Ддол/3 •Ктр. •10-2 [Н·м] |
(9.5) |
Мшар = 50 • 103 • 25/3 • 10-2 = 4166,6 Н•м
Мшар = 4167 Н•м
Мощность двигателя для привода вращателя в киловатах определяется по формуле, [5[:
|
Ршар = Мшар • wшар/hмех •10-3; |
(9.6) |
wбур = p • nбур / 30 - угловая скорость вращения
Ршар = 4167 • 8,47 / 0,65 • 10-3 =54,3 кВт
Из расчетов следует:
Р = 54 кВт
М = 4167 Н•м
wбур = 8,47 рад/с
Задаемся нагрузкой на гидромоторе М° = 4200 Н•м
Выбираем гидромотор МРФ -1000/ 25. Его каталожные данные [15]
qмк = 1•10-3 м3 - рабочий обьем гидромотора;
ÙPмк = 24,7 МПа- переход давлений в гидромоторе;
Pмк = 25 МПа- номинальное давление перед гидромотором;
Рмкmax = 32 МПа - максимальное давление перед гидромотором;
Pслк = 0,6 МПа - давление в сливной линии гидромотора;
wмк =25,12 рад/с- номинальная угловая скорость;
wмк max = 31,4 рад/с - максимальная угловая скорость;
wмк min = 0,5 рад/с - минимальная угловая скорость;
Ммк =3731 Н•м - момент на валу гидромотора;
Jмк =1,003 кг•м2 - момент инерции гидромотора;
huvмк = 0,95 - гидромеханический КПД гидромотора;
hм = 0,9 - КПД гидромотора.
Характеристики рабочей жидкости:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.