Пристрій зниження динамічних навантажень верстата шарошкового буріння

Реферат: UA 98420 U UA 98420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до бурових верстатів шарошкового буріння. Відомий центратор, який впливає на буровий постав, для підвищення його стійкості та зниження вібрації бурового поставу та всього верстата. Це досягається за рахунок сил реакції стінок свердловини, з якими контактує центратор, і впливу цих сил на буровий став. (Див., наприклад, джерело: Б.Н. Кутузов, Г.И. Шаронов, А.В. Кивва, B.C. Филиппов Исследование влияния центратора на статическую устойчивость бурового става / Известия высших учебных заведений. Горный журнал: 1978. - №8. - С. 55-59). Недоліками відомого технічного рішення є: - необхідність розміщення центратора всередині свердловини; - погіршення очистки свердловини від продуктів буріння за рахунок перекривання центратором поперечного перерізу свердловини; - швидкий знос центратора за рахунок його тертя об стінки свердловини. Найближчим технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є верстат шарошкового буріння, що включає щоглу, привід подачі бурового поставу у вигляді гідроциліндрів, зв'язаних з гнучкими канатними тягами типу поліспастів, містить стабілізатори поперечних коливань бурового поставу, які виконані у вигляді пружнодемпфірувальних буферів, встановлених перпендикулярно осі поставу з декількох сторін навколо нього у нижній частині щогли верстата, зв'язані з пристроями їх притиснення до поставу і контактують з ним через парні котки (Див. джерело: Патент на винахід, Україна, № 102287, опубл. 25.06.2013, Бюл. № 12). Недоліками даного технічного рішення є: - по-перше, значна складність із-за великої кількості деталей, що спочатку знижує його надійність і довговічність; - по-друге, вище згадана обставина посилюється тим, що даний пристрій працює у зоні підвищених витоків масла з гідроциліндрів механізму згвинчування-розгвинчування і бурових штанг, масло неминуче потрапляє на гумокордові пружнодемпфірувальні буфери, розташовані нижче цього механізму, при цьому навіть, якщо зовнішні шари буферів будуть виконані з маслостійкої гуми, то кордові прошарки розшаровуються під дією масла, що виводить з ладу пружнодемпфірувальні буфери; - по-третє, - найголовніше, незважаючи на те, що дане технічне рішення має високу ефективність зниження амплітуди поперечних резонансних коливань бурового поставу (в 8,08 рази у випадку, коли амплітуда резонансних коливань на першій моді знижується зі 155 мм до 26 мм), як показали наші детальні дослідження, знижена величина - 26 мм все таки перевищує зазор між стінкою свердловини і зовнішньою поверхнею бурового поставу, який дорівнює 14,5 мм для важких бурових штанг 215×51,5 мм, в 1,8 разу, тому віброударне скобління і флатер бурового інструмента все ж можуть виникнути з усіма руйнівними наслідками для верстата шарошкового буріння. (Див. джерело: Громадский Вик. А. Динамика вращения буровых ставов и рекомендации рациональных режимов бурения станками типа СБШ-250 / Горное оборудование и электромеханика. - М.: Новые технологии. - 2014. - №4 (101). - С. 17-21). В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення пристрою зниження динамічних навантажень верстата шарошкового буріння за рахунок центрування бурового поставу ковзною втулкою, що обхоплює буровий постав у нижній частині щогли верстата. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що застосовано пристрій збільшення частот власних поперечних коливань більш ніж у 6 разів, найбільш резонансно небезпечного бурового поставу, що складається з 2-х важких 8-ми метрових штанг 215×51,5 мм, за рахунок впливу ковзними півмуфтами (еквівалент ковзної втулки) на певні області бурового поставу, які контактують з ним по його зовнішній поверхні. Це зміщує частоти власних поперечних коливань у дорезонансну область максимальних частот оборотів верстатів шарошкового буріння всіх типорозмірів бурових верстатів України та Росії. Пристрій зниження динамічних навантажень верстата шарошкового буріння реалізовано на буровому верстаті (фіг. 1-5). На фіг. 1 показано загальну схему установки пристрою з додатковою ковзною опорою між верхнім і нижнім кінцями бурового поставу. На фіг. 2 - переріз по А-А (фіг. 