Исполнительные механизмы бурильных машин Опорные слова и термины

Пневмоударник, воздухораспределительное устройство, поршень-ударник, клапанные, золотниковые и бесклапанные воздухораспределительные устройства, погружные пневмоударники,вращательно-подающие механизмы (ВПМ), ВПМ шпиндельного, патронного или роторного типа, вращатели, механизмы подачи, гравитационные, зубчато-реечные, канатные, винтовые, дифференциально-винтовые, поршневые (пневматические и гидравлические) и комбинированные механизмы подачи.

Ударные механизмы пневмоударников и перфораторов имеют одинаковый принцип действия и отличаются только размерами и конструкцией отдельных деталей.

Сущность работы пневмоударника и перфоратора заключается в том, что сжатый воздух с помощью воздухораспределительного устройства подается попеременно в правую или левую полость цилиндра ударного (или ударно-поворотного) механизма, обеспечивая для пневмоударника возвратно-поступательное, а для перфоратора и поворотное движение поршня- ударника.

Холостой ход поршня начинается под действием сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство по каналу в правую полость цилиндра. В крайней точке цилиндра поршень начнет открывать выхлопное отверстие передней правой полости цилиндра, соединяя ее с атмосферой. При этом давление в указанной полости резко падает, в то время как

поршень продолжает перемещаться с нарастающей скоростью до максимальной величины. В конце холостого хода поршень перемещается по инерции с уменьшающейся скоростью движения, а давление снижается до близкого к атмосферному. В то же время левая полость цилиндра в начале холостого хода связана с атмосферой через выхлопное отверстие, и в ней давление первоначально удерживается на уровне атмосферного.

Когда выхлопное отверстие закрывается поршнем, воздух, находящийся в левой полости цилиндра, начинает сжиматься и происходит нарастание давления.

К концу холостого хода поршня на воздухораспределительное устройство с одной стороны действует повышенное давление, а с другой - полость цилиндра соединена с атмосферой. Клапан перемещается открывая путь сжатому воздуху в левую полость цилиндра. Однако поршень по инерции еще некоторое время продолжает холостой ход, сжимая воздух, а затем образовавшейся воздушной подушкой отбрасывается назад, начиная рабочий ход слева направо.

Во время рабочего хода поршень первоначально набирает скорость под действием сжатого воздуха. Перед окончанием рабочего хода поршень открывает выхлопное отверстие с одной стороны и закрывает отверстие с другой. При этом скорость движения поршня продолжает нарастать до максимальной величины, а давление в левой полости снижается, стремясь к атмосферному. В правой полости, которая была соединена с атмосферой, давление падает; к концу хода поршня воздух начинает снова сжиматься и давление возрастает. Под действием разности давлений в правой и левой полостях цилиндра клапан перебрасывается опять в крайнее левое положение, открывая для подачи сжатого воздуха канал. В то же время поршень наносит удар по хвостовику бурового инструмента, и начинается следующий холостой ход поршня.

Упрощенное описание в действительности более сложно протекающего процесса, хорошо объясняет физическую сущность работы перфоратора.

Воздухораспределительные устройства выполняются клапанными, золотниковыми и бесклапанными. В пневмоударниках и перфораторах наиболее распространено бесклапанное воздухораспределение, которое имеет малые движущиеся массы и поверхность трения и малую чувствительность к засорению. Золотниковое устройство более экономично по расходу сжатого воздуха, но более требовательно в эксплуатации. Бесклапанное воздухораспределение обеспечивается самим поршнем. Оно надежно в работе, но имеет меньшее наполнение полостей цилиндров сжатым воздухом, в связи с чем чаще применяется при малом ходе поршня и большой частоте ударов.

Перфораторы, устанавливаемые на колонках или станках, могут иметь встроенные механизмы независимого вращения бура от пневмодвигателя через механическую передачу.

Погружные пневмоударники. При ударно-вращательном бурении буровой машиной является погружной пневмоударник, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение и при рабочем ходе наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Погружной пневмоударник выполняется без встроенного поворотного устройства, работает на сжатом воздухе или воздушно-водяной смеси, которая обеспечивает эффективное пылеподавление. Вращение и подача пневмоударника на забой осуществляется через штангу от установленных вне скважины вращателя и податчика.

К числу основных факторов, определяющих эффективность бурения взрывных скважин погружными пневмоударниками, относятся: величина энергии единичного удара поршня по бу- ровому инструменту, частота ударов, геометрия разрушающего инструмента и физические свойства буримой породы.

Погружные пневмоударники выпускают трех типоразмеров. Пневмоударники с бесклапанной системой воздухораспределения (рис. 5.1) имеют поршень-ударник 5, который при рабочем движении в цилиндре 4 перемещается на величину хода, саморегулируя подачу сжатого воздуха из полости б трубки 6 в полости а и 0, а также на продувку коронки при любом положении поршня в цилиндре через каналы поршня (сечения В—В и Г—Г) и буксы (сечения Б—Б). Коронка 11 вставляется в буксу 1 и фиксируется отвыпадения шариками 12, имея некоторую свободу хода. Настройка пневмоударника обеспечивается гайкой 8 и седлом 7.

