Верстат шарошкового буріння

Реферат: Верстат шарошкового буріння містить щоглу, привід подачі бурового поставу у вигляді гідроциліндрів, пов'язаних з гнучкими канатними тягами типу поліспастів, та центратористабілізатори поперечних коливань бурового поставу. Для виключення або значного зменшення поперечної вібрації бурового поставу об стінки свердловини, виключення необхідності штикування свердловини пульпою, зниження енерговитрат на буріння та зменшення абразивного зносу штанг центратори-стабілізатори виконані як пружно-демпфуючі буферифіксатори, які встановлені перпендикулярно осі поставу з декількох сторін навколо нього в нижній частині щогли верстата, зв'язані з пристроями їх притиснення до поставу і контактують з ним через парні котки, осі яких розміщені під кутом до осі бурового поставу. Кожна пара котків розміщена на відстані ширини буферів одна від одної уздовж осі поставу. UA 102287 C2 (12) UA 102287 C2 UA 102287 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої промисловості, а саме до бурових верстатів шарошкового буріння. Відомі верстати шарошкового буріння, які мають щоглу, рухомо встановлені на ній каретки, привід подачі бурового поставу, привід обертача і поліспастну систему з гнучкими зв'язками і блоками (SU 1652498 А1, 30.05.1991, Бюл. № 20; Симкин Б.А., Кутузов Б.Н., Буткин В.Д. Справочник по бурению на карьерах. - М.: Недра, 1990. - С. 56-59). Недоліками відомого бурового верстата є інтенсивна поперечна вібрація бурового поставу і значні динамічні навантаження робочого устаткування і кабіни машиніста в поперечному напрямі. Найближчим технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є буровий верстат шарошкового буріння СБШ-250МН, що включає щоглу, привід подачі бурового поставу у вигляді гідроциліндрів, пов'язаних з гнучкими канатними тягами типу поліспастів, містить центратористабілізатори поперечних коливань бурового поставу (Кутузов Б.Н., Шаронов Г.И., Кивва А.В., Филиппов В.С. Исследование влияния центратора на статическую устойчивость бурового става. // Известия высших учебных заведений. Горный журнал.-1978. - № 8. - С. 56-59). Недоліками найближчого аналога є: 1) центратори виконані у вигляді дисків, що закріплюються на нижніх кінцях кожної нарощуваної штанги в процесі поглиблення свердловини при бурінні, що вимагає додаткових витрат часу і ускладнює процес буріння необхідністю періодичної установки цих дисків; 2) важкі умови роботи центраторів у свердловині при бурінні і їх інтенсивний знос; 3) підвищений опір обертанню поставу, що створюється центраторами, і в зв'язку з цим збільшення енерговитрат на буріння; 4) центратори перекривають поперечний переріз свердловини, що значно погіршує її промивання, продування, винесення бурової дрібноти і знижує швидкість буріння. Задачею винаходу є удосконалення верстата шарошкового буріння шляхом застосування пружно-демпфуючих буферів - поглиначів енергії поперечних коливань бурового поставу. При цьому буфери здійснюють силову дію на буровий постав з декількох сторін. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що центратори-стабілізатори виконані у вигляді пружно-демпфуючих буферів-фіксаторів, які встановлені перпендикулярно осі поставу з декількох сторін навколо нього в нижній частині щогли верстата, зв'язані з пристроями їх притиснення до поставу і контактують з ним через парні котки, осі яких розміщені під кутом до осі бурового поставу, при цьому кожна пара котків розміщена на відстані ширини буферів один від одного уздовж осі поставу. На фіг. 1 зображено вигляд спереду верстата шарошкового буріння. На фіг. 2 - переріз по АА, фіг. 1. На фіг. 3 - кріплення котків до буфера. На фіг. 4 - фрагмент бурової штанги з притиснутими до неї котками і буфером. На фіг. 5 - комплект пружно-демпфуючих буферів верстата, встановлених в нижній частині щогли. На фіг. 6 - гістерезисна петля пружнодемпфуючого буфера в діапазоні зусиль притиснення, що прикладаються до одного буфера. На фіг. 7-10 - результати досліджень поперечних деформацій бурового поставу верстата найближчого аналога та запропонованого верстата шарошкового буріння. Верстат шарошкового буріння складається з щогли 7, обертача 2, опорно-подавального вузла 3, поліспастів подання 4 і підйому 5 обертача 2 