По расчету основных энергетических параметров перфоратора

Методическое пособие

(к курсовой работе по дисциплине: «Технология бурения взрывных скважин и шпуров, буровые машины и механизмы»)

Авторы: проф. Косьянов В.А.

проф. Несмотряев В.И.

проф. Шендеров В.И.

доцент Яшин В.П.

Москва 2016 г.

Содержание:

1. Введение

2. Основные теоретические положения.

3. Упрощенный расчет рабочего цикла перфоратора

4. Основные параметры перфоратора.

5. Варианты задания.

6. Список рекомендованной литературы.

7. Приложение №1. Образец титульного листа курсового проекта.

-2-

1. ВВЕДЕНИЕ

Современный пневматический перфоратор представляет собой ударную машину, снабженную механизмом для поворота бура, а также устройством для удаления буровой мелочи из шпура или скважины.

Перфоратор приводится в действие энергией сжатого воздуха, который поступает через гибкий резиновый шланг от компрессора или компрессорной станции.

Перфоратор состоит из следующих основных частей: крышки цилиндра, цилиндра, ствола, стяжных болтов с гайками, механизма гашения вибрации. Внутри цилиндра расположены, воздухораспределительный механизм и ударно-поворотный механизм.

Принцип работы перфоратора заключается в следующем. Сжатый воздух подается по трубопроводу в пусковой кран, проходит через воздухораспределительный механизм и поступает в цилиндр перфоратора. Под действием сжатого воздуха, поступившего в рабочую полость, поршень совершает рабочий ход, в конце которого своим штоком наносит удар по хвостовику бура. После этого направление подачи воздуха в цилиндр изменяется и поршень под воздействием сжатого воздуха совершает обратный ход, поворачивая одновременно бур на некоторый угол.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Основными параметрами перфоратора является: энергия удара поршня (), число ударов в минуту (n), угол поворота бура после каждого удара (α), крутящий момент (), давление сжатого воздуха (Р) и его расхода (Q). Величина энергии удара поршня ограничивается в основном прочностью материала буровых штанг и твердого сплава коронок. В настоящее время считается допустимым для бурения шпуров диаметром около 40 мм применять перфоратор с энергией удара 50-55 Дж, для бурения скважин диаметром 85 мм можно иметь энергию удара поршня до 90 Дж. Число ударов в минуту лимитируется санитарно-гигиеническими условиями: при увеличении частоты ударов возрастает уровень шума и вредное воздействие

-3-

вибрации на организм бурильщика. Для ручных перфораторов рекомендуется частота ударов не свыше 1800-1900 в минуту. Для телескопных и колонковых перфораторов можно повысить частоту ударов до 2500-3000 в минуту, причем в этом случае надо оборудовать перфораторы глушителями шума. От величины крутящего момента зависит устойчивость работы перфоратора, