Верстат шарошкового буріння

Верстат шарошкового буріння, що включає щоглу, привод подачі бурового поставу у вигляді гідроциліндрів, пов'язаних з гнучкими канатними тягами типу поліспастів, містить центратори 3 пружнодемпфуючих 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: фіг. 7 верстата-аналога; фіг. 8-10 - 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. Пружнодемпфуючі буфери - фіксатори 8, контактують з буровим поставом 7 через котки 9 і притискаються до нього гідроциліндрами 10. Кришка-щит 11 з фартухом 12 кріпиться до корпусу 16 і захищає від забруднення пульпою, що вилітає зі свердловини при бурінні, буфери 8, штовхачі 13, напрямні 14 і стійки 75. Корпус 16 кріпиться до основи 19 щогли 1, 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 таким чином. 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 [2] 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. Пружнодемпфуючі 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 пружнодемпфуючі 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 згвинчуваннярозгвинчування 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 розміщенню 67285 4 протилежних пар котків на відстані ширини буферів один від одного уздовж осі поставу забезпечується стабільне притиснення котків до поверхні поставу і зменшуються місцеві навантаження на буфери. Пружнодемпфуючі буфери-фіксатори 8 виконані у вигляді багатошарових гумокордових скоб, 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 пружнодемпфуючих буферівфіксаторів на основу 19 щогли 1 верстата з відкритою кришкою-щитом 11 з фартухом 12). В результаті випробувань пружнодемпфуючих буферівфіксаторів 8 в стендових умовах на стисканнярозтискання експериментально визначена гістерезисна петля пружнодемпфуючих 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-аналогом. На фіг. 7-10 показані результати порівняльних досліджень деформацій бурових поставу верстата-аналога, фіг. 8), та запропонованого верстата шарошкового буріння, фіг. 8, 9, 10, при різних положеннях пружнодемпфуючих 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) борового 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 (244,4219)/213 мм. Осьове зусилля притиснення бурового поставу до забою свердловини у всіх варіантах при порівняльних дослідженнях задавалося постійним - 200 кН. Кутова швидкість обертання (число оборотів) для верстата-аналога прийнята =11,9 1/с (113,7 об/хв). У запропонованому верстаті 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 поставу: 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-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 ди 5 намічні навантаження, що передаються через опорно-подавальний вузол на щоглу, від щогли на раму верстата і генерують дуже інтенсивну вібрацію бурового поставу і усього верстату 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 разу 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 67285 6 перед заміною зменшуються за діаметром до 175180 мм. 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 менш проміжку 13 мм. У кінці буріння двома штангами, коли АВ1 м, фіг. 10, максимальна деформація складає 7,4 мм в 1,8 разу менш проміжку 13 мм. При таких деформаціях тертя об стінки свердловини відсутнє. Таким чином, застосування запропонованого верстата шарошкового буріння дозволяє виключити або значно понизити поперечну вібрацію бурового поставу від тертя об 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. 7 67285 8 9 67285 10 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 67285 Підписне 12 Тираж 23 прим. 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