з опорно-подавальним вузлом 3, гідроциліндрів 6 подання і підйому бурового поставу 7. Пружно-демпфуючі буфери-фіксатори 8, контактують з буровим поставом 7 через котки 9 і притискаються до нього гідроциліндрами 10. Кришка-щит 11 з фартуком 12 кріпиться до корпусу 16 і захищає від забруднення пульпою, що вилітає зі свердловини при бурінні буфери 8, штовхачі 13, напрямні 14 і стійки 15. Корпус 16 кріпиться до основи 19 щогли 7, яка має вісь 20 для її повороту в горизонтальне транспортне положення відносно рами 20 і гусениць 21. Кронштейн 22 котків 9 закріплений на пружнодемпфуючому буфері-фіксаторі 8 болтами 23 і має спеціальну конфігурацію, яка забезпечує кут  між осями котків 9 і віссю бурового поставу 7. Запропонований верстат шарошкового буріння працює так. В процесі буріння осьове зусилля подання, що прикладається до бурового поставу 7 через опорно-подавальний вузол 3, згинає постав. Внаслідок обертання зігнутого поставу виникає відцентрова сила, яка збільшує його попередній вигин від осьового зусилля. При деяких співвідношеннях зусилля подачі і частоти обертання виникає явище втрати поперечної стійкості бурового поставу і особливо при нарощуванні довжини бурового поставу з поглибленням свердловини установкою двох і більше штанг. У цих випадках значно зростає поперечна деформація поставу, величина якої перевищує проміжок між стінкою свердловини і його зовнішньою поверхнею. Виникає інтенсивне тертя об стінки свердловини і значна вібрація бурової штанги і усього верстата в поперечному напрямі. 1 UA 102287 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пружно-демпфуючі буфери-фіксатори 8, притиснуті гідроциліндрами 10 до штанги бурового поставу 7, фіг. 1, виконують одночасно дві функції. Вони, як фіксатори, значно підвищують стійкість бурового поставу, зменшують величину поперечного згину і, як пружно-демпфуючі елементи, створюють буферну зону поглинання енергії його поперечних коливань. Це створює умови ефективного зменшення сили тертя штанг по стінках свердловини і зниження вібрації бурового поставу та верстата в цілому. Буровий постав 7 в процесі буріння і поглиблення свердловини зміщується вниз і завдяки розміщенню осей котків 9 під кутом  до осі штанги фіг. 3, вони котяться по штанзі за траєкторією спіралі. Така конструкція котків 9 полегшує їх перекочування через фрезеровані пази 24 для ключів згвинчування-розгвинчування штанг бурового поставу 7, фіг. 4, а також зменшує бічне прослизання котків по поверхні штанги подовжньо її осі і знижує їх знос (стирання) поверхонь кочення. Завдяки розміщення протилежних пар котків на відстані ширини буфера одна від одної уздовж осі поставу забезпечується стабільне притиснення котків до поверхні поставу і зменшуються місцеві навантаження на буфери. Пружно-демпфуючі буфери-фіксатори 8 виконані як гумокордові скоби, які забезпечують високу міцність і надійність буферів, а також високий коефіцієнт поглинання енергії коливань , при якому ефективно демпфуються резонансні коливання штанг бурового поставу 7. Запропонований буровий верстат був виготовлений (на фіг. 5 показаний фрагмент верстата - кріплення корпусу 16 пружно-демпфуючих буферів-фіксаторів на основу 19 щогли 1 верстата з відкритою кришкою-щитом 77 з фартуком 12). В результаті випробувань пружно-демпфуючих буферів-фіксаторів 8 в стендових умовах на стискання-розтискання експериментально визначена гістерезисна петля пружно-демпфуючих елементів, фіг. 6, при робочому зусиллі стиснення (до 7 кН), що доводиться на кожен буфер-фіксатор 8. За результатами експериментальних даних визначений емпіричний коефіцієнт поглинання енергії =0,26. При такому поглинанні енергії у поєднанні з підвищенням стійкості поставу за рахунок силової дії на нього буферів-фіксаторів значно зменшується деформація (амплітуда коливань) до 100 разів в порівнянні з буровим верстатом - найближчим аналогом. На фіг. 7-10 показані результати порівняльних досліджень деформацій бурових поставів верстата - найближчого аналога, фіг. 7, та запропонованого верстата шарошкового буріння, фіг. 8, фіг. 9, фіг. 10, при різних положеннях пружно-демпфуючих буферів-фіксаторів 8 (точка В) відносно верхнього кінця бурового поставу (точка А у міру поглиблення свердловини). Дослідження проведені