5.1. Погружной пневмоударник П-125К:

1 — букса; 2 — кольцо; 3 — пружина; 4 — цилиндр; 5 — поршень-ударник; 6 — трубка

распределительная; 7 — седло; 8 — гайка регулировочная; 9 — стопор; 10 — переходник; 11 — коронка; 12 — шарики

Конструкция вращательно-подающего механизма (ВПМ) определяет принципиальные различия моделей станков (вне зависимости от, их типа), диапазоны изменения частот вращения и подачи инструмента, величины осевых нагрузок, крутящих моментов, а также длительность вспомогательных операций по приведению бурового става в рабочее положение (свинчивание- развинчивание става) и его подъему после окончания бурения скважины.

В зависимости от силовой схемы нагружения става привод вращения может размещаться внизу (на платформе) или наверху (на подвижной каретке бурового става).

По характеру нагружения штанги осевым усилием различают схемы с нижним приложением нагрузки (обычно осуществляемым патроном) и с верхним, действующим на всю длину штанги.

В настоящее время как на отечественных, так и на зарубежных станках шарошечного бурения применяют ВПМ шпиндельного, патронного или роторного типа. Наиболее распространенным типом ВПМ являются шпиндельный с канатной или цепной системой подачи, а также комбинированный, состоящий из гидроцилиндров с канатной или цепной системой подачи.

Вращатели всех буровых станков по принципу действия одинаковы и состоят из двигателя и редуктора.

Применяют две конструктивные схемы буровых станков с точки зрения устройства вращателя. В одной из них вращатель вместе с буровым снарядом перемещается вниз по мере углубления скважины (шпиндельная схема), в другой — вращатель неподвижен, а вместе с буровым снарядом перемещается гидропатрон (патронная схема) или напорная траверса (роторная схема).

По первой схеме работают станки вращательного, пневмоударного и термического бурения, по второй—станки шарошечного бурения, где ход подачи ограничен (2СБШ-200-32; 4СБШ-200- 40; ЗСБШ-200-60).

На вращателях применяют, электродвигатели переменного и постоянного тока или гидродвигатели. Последние два типа двигателей (постоянного тока и гидравлические) позволяют непрерывно регулировать частоту вращения инструмента и работать на всех породах с оптимальным режимом.

В случае применения асинхронного двигателя обычно используют двух- и многоскоростные редукторы.

Механизм подачи. Различают гравитационные, зубчато-реечные, канатные, винтовые, дифференциально-винтовые, поршневые (пневматические и гидравлические) и комбинированные механизмы подачи.

Гравитационные механизмы, в которых подача создается под воздействием весов бурового снаряда и вращателя, применяют на станках вращательного бурения, работающих по слабым породам, где не требуется больших усилий подачи, а также на станках комбинированного бурения и ударно-канатных. Гравитационные механизмы, простые и надежные в работе, состоят из лебедки для подъема вращателя и направляющих, по которым перемещается вращатель. При усилиях подачи свыше 50 кН эти механизмы практически неприменимы, так как сильно увеличивают массу станка и размеры подъемной лебедки. Гравитационные механизмы подачи не пригодны также для станков, бурящих горизонтальные скважины или наклонные под небольшим углом к горизонту.

Зубчато-реечные механизмы подачи обычно состоят из двух зубчатых реек и входящих с ними в зацепление шестерен. Вал шестерен и их привод установлены на вращателе, а рейки — на раме станка. Вращение шестерен вызывает перемещение вращателя и бурового снаряда.

В канатных механизмах подачи канат (иногда цепь), навиваясь на барабан, подает буровой снаряд на забой. Применяются канатные механизмы на колонковых перфораторах и станках. Достоинство этих механизмов — простота устройства и возможность получения большого хода подачи, без перехвата инструмента.

Винтовые механизмы подачи, применяемые на колонковых перфораторах, состоят из гайки, скрепленной с корпусом молотка, и винта установленного на направляющих. Небольшой пневматический двигатель через редуктор вращает винт, подавая молоток на забой.

Дифференциально-винтовые механизмы подачи применяются на колонковых сверлах.

Пневматические поршневые механизмы подачи применяются на телескопических и колонковых перфораторах и буровых станках, работающих с пневмоударниками, т. е. в тех случаях, где не требуется особенно больших усилий подачи. Пневматические механизмы подачи просты по устройству, надежны в работе, малочувствительны к утечкам воздуха. При больших усилиях подачи (порядка нескольких десятков кило-ньютонов) применяют гидравлические поршневые механизмы подачи.

Цепные механизмы подачи представляют собой бесконечную втулочно-роликовую цепь через ведущие звездочки, перемещающую каретку вращателя по направляющим. Данная конструкция наиболее универсальна, пригодна для всех типов станков при любых условиях подачи.

Комбинированные механизмы подачи представляют собой сочетание канатных или цепных систем с поршневыми. Поршневые системы могут быть как с пневматическими, так и с гидравлическими цилиндрами.

Контрольные вопросы

1. Какие механизмы буровых станков являются исполнительными?

2. Какие бурильные машины имеют ударные механизмы?

3. Какие буровые станки имеют погружные пневмоударники?

4. Как устроен погружной пневмоударник?

5. Из каких механизмов состоит вращательно-подающий механизм (ВПМ)?

6. Какие вращательно-подающие механизмы вы знаете?

7. Какие механизмы подачи вы знаете?

Литература

1. Подэрни Р.Ю. Горные машины для открытых горных работ. В 2-х ч. М.: МГИ, 1999

2. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. М.: Недра, 1985

3. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра.

4. Сафохин М.С., Катанов Б.А. Машинист бурового станка на карьере. М.: Недра.