 |
Тема: «Бурильные машины ударного и ударно-поворотного действия»
|
|
|
|
Назначение, классификация и принцип действия
К машинам ударно-поворотного действия относятся пневматические переносные и телескопные бурильные молотки, именуемые перфораторами. Поворот буровой штанги в них производится за счет энергии движущего поршня-ударника. Они предназначены для бурения шпуров диаметром 30-55 мм, глубиной до 5 м, а также скважин диаметром 40-85 мм и глубиной до 20 м в породах крепостью 6-20 по шкале М.М. Протодьяконова.
Колонковые перфораторы и буровые станки с погружными пневмоударниками относятся к машинам ударно-вращательного действия. В этих машинах непрерывное вращение буровой штанги обеспечивается отдельным двигателем. Параметры бурения: диаметр 40-160 мм, глубина до 50 м.
Машины данного типа классифицируются:
- по виду потребляемой энергии машины бывают пневматические, гидравлические, электрические. Имеются так же машины, работающие на тепловой энергии с двигателями внутреннего сгорания (бензо-перфораторы). Помните, что при дальнейшем совершенствовании не исключены и иные;
-по способу поворота буровой штанги (с зависимым и независимым поворотом);
- по типу воздухораспределительного устройства (с клапанным, золотниковым, бесклапанным, у которых воздухораспределение осуществляется движущимся поршнем);
- по частоте ударов (обычного типа и высокочастотные (более 2000 ударов в минуту));
- по способу удаления буровой мелочи (с промывкой, продувкой и отсасыванием продуктов разрушения);
- по способу установки при работе (переносные, колонковые и телескопные).
Кроме этого, различают машины, располагаемые вне шпура или скважины, и находящиеся непосредственно в скважине (с погруженным двигателем). Подумайте, для решения какой проблемы двигатель буровой установки разместили в скважине.
|
|
|
В зависимости от горно-геологических условий работы перфораторы выпускаются различных типов. Однако все они имеют идентичное устройство и выполнены по молотковой схеме, в которой в качестве молотка используется поршень-ударник. Поршень преобразует энергию сжатого воздуха в энергию механического возвратно-поступательного движения, которая ввиде кратковременных импульсов передается непосредственно буровому инструменту (РИ).
Перфоратор состоит из корпуса, в который смонтированы ударно-поворотный механизм, воздухораспределительное устройство, механизм управления и устройство для удаления буровой мелочи из шпура (забоя).
| Рис. 10. Схема конструкции и принцип работы перфоратора |
Принцип работы перфоратора заключается в следующем (рис. 10). Сжатый воздух через пусковой кран 1 поступает в воздухораспределительное устройство 3. Воздухораспределительное устройство предназначено для попеременной подачи воздуха в поршневую или штоковую полости цилиндра 4, что обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня-ударника 5. В конце рабочего хода поршень наносит удар по буровому инструменту 6, а при обратном (холостом) ходе поворачивается на некоторый угол вокруг геликоидального стержня 9. Поворот поршня-ударника происходит при помощи поворотного устройства 2. Буровая штанга поворачивается посредством поворотной буксы 7, находящейся в зацеплении со шлицами поршня-ударника. Сквозь корпус крана, геликоидальный стержень и поршень-ударник проходит трубка промывочного устройства, по которому вода через центральное отверстие в буровой штанге поступает к забою скважины. Отработанный воздух выходит через отверстия 8 в атмосферу.
E AAQA8wAAAOsFAAAAAA== " stroked="f">
| Рис. 11. Схема поворотного механизма зависимого действия |
|
|
|
Ударно-поворотный механизм предназначен для нанесения поршнем ударов по буровому инструменту и его поворота после каждого удара на некоторый угол (5-15°). Поршень-ударник в конце рабочего хода передает энергию удара непосредственно штанге, на которой закреплена буровая коронка, в результате чего происходит разрушение горной породы на забое шпура. При обратном ходе поршень работает как привод механизма поворота бурового инструмента.
По отношению к ходу поршня-ударника различают поворотные механизмы зависимого и независимого действия. Зависимый поворот обеспечен усилием поршня-ударника, независимый — специальным приводом.
Поворотный механизм зависимого действия с задним поворотом (рис. 11) состоит их храповой буксы 1, расположенной в задней части цилиндра, геликоидального стержня 2, поршня-ударника 3 с геликоидальной гайкой 4, поворотной буксы 5, которая соединена кулачками с гранбуксой 6. Шток поршня-ударника с помощью прямолинейных шлицов находится в подвижном соединении со шлицами поворотной буксы 5, а гайка поршня 4 — в зацеплении со спиральными шлицами стержня 2. В гнездах головки геликоидального стержня находятся собачки 8, прижимающиеся пружинами 9 к зубьям храповой буксы. Гранбукса 6 имеет шестигранное отверстие, в которое помещен хвостовик буровой штанги 7.
При рабочем ходе поршня-ударника собачки проскальзывают по зубьям храповой буксы и не препятствуют повороту геликоидального стержня, вследствие чего поршень двигается, не поворачиваясь. При холостом ходе собачки стопорят геликоидальный стержень, что приводит к повороту поршня по спиральным шлицам стержня вместе с поворотной буксой и буровой штангой. Поворотный механизм с геликоидальным стержнем отличается надежностью в работе и позволяет легко менять угол поворота путем замены геликоидальной пары.
Поворотный механизм зависимого действия наиболее распространен в переносных и телескопных перфораторах.
С целью увеличения крутящего момента и более эффективного использования ударной мощности выпускаются колонковые перфораторы с поворотным механизмом независимого действия. Поворот бурового инструмента в них осуществляется от отдельного вращателя со специальным пневмодвигателем, что позволяет увеличить крутящий момент в 7-10 раз, плавно регулировать частоту вращения и за счет этого повысить глубину бурения скважины до 50 м.
|
|
|
Воздухораспределительные устройства перфораторов предназначены для автоматической попеременной подачи сжатого воздуха в правую или левую полости цилиндра, что обеспечивает рабочий и холостой ход поршню-ударнику молотка. Воздухораспределительные устройства современных перфораторов можно разделить на две группы: клапанные и золотниковые.
В клапанных устройствах исполнительным органом является клапан, который перемещается нормально к основным отсекающим поверхностям (седлам). Ход клапана в клапанной коробке составляет 0.4-1,0 мм. Время переброса клапана 0.004-0.03 с.
| Рис. 12. Схема движения воздуха в перфораторах с мотыльковым клапаном: а – при рабочем ходе поршня; б – при обратном ходе поршня |
По конструктивному исполнению клапаны различают пластинчатые, шариковые, кольцевые, дисковые, фланцевые, мотыльковые (с откидным клапаном). В пневматических переносных перфораторах применяется плоский кольцевой или фланцевый клапан (ПП36, ПП54 и ПП63). Клапан может быть в виде плоской шайбы, выполненной из стали или титана (ПП50В1, МР8 фирмы «Медон», Франция). Мотыльковый клапан (рис.12) применяется в перфораторах средней массы с повышенной частотой ударов (ПК60, ПК75).
Принцип работы мотыльковой клапанной системы. При открытом пробковом кране воздух попадает в клапанную коробку 1, обтекает нижнюю часть клапана 2 и направляется в рабочую полость цилиндра 5, воздействуя на поршень 3. Поршень начинает перемещаться (рабочий цикл (рис. 12 а)), первоначально воздух из правой части цилиндра через отверстие 6 выбрасывается в атмосферу. После перекрытия отверстия 6 корпусом поршня воздух в правой части цилиндра начинает сжиматься, образуя так называемую воздушную подушку. Сжимаемый воздух через радиальные отверстия и продольные проточки 4 в корпусе цилиндра воздействует на поверхность верхней части мотылькового клапана, но этого усилия недостаточно для его перебрасывания в новое положение, поскольку нижняя часть клапана находится под более высоким давлением сжатого воздуха. По мере движения поршня-ударника открывается отверстие 6 и сжатый воздух выбрасывается в атмосферу. Давление на нижнюю часть клапана падает, и клапан перебрасывается в новое положение (рис. 12 б).
|
|
|
Настоятельно советую тщательно изучить принцип действия мотылькового клапана, так как, поняв простую истину, в дальнейшем вы сможете без особых затруднений разобраться в хитросплетениях пневматических или гидравлических схем.
Сжатый воздух, обтекая верхнюю часть клапана, по каналу 4 попадает в штоковую полость цилиндра 5, воздействует на поршень 3. Поршень совершает обратный ход и вытесняет воздух из цилиндра через отверстие 6. По мере продвижения поршня воздух в левой части начинает сжиматься и через отверстие 7 воздействует на нижнюю часть клапана, и после открытия корпусом поршня отверстия 6 произойдет перекидка клапана 2 в исходное положение.
Мотыльковый клапан имеет больший КПД из-за меньших потерь давления воздуха на дросселирование и не испытывает потерь на трение, так как он качается на ребре седла клапанной коробки. Клапанные воздухораспределительные устройства отличаются простотой конструкции, малыми движущимися массами и поверхностями трения, а так же малой чувствительностью к засорению, что обеспечивает их надежность в эксплуатации. Подобные устройства археологи датируют несколькими тысячелетиями.
Особенность клапанного устройства заключается в том, что клапан, перекрывающий рабочие каналы, перемещается за счет разности давления в передней и задней плоскостях цилиндра.
Основным недостатком клапанного воздухораспределителя является повышенный расход сжатого воздуха.
| Рис. 13. Схема золотникового воздухораспределения: а – при рабочем ходе поршня; б – при холостом ходе поршня |
Золотниковые воздухораспределительные устройства (рис. 13) состоят из золотника 2, посаженного на втулку 1, золотниковой коробки 10 и крышки 3. В начале рабочего хода золотник и поршень-ударник 4 находятся в крайнем левом положении. Сжатый воздух поступает по каналам золотника и отверстиям крышки в поршневую полость 9. Поршень начинает перемещаться вправо, совершая рабочий Ход. При дальнейшем движении поршень открывает канал управления 8, по которому сжатый воздух поступает в левую кольцевую полость золотниковой коробки, воздействует на заплечико и передвигает золотник вправо. Подача сжатого воздуха в камеру рабочего хода прекращается. При дальнейшем движении поршня по инерции открывается выхлопное отверстие 7 и поршень наносит удар по хвостовику буровой штанги. Сжатый воздух из поршневой полости выходит в атмосферу через выхлопное отверстие. Одновременно сжатый воздух поступает по каналу 5 в штоковую полость 6 и поршень совершает обратный ход.
|
|
|
Двигаясь влево, поршень открывает канал управления 13, и золотник под действием давления на фланец перекинется влево. Поршень откроет выхлопное отверстие 7 и воздух из штоковой полости выходит наружу. Далее цикл повторяется. Для уменьшения противодавления движению золотника каналы управления через дренажные отверстия 11 и 12 сообщаются с атмосферой.
Золотниковое воздухораспределение обеспечивает значительно меньший расход сжатого воздуха, чем клапанное, но имеет большие поверхности трения, в связи, с чем более требовательно в эксплуатации. Перемещение золотника принудительное под действием сжатого воздуха, специально направляемого из основного воздухопровода по дополнительным каналам управления. При золотниковом устройстве поршень-ударник работает без противодавления, нет необходимости открывать выхлопное отверстие раньше, чем будет прекращено поступление сжатого воздуха в полость цилиндра, что дает минимальный удельный расход воздуха. Золотниковое воздухораспределение позволяет повысить энергию удара за счет снятия противодавления при рабочем ходе поршня путем частичного выпуска сжатого воздуха из камер противодавления через золотник.
Недостатком золотникового воздухораспределительного устройства является сложность изготовления золотника.
В отличие от клапана, который имеет одну подвижную посадку, золотник имеет три подвижных посадки, выполняемые по второму классу точности. При данной схеме воздухораспределения трудно получить повышенную частоту ударов из-за больших масс и поверхностей трения золотника.
Золотниковое воздухораспределение применяется в наиболее мощных перфораторах с относительно небольшой частотой ударов. Различают воздухораспределительные устройства со сплошными и трубчатыми золотниками.
Наибольшее распространение получил трубчатый, который применен в перфораторе ПП63СВП.
Для защиты темы необходимо знать:
1. Назначение конструкционных частей буровой машины ударного действия малой массы;
2. Область применения и принцип работы «мотылькового» клапана;
3. Принцип работы золотникового воздухораспределителя;
4. Конструктивную особенность поворотного механизма зависимого действия;
5. Назначение геликоидального стержня.
Тема: «Буровые установки»
Буровая установка БГА-2А
Буровая установка БГА-2А с гидравлической автоматической подачей разработана и изготовляется Анжерским машиностроительным заводом.
Установка предназначена для бурения по углю скважин различного назначения диаметром 390—500 мм (с разбуриванием до 850 мм) и длиной до 100 м. При углах наклона скважин меньше 45° выдача штыба осуществляется шнековыми штангами. Установка БГА-2А (рис. 14) выпускается с электрическим двигателем мощностью 11 кВт. Основная особенность машины — наличие двух независимых приводов: механического 2 для вращения бурового инструмента и гидравлического для подачи бурового става посредством двух гидроцилиндров 15 и 16 с автоматическим регулированием скорости подачи.
Прошу обратить внимание на то, что приводы у данного станка находятся у основания. Такое конструкционное решение имеет свои достоинства и недоставки, подумайте какие.
В состав буровой установки входят буровой станок 14, насосная станция 13, соединенная со станком посредством маслопровода, буровой инструмент со штангами 7 и пылеуловитель 8. Буровой инструмент комплектуется из забурника 10, расширителя прямого хода 9, расширителя обратного хода 11, опорных фонарей 12 и буровых штанг 7 длиной по 0,6 м каждая. Станок смонтирован на станине, где размещен редуктор 2 с электродвигателем 7, замок 4 для установки буровых штанг и подхват 6 для удержания бурового става в момент наращивания или снятия штанг. Станок имеет ограждение 5, закрывающее вращающиеся части, червячное устройство 3 для придания станку необходимого угла наклона.
Насосная станция предназначена для нагнетания масла в рабочие полости двух гидроцилиндров 15 и 16 подачи бурового става, для дистанционного управления (посредством специального пульта) скоростью и направлением подачи при бурении, разбуривании и холостом ходе. Насосная станция состоит из маслоблока емкостью 40 л, пультов управления, двух шестеренчатых насосов НШ-10 (производительностью по 12 л/мин) соединенных через редуктор с двигателем (мощностью 3 кВт). Масса насосной станции (без масла) 0,2 т.
Пульты управления, гидравлический и электрический, расположенные на насосной станции, служат для дистанционного управления станком, изменения направления вращения, скорости и направления подачи.
Станок предназначен для бурения и расширения скважин по углю с любой сопротивляемостью резанию. Бурение скважины производится снизу вверх из основных и вспомогательных горных выработок сечением не менее 4м, а расширение скважин производится сверху вниз. Это следует учесть при ответе на вопрос о расширителях. Рекомендую сделать (найти) графическое изображение.
| Рис. 14. Буровая установка БГА-2А |
Мощность угольного пласта должна превышать диаметр разрушающего инструмента не менее чем на 0,2 м. Выпускается в нескольких исполнениях, отличающихся комплектом бурового инструмента. Для станка БГА2М-01 изменение угля залегания пласта на длине 10 м не должно быть более 2°.
Буровая установка БГА-2М
Буровой станок БГА2М (рис. 15) состоит из станка 1, насосной станции 2, насосной установки 3, устройства управления 4, стоек 5 и комплекта бурового инструмента.
Рис. 15. Буровая установка БГА-2М
Крутящий момент и усилие подачи от станка передаются через буровой став к расширителю. Разрушенный уголь удаляется из скважины под действием собственного веса. Гидроцилиндры подачи изготовляются двух типоразмеров по диаметру поршня и штока в зависимости от исполнения бурового станка. По присоединительным размерам гидроцилиндры взаимозаменяемы. Управление станком дистанционное, с пульта управления. Для подавления пыли во время работы предусмотрена оросительная установка.
Прошу обратить внимание на конструкцию фонарей. Подумайте, почему при одинаковом предназначении фонарей, у станков типа БГА и у станка с погружным двигателем типа «Стрела» они имеют принципиально различные конструкции.
|
|
|