для важких штанг  219 мм, завдовжки 16 м (дві згвинчені штанги по 8 м) бурового верстата СБШ-250МНА. Шарошка типу 244,5 ОК-ПГВ Ш2.33УН31-м для міцних порід бурить свердловину діаметром 244,5 мм. В цьому випадку проміжок між стінкою свердловини і зовнішньою поверхнею бурової штанги (244,4-219)/213 мм. Осьове зусилля притиснення бурового поставу до вибою свердловини у всіх варіантах при порівняльних дослідженнях задавалося постійним - 200 кН. Кутова швидкість обертання (число оборотів) для верстата - найближчого аналога - прийнята =11,9 1/с (113,7 об./хв). У запропонованого верстата були прийняті динамічніші і жорсткіші умови за рахунок підвищеної на 6 % кутової швидкості =12,6 1/с (120 об./хв). Для зручності аналізу на фіг. 7-10 вибрані різні масштаби шкал деформацій бурових поставів: фіг. 7 - Мдш=1:10; фіг. 8 - Мдш=8,5:1; фіг. 9 Мдш=3:1; фіг. 10 - Мдш=1,5:1. З фіг. 7 видно, що на верстаті - найближчому аналозі - при заданих параметрах буріння динаміка бурового поставу визначається мах деформацією 155,2 мм. Проте, оскільки величина проміжку між стінкою свердловини і поверхнею бурової штанги всього 13 мм, свердловина обмежує деформацію поставу. Виникає інтенсивне тертя об стінку свердловини при обертанні поставу, з'являються значні динамічні навантаження, що передаються через опорноподавальний вузол на щоглу, від щогли на раму верстата і генерують дуже інтенсивну вібрацію бурового поставу і усього верстата в цілому. Для зниження вібрації машиністи бурових верстатів в таких випадках як правило знижують подачу води на промивання свердловини. У свердловині при цьому утворюється густа абразивна пульпа (штиб), яка добре демпфує резонансні коливання бурового поставу 7. Це знижує вібрацію верстата і покращує умови праці машиніста. Проте при цьому виникає значний опір обертанню бурового поставу і до 1,5 разів зростає електричний струм навантаження в двигуні обертача 2 та загальні енерговитрати на буріння. При цьому тертя об стінки свердловини триває і у поєднанні з дією абразивних часток пульпи відбувається інтенсивний знос зовнішньої поверхні бурового поставу. За один рік при роботі верстата шарошкового буріння СБШ-250МНА в залізорудному кар'єрі зношується і замінюється приблизно 6 од. товстостінних бурових штанг  219 мм (на суму 6·25=150 тис. грн.), які перед заміною зменшуються за діаметром до 175-180 мм. 2 UA 102287 C2 5 10 На запропонованому верстаті в початковий момент після нарощування другої бурової штанги, фіг. 8, коли відстань АВ=8 м, максимальна деформація складає 1,4 мм, що майже в 10 разів менше проміжку 13 мм. При поглибленні свердловини, коли АВ=4 м, фіг. 9, максимальна деформація складає 3,7 мм - в 3,5 разу менше проміжку 13 мм. У кінці буріння двома штангами, коли АВ1 м, фіг. 10, максимальна деформація складає 7,4 мм - в 1,8 разу менше проміжку 13 мм. При таких деформаціях тертя о стінки свердловини відсутнє. Таким чином, застосування запропонованого верстата шарошкового буріння дозволяє виключити або значно понизити поперечну вібрацію бурового поставу від тертя о стінки свердловини, виключити необхідність штибування свердловини пульпою, в 1,5 разу понизити енерговитрати на буріння, в 2-3 рази зменшити абразивний знос бурових штанг. Це забезпечить значний економічний ефект і поліпшить умови праці машиністів верстатів шарошкового буріння. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Верстат шарошкового буріння, що включає щоглу, привід подачі бурового поставу у вигляді гідроциліндрів, пов'язаних з гнучкими канатними тягами типу поліспастів, містить центратористабілізатори поперечних коливань бурового поставу, який відрізняється тим, що центратористабілізатори виконані як пружно-демпфуючі буфери-фіксатори, які встановлені перпендикулярно осі поставу з декількох сторін навколо нього в нижній частині щогли верстата, зв'язані з пристроями їх притиснення до поставу і контактують з ним через парні котки, осі яких розміщені під кутом до осі бурового поставу, при цьому кожна пара котків розміщена на відстані ширини буферів одна від одної уздовж осі поставу. 3 UA 102287 C2 4 UA 102287 C2 5 UA 102287 C2 6 UA 102287 C2 7 UA 102287 C2 8 UA 102287 C2 9 UA 102287 C2 10 UA 102287 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11