Файл: Ребрик Б.М. Вибрационное бурение скважин.pdf

В принципе, для практических целей не исключается выбор таких параметров вибромолота, которые бы располагались в одной из областей устойчивого одноударного режима. Наименее чувствительным к внешним воздействиям, как отмечалось, яв­ ляется режим с і=1. Однако для осуществления этого режима

молотов, предназначенных для бурения скважин, при сущест­ вующем уровне развития теории практически невозможно.

Номинальная мощность привода беспружинного вибромолота

шипниках и других элементах передач, в работе [65] представ­ лено в виде

РЕЖИМЫ КОЛЕБАНИИ БЕСПРУЖИННОГО ВИБРОМОЛОТА

Уравнение движения ударной части беспружинного вибромолота

Ранее отмечалось, что для непериодического режима коле­ баний беспружинного вибромолота получить уравнение Движе­ ния ударной части в общем виде не представляется возможным. Однако модель, представленная на рис. 7, при постоянном ко­ эффициенте R является полностью детерминированной, и при задании начальных условий в принципе можно определить, на­ пример, величину перемещения, соответствующую любому мо­ менту времени t.

Решение указанной задачи может быть получено на основе представления движения ударной части как суммы переносного и относительного движений. Модель, соответствующая такому представлению, дана на рис. 9.

Особенность предлагаемой методики состоит в том, 'что по­ нятие силы в ней не используется. Исследование ограничи­

29

вается только кинематическими представлениями. В частности, задается постоянная угловая скорость со вращения дебалансов и коэффициент восстановления R. Такой подход позволяет полу­ чить наглядное представление о физической сущности происхо­ дящего процесса.

Рис. 9. Модель беспружинного вибромолота с дебалансами.

ную Rvу. Фаза дебалансов в момент удара соответствует сру, положение центра масс — хіу (при отсчете перемещения от огра­ ничителя до нижней плоскости ударной массы при верхнем по- -ложении дебалансов значения перемещений центра масс в мо­ мент удара будут отрицательными). Движение центра масс до момента времени, соответствующего следующему удару, оче­ видно, будет происходить по параболическому закону (движе­ ние в поле земного притяжения); ударная часть помимо участия в свободном движении центра масс будет также совершать ко­ лебания с периодом, равным периоду вынуждающей силы или, что то же, с частотой вращения дебалансов. Амплитуда коле­ баний ударной части относительно центра масс будет соответ­ ствовать предельной амплитуде, определяемой формулой (24). Таким образом, ударная часть участвует в двух видах движе­

• 30

Скорость движения центра масс в любой момент времени

Скорость относительных колебаний может быть вычислена по формуле

Л-, = + Л о о й Б Іп С ф у + ф ). .... .. ( 6 0 )

При ф = 0 х2 = + Л«,«) sin фу ;

-V= хх -J- х2 ===VyR.

Общая скорость движения ударной массы в промежутке между двумя ударами определится как сумма переносной и относительной скорости

31

Т о гда

периода может быть решено графически. Произведя соответст­ вующие вычисления, можно рассчитать траекторию движения ударной части за какой угодно промежуток времени при по­ стоянном значении коэффициента R. Анализ полученной таким образом траектории показывает, что определить период коле­ баний ударной части затруднительно. За период между двумя ударами дебалансы совершают от неполного оборота до 12 оборотов и более. Скорость удара колеблется в весьма ши­ роких пределах, причем установить основные закономерности изменения скорости также не удается. К этому следует доба­ вить, что при самом незначительном изменении начальных ус­ ловий характер последующего движения ударной части может полностью измениться. (Строго говоря, любые детерминирован­ ные колебательные системы с постоянными параметрами, как правило, совершают строго периодические движения. Неперио­ дические движения, по-видимому, они могут совершать только в случаях, если их параметры лежат на границе областей устой­ чивости или в зоне весьма узких областей сложных периодиче­ ских режимов. Это относится к системам как с линейной, так и с постоянной восстанавливающей силой). Рассчитать аналити­ чески траекторию движения ударной части при переменном значении коэффициента R (если закон изменения R неизвестен) вообще невозможно. В этом случае практически единственным способом изучения режимов колебаний беспружинного вибро­ молота является привлечение вероятностно-статистических ме­ тодов.

Взаимосвязь величины отскока беспружинного вибромолота

со скоростью удара и потребляемой мощностью

При работе беспружинного вибромолота в полевых условиях единственной возможностью оценить режим колебаний его ударной части является снятие и анализ виброграмм. При от­ сутствии специальной аппаратуры виброграмма может быть за­ писана путем наклейки на ударную часть листа бумаги и про-

32

ведения по ней (в процессе работы вибромолота) черты каран­ дашом. Эта операция весьма проста, и ее может произвести рабочий, обслуживающий буровую установку. По виброграмме, снятой в масштабе 1 : 1, можно определить величину отскока ударной части и приближенное количество оборотов дебалансов за период между соседними ударами. Сняв несколько таких виброграмм, в принципе можно оценить режим колебаний виб­ ромолота при бурении конкретной скважины, а по изменениям режима — косвенно судить об изменении крепости проходимых грунтов. Особенно четко по виброграмме может быть оценена величина отскока ударной части. Поэтому существенный прак­ тический интерес представляет разработка методов оценки эф­ фективности работы вибромолота на основе данных о величине отскока.

Эффективность работы беспружинного вибромолота зависит

в наиболее неблагоприятных условиях в пределах выбранной области использования механизма. Если ограничиться рассмот­ рением только свойств проходимых пород, то энергия единич­ ного удара должна определяться из условия ее достаточности для разрушения наиболее прочных их разновидностей. Частота ударов может выбираться, исходя из мощности двигателя, за­ данной проектной скорости углубления и т. д.

Ниже будет показано, что в беспружпнном вибромолоте энергия единичного удара существенно зависит от величины от­ скока ударной части. Особенно эта зависимость проявляется при величинах отскока, значительно превышающих амплитуду

Скорость движения ударной части в момент удара, как от­ мечалось, складывается из двух слагаемых: скорости свобод­ ного падения щ и скорости колебательного движения ѵ2

Скорость свободного падения вычисляется по формуле

где А0— максимальное расстояние от ограничителя до ударной массы.2