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

зуются при большей глубине скважины и большей степени углубления наконечника в грунт. В пределах начальных интер­ валов бурения и в момент начала углубления наконечника ре­ жимы с большими і практически вообще не прослеживаются.

Исследование режимов колебаний беспружинного вибромолота на аналоговой машине

Основными задачами моделирования работы беспружинного

и ударной скорости в момент удара и получение осциллограмм перемещения и скорости ударной части для модели беспружип-

ниях R=0\ 0,05; 0,15; 0,20; 0,30; 0,40; 0,60 с нулевой дисперсией, а также при ст—0,0435 для /? = 0,15; 0,20; 0,30; 0,6 и о = 0,087 для R = 0,3 и 0,4 *.

Общий подход к изучению ударно-колебательных систем со случайным коэффициентом восстановления R изложен в рабо­ тах [35, 36]. В этих работах указывается, что математическое моделирование позволяет получить все статистические характе­

* Значение коэффициента /?= 0,6 соответствует максимально возможно­ му, которое может встретиться иа поактике.

44

ристики такого процесса в численном виде без громоздких на­ турных наблюдений.

Коэффициент восстановления, входящий в условие (55), за­ давался в виде

т. е. абсолютная величина вариации ограничена таким обра­ зом, что случайная величина R должна удовлетворять условию R > 0. Для моделирования АR использовался генератор ГШ-1, распределение сигнала на выходе которого приближенно‘удов­ летворяет нормальному закону.

Методика работ состояла в следующем. Значения ударной скорости и фазы удара записывались с помощью цифрового печатающего вольтметра ЭЦВ-3; для фиксации величины от­ скока одновременно с помощью шлейфового осциллографа не­ прерывно записывались перемещения ударной части.

На рис. 13, а, б и в представлены некоторые из получен­ ных осциллограмм. Рассмотрение осциллограмм, а также графи­ ков распределения ударной скорости и фазы дебалансов свиде­ тельствует о правомерности статистического подхода не только при переменном, но и при постоянном значении R.

При М [Д]=0 и М[Д]=0,05 наблюдается режим, который ■практически можно считать периодическим, принадлежащим об­

только погрешностями измерений, но и нестабильностью систе­ мы. В этих двух случаях, однако, нестабильность не выводит

систему за пределы области D?/з-

При больших значениях R картина меняется. Разброс зна­ чений g' и ср существенно увеличивается. Движение уже не уда­ ется отнести к какому-либо периодическому движению типа Dmn. Какого-либо закономерного изменения характера гисто­ грамм или соответствующих осциллограмм установить не уда­ ется; можно отметить лишь тенденцию к увеличению средней ударной скорости и к реализации ударных скоростей большей величины. Движение ударной части приобретает типичные чер­ ты неустойчивых колебаний.

Гистограмма распределения и ф, а также соответствующие осциллограммы для коэффициентов восстановления, имеющих не нулевую дисперсию, весьма незначительно отличаются от ги­ стограмм и осциллограмм для /?= const.

45

Таким образом, моделирование полностью подтвердило вы­ воды теории о нестабильности рассматриваемой системы и о правомерности применения статистических методов для изуче­ ния характера колебаний этой системы.

Рис. 13. Осциллограмма перемещений п скорости движения удар­ ной части беспружинного вибромолота с параметрами, соответ­ ствующими вибромолоту ВБ7 при различных R и о», получен­ ные на аналоговой математической машине:

реального вибромолота и модели. Данные табл. 4 убедительно свидетельствуют о наличии и количественной 'сходимости коле­ баний модели и вибромолота. На этом основании имеется воз­ можность основные результаты изучения модели распростра­ нить на реальный вибромолот.

В соответствии с результатами моделирования при измене­ нии коэффициента восстановления от 0 до 0,6, а также при вариациях последнего с ая = 0—0,087 скорость удара вибромоло­ та изменяется в широких пределах — от 0,25 до 3 м/с; вели­ чина отскока ударной части изменяется от 7 до 270 мм.