1), створене за допомогою програмного комплексу SolidWorks в форматі 3D. На фіг. 3 - фрагмент з'єднання ковзної півмуфти зі штовхачем. На фіг. 4 - вид по стрілці Б (фіг. 2) збільшено. На фіг. 1-5 однойменні позиції позначено однаковими цифрами. На фіг. 1 показано: щогла 1, електродвигун 2, редуктор 3, опорний вузол 4, механізм 5 подачі та підйому бурового поставу, бурової ставши б, ковзні напівмуфти 8 з фіксуючими трапецієподібними шипами і пазами 7 (фіг. 2, 3), штовхачі 9, гідроциліндри 10, корпус пристрою 11, нижня кришка 12, накладка 13, що притискає гумокордові ущільнення 14 (фіг. 2). Це ущільнення при бурінні щільно обхоплює 1 UA 98420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 буровий став 6 і запобігає потраплянню у внутрішню частину пристрою бурового шламу, забруднення та корозію деталей пристрою. В робочому положенні кришка 12 прикручується болтами до куточків 26 (фіг. 2) урівень до бортиків корпусу 11 пристрою. До основи 75 (фіг. 1) щогли 1 жорстко кріпиться корпус 11 пристрою своєю основою 18 (фіг. 1, 2). На фіг. 2 з перерізу по А-А (фіг. 1) видно, що ковзні півмуфти 8 притискаються штовхачами 9 за допомогою гідроциліндрів 10 до бурового поставу 6. Штовхачі 9 ходять в напрямних 19, жорстко з'єднаних з основою 18. Коли півмуфти 8 замикаються один з одним, то між ними і буровою штангою 6 залишається гарантований зазор, який забезпечує ковзаючу посадку між штангою і півмуфтами 8. Для фіксації півмуфт 8 уздовж осі бурової штанги передбачено з'єднання типу ластівчин хвіст 28, 29 (фіг. 3), яке жорстко зв'язує півмуфти 8 і штовхач 9. У нижній частині штовхачів 9 профрезеровано полиці 27, в які входять шипи 28 з'єднання типу ластівчин хвіст, жорстко зв'язані з півмуфтами 8. У верхній частині шипи 28 входять в паз типу ластівчин хвіст планки 29. Планка 29 жорстко зв'язана зі штовхачем 9. Планка 29 і шипи 28 стягнуті болтом, які пройшли через ступеневий отвір у півмуфтах 8, вони фіксуються корончатою гайкою 30, яка шплінтується для запобігання її самовідгвинчуванню від вібрації штанги. Таким чином, півмуфти надійно зафіксовані від зсуву один відносно одного і відносно поздовжньої осі бурового поставу. Для зниження тертя і зносу ковзних напівмуфт 8 і бурового поставу 6, передбачений повітряно-масляний ежектор 20, розміщений у корпусі 11 пристрою, вихідне сопло 21 якого направлено на зазор 22 (фіг. 4) між ковзними напівмуфтами і буровим поставом 6. Пристрій має ємність 23 з маслом, розміщену із зовнішнього боку на бічній частині корпуса 11 пристрою. Ця ємність своєю нижньою частиною за допомогою трубопроводу 24 зв'язана з внутрішньою зоною розрядження ежектора 20, а верхньою частиною ємність 23 з'єднана з навколишньою атмосферою через кульовий кран 25 (фіг. 2). Через цей кран ємність 23 періодично поповнюється маслом, коли щогла 1 (фіг. 1) знаходиться в горизонтальному транспортному положенні, вісь крана 25 приймає вертикальне положення, у вхідний отвір крана вставляється воронка, через яку маслянка заповнюється маслом. Масло подається з донної частини маслянки 23 через трубку 24 в зону розрядження ежектора 20. На фіг. 2 донну частину маслянки 23 розташовано вгорі, т. як переріз А-А для наочності перевернуто на 180°. У верхній частині маслянки за допомогою штуцера прикріплено кульовий кран 25 для її періодичного наповнення маслом, коли щогла покладена на 90° для пересування верстата. В робочому вертикальному положенні щогли кран опиняється у верхній частині маслянки. Він відкривається для зв'язку вільної поверхні масла у маслянці з атмосферою, що забезпечує відсутність в її верхній частині вакууму і безперешкодну подачу масла в зону розрядження ежектора 18. На фіг. 5 за допомогою SolidWorks в форматі 3D показано вид установки корпусу 11 пристрою зниження динамічних навантажень верстата шарошкового буріння в нижній частині щогли 1 на її основі 14. Перевірка ефективності розробленого пристрою виконана за допомогою програми FFiplus програмного комплексу SolidWorks, що прирівнюється до комп'ютерного експерименту. Завдяки ковзним півмуфтам власні частоти поперечних коливань бурового поставу збільшуються більш ніж у 6 разів. Наприклад, у найбільш резонансно небезпечного бурового поставу з 2-х важких 8-ми метрових штанг 215×51,5 мм без ковзних півмуфт власна частота першої моди поперечних коливань становить 1,8-1,9 Гц, а амплітуда резонансних коливань в режимі флатера досягає більше 155 мм. Якщо півмуфти накладаються посередині бурового поставу (8 м від його верхнього кінця), то власна частота поперечних коливань збільшується до 11,6 Гц, а амплітуда вже нерезонансних коливань знижується до 1,5 мм, тобто відбувається зниження амплітуди поперечних коливань більш ніж у 100 разів. У процесі буріння з поглибленням свердловини, наприклад, при зміщенні півмуфт на відстань 4 м від верхнього кінця бурового поставу власна частота поперечних коливань зменшується порівняно з попереднім випадком до 5,1 Гц, а амплітуда дещо збільшується до 3,8 мм. При подальшому поглибленні свердловини та зміщенні півмуфт на відстань 1 м від верхнього кінця бурового поставу власна частота поперечних коливань становить 3,2 Гц, а амплітуда ще збільшується до 7 мм. Однак, навіть у самому несприятливому останньому випадку, власна частота в 1,28 рази вище граничної частоти обертання - 2,5 Гц верстатів шарошкового буріння всіх типорозмірів України та Росії. (Див. джерело http://library.stroit.ru/articles/karbur/index.html. Опубліковано 21.01.09). У цьому випадку на верхній ділянці бурового поставу від ковзних півмуфт до ковзної втулки шпинделя опорного вузла, амплітуда поперечних коливань знижується до мінімальної -3 величини 1,210 мм, а на нижній ділянці бурового поставу від ковзних півмуфт до долота, амплітуда поперечних коливань знижена до 7 мм. Це більш ніж в 2 рази менше зазору між 2 UA 98420 U 5 10 стінкою свердловини 250 мм найпоширеніших верстатів типорозміру СБШ-250 і зовнішньої поверхні бурової штанги 215 мм, що виключає віброударні скобління бурового поставу по стінці свердловини, значно знижує динамічні навантаження всіх вузлів бурового верстата, підвищує надійність його роботи і збільшує зносостійкість доліт. Ефект зниження амплітуд поперечних коливань бурового поставу досягається за рахунок впливу ковзними півмуфтами на певні області бурового поставу, що контактують з ним по його зовнішній поверхні, а також завдяки каналу прямої передачі енергії поперечних коливань на сумарну масу бурового верстата. Канал включає: ковзні півмуфти, штовхачі, практично нестискувану рідину гідроциліндрів, основу пристрою, основу щогли, раму кузова з розміщеним на ній обладнанням, раму механізму ходу, сам механізм ходу, піднятий над поверхнею вибою на горизонтуючих домкратах. Таким чином, поперечні коливання бурового поставу, значно знижуються за рахунок виключення резонансу і флатера бурового інструмента, а також її передачі на значну масу верстата по створеному прямому жорсткому каналу. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Пристрій зниження динамічних навантажень верстата шарошкового буріння, у якому буровий постав верхнім кінцем з'єднаний з опорним вузлом ковзною втулкою опорного вузла, а нижній кінець - з долотом, при цьому зниження поперечних резонансних коливань цього поставу здійснюється пружнодемпфірувальними буферами, розміщеними на основі корпусу, пристрою, забезпеченого гідроциліндрами, штоками і штовхачами буферів, який своєю основою прикріплено до основи щогли, яке в робочому вертикальному положенні жорстко з'єднане з рамою кузова, зв'язаною з рамою механізму ходу, який відрізняється тим, що включає канал прямої передачі енергії знижених нерезонансних поперечних коливань бурового поставу на сумарну масу рами верстата разом з масою і механізмом гусеничного ходу, у вигляді: ковзних півмуфт, штовхачів, практично нестисискуваної рідини гідроциліндрів, основи пристрою, основи щогли, рами кузова з розміщеним на ній обладнанням, рами механізму ходу, сам механізм ходу, піднятий над поверхнею вибою на горизонтуючих домкратах, а також включає повітряномасляний ежектор, розміщений у корпусі пристрою, вихідне сопло якого направлене на зазор між ковзними півмуфтами і буровим поставом, має ємність з маслом, розміщену із зовнішнього боку на бічній частині корпусу, ця ємність своєю нижньою частиною зв'язана за допомогою трубопроводу з внутрішньою зоною розрядження ежектора, а верхньою частиною ємність з'єднана з навколишньою атмосферою. 3 UA 98420 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4