Файл: Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых..pdf

Расчет каждой конкретной машины и установление ее оптималь­ ных параметров представляет собой самостоятельную прикладную задачу, которая должна решаться непосредственно при разработке заданной машины. Однако основные положения по построению оптимальных систем и выбору их параметров могут быть получены при анализе основных аналитических зависимостей, при исследо­

масштабного изменения свойств породы).

Рассмотрим геометрически подобные системы А и Б, линейные размеры которых различаются в К раз (рис. 203):

глубина внедрения иБ = K ua,

объем внедрения (разрушения) VE = K 3Va -

Размеры ударника (геометрия и масса) и его динамические ха­ рактеристики (скорость и энергия удара) для системы А соответ­ ственно равны (геометрия ударника для простоты принята

365

линейной): 1улА — длина, dyixA — диаметр, тА — л Дуд а гудР _ M acc£li

mAv\

vA — скорость удара, Wa ~ — -----энергия удара.

Аналогичные параметры для подобной системы Б необходимо установить.

За основу подобия нагруженного состояния элементов системы, как указывалось выше, принято положение о сохранении равенства напряжений в сопоставляемых сечениях этих элементов.

Напряжения в штанге А при ударе бойком заданной массы

Диаметр бойка Б должен быть выбран в соответствии с условием геометрического подобия равным dyAB = Kdудд. Тогда напряже­ ния в штанге Б будут определяться выражением

Приравнивая полученные значения напряжений согласно при­ нятому положению о подобии нагруженного состояния

находим, что в случае одинакового материала инструмента и удар­ ника для сохранения подобия нагружения должно быть выдержано условие

что при кубичном изменении объема разрушения определяет по­ стоянство объемной энергоемкости в сравниваемых подобных систе­ мах.

366

Таким образом, силовое и энергетическое подобие систем удар­ ник — инструмент — порода (с точностью до масштабного изменения свойств породы) соблюдается при обеспечении геометрического подобия входящих в иих элементов и равенстве скоростей прило­ жения нагрузки. Или, переходя на волновые представления о пере­ даче энергии удара в виде ударных импульсов, условием подобия в геометрически подобных системах будет сохранение амплитуды

ударного импульса и его формы при изменении временных коорди­ нат пропорционально изменению линейных размеров системы.

Полученные условия построения систем с силовым и энергети­ ческим подобием позволяют сравнивать между собой буровые ма­ шины (в условиях подобия), определять параметры разномасштаб­ ных машин по заданной модели и т. д.

Пример 1. Сравнить основные параметры и выходные характеристики ударных систем перфоратора ПР22 и пневмоударника М48. Примем за единые показатели параметры и характеристики перфоратора ПР22.

1. Коэффициент приведения по геометрическим размерам при диаметре скважин для ПР22 = 40 мм, для М48 d2 = 105 мм.

К= — = ^ - = 2 , 6 .

2.При известном коэффициенте приведения сравниваем: а) массу поршней, кг:

поршня ПР22: действительная бД1 = 2,351

приведенная Спр1 = 1,0; поршня М48:

действительная СД2 = 2,8; приведенная

в) скорость удара поршней, м/с: поршня ПР22:

действительная иуд1 = 6,7; приведенная i>nPi’= 1;

поршня М48: действительная гуД2 = 8,4;

приведенная

Ууд 2 __'8 ,4

V,,p-= vyalK°~~~6Т

367

с соблюдением правил подобия на бурение скважин (шпуров) диаметром 40 мм, то он имел бы следующие параметры и выходные характеристики: энергия удара

сравнению с перфоратором ПР22 это была бы весьма маломощная машина. Пример 2. Определить параметры и выходные характеристики буровой

машпны для бурения скважины диаметром 200 мм, сохранив силовое и энергети­ ческое подобие с буровой машиной БУ-70, с помощью которой при бурении по граниту скважин диаметром 67 мм достигается средняя механическая скорость

ИЛ, = K4V-! = 33 -14 = 126 кгс ■м.

Ударная мощность при N 1 = 6,5 л. с.

N i = K3N 1 = 33 • 6,5 = 58,5 л. с.

Скорость бурения такой машиной по граниту при иыех , = 250 мм/мин составит

имех о = Комех i = 3- 250 = 750 мм/мин.

Пользуясь изложенными выше положениями о подобии ударных систем, можно сравнить существующие типы машин ударного дей­ ствия по приведенным силовым, энергетическим и геометрическим параметрам.

368

В табл. 87 представлены характеристики некоторых машин (се­ рийных и опытных), приведенные по условиям подобия к показа­ телям перфоратора ПР22, которые приняты за единичные.

Т а б л и ц а 87

* Опытные машины.

Из анализа данных, приведенных в табл. 87, видно резкое раз­ личие приведенных (можно их назвать удельными) параметров машин с погружными и вынесенными из скважины пневмоударни­ ками. Эти различия значительны по силовым и энергетическим пока­ зателям. У пневмоударников приведенная энергия единичного удара, а также ударная мощность в 10—20 раз ниже, чем у перфораторов.

Наглядным является сравнение геометрических размеров удар­ ных узлов, приведенных к единичным показателям, некоторых наи­ более характерных машин, перечисленных в табл. 88 (рис. 204). Массы и геометрия бойков пневмоударников с самыми различными ударными параметрами (от 5 до 45 кгс*м) оказываются несоизмери­ мыми после приведения их к сравнимым показателям с аналогичными параметрами перфораторных поршней.

Эти сравнения указывают на неиспользованные резервы повы­ шения производительности бурения, так как (согласно изложенным выше положениям) при сохранении геометрического и механиче­ ского (силового) подобия объемная скорость проходки скважины пропорциональна третьей степени коэффициента изменения системы, а линейная скорость прямо пропорциональна этой величине.

Следовательно, сохраняя условия геометрического подобия и по­ добия силового нагружения, можно, увеличив линейные размеры системы в К раз, получить такое же увеличение скорости бурения.