46

и следовало ожидать, большим величинам отскока соответству­ ют большие ударные скорости.

Графики распределения фазы дебалансов показывают, что в ряде случаев эти распределения могут аппроксимироваться нормальным законом.

Таким образом, можно утверждать, что реализация в коле­ баниях ударной части беспружинного вибромолота отскоков большей величины (с одновременным уменьшением частоты

47

ударов) свидетельствует об увеличении коэффициента восста­ новления R. Ранее было показано, что увеличение А 0' в работе вибромолота связано с увеличением глубины скважины, степени углубления наконечника в грунт и, по-видимому, крепости по­ род. Очевидно, что в каждом ііз этих случаев сопротивление по­ гружению наконечника возрастает. Возрастание коэффициента R приводит к увеличению ударной скорости и, следовательно,

метричном (относительно нуля) законе распределения фазы деба­

ке точками показаны значения ударной скорости, полученные на аналоговой математической машине (при /?=0,6).

энергии единичного удара, т. е. при увеличении сопротивлений погружению наконечника вибромолот автоматически изменяет режим работы: увеличивается энергия единичного удара с уменьшением частоты ударов, обща’я потребляемая вибромоло­ том мощность остается при этом неизменной. Это качество беспружинных вибромолотов является важным для практики, бла­ годаря ему обеспечивается возможность бурения скважин зна­ чительной глубины. Если параметры вибромолота выбрать та­ кими, чтобы при всех условиях они обеспечивали устойчивую работу в режиме і= 1 или і= 2 и прн этом потребляемая мощ­ ность соответствовала бы мощности вибромолота ВБ7, возмож­ ность бурения скважин глубиной более 10—15 м таким вибро­ молотом, особенно в плотных глинистых грунтах, практически исключалась.

ЗАТРАТЫ МОЩНОСТИ БЕСПРУЖИННЫМ ВИБРОМОЛОТОМ

Исследование затрат мощности беспружинным вибромоло­ том ВБ7 было проведено в процессе бурения скважин в Ярос­

48

лавской области. Активная мощность, потребляемая вибромоло­ том, записывалась переносным самопишущим ваттметром Н-379.

Анализ кодограмм мощности, записанных в процессе буре­ ния скважины, показывает, что средняя мощность, потребляе­ мая вибромолотом ВБ7, все время сохраняет примерно постоян­ ную величину — в пределах 2,5—3,5 кВт и по существу не за-

W,xßm

Рис. 16. Зависимость мощности, потребляемой вибромо­ лотом ВБ7, от глубины скважины. Диаметр скважин от 89 до 127 мм, углубление наконечника в грунт 0,5 м.

висит ни от свойств проходимых пород, ни от глубины и диа­ метра скважины, ни от степени углубления наконечника в грунт. Исключение составляют лишь случаи вибрационного извлече­ ния бурового инструмента из скважины, когда потребляемая средняя мощность возрастает до 3,5—6,0 кВт. На всех ходо-

ѴІ.кВт

Рис. 17. Зависимость мощности, потребляемой вибромо­ лотом, от степени углубления наконечника в грунт. Диа­ метр скважины 127 мм, глубина скважины 5—7 м.

граммах определенно прослеживается пульсирующий характер затрат мощности вибромолотом. На некоторых участках кодо­ грамм размах пульсаций незначителен и на глаз не может быть, определен (кодограмма представляет собой плавную линию); на других—-вполне различим; на третьих — достигает значи­ тельной величины (до 2,5 кВт). Какой-либо закономерности в характере пульсаций установить не удалось. Это подтверждает ранее сделанный вывод о том, что основным рабочим режимом вибромолота ВБ7 является непериодический.

На рис. 16 и 17 приведены графики зависимости затрат мощности от глубины скважины и степени углубления наконеч­ ника в грунт (линии регрессии построены методом вычисления среднеарифметического по участкам). Графики свидетельствуют о том, что в целом потреблямая мощность слабо зависит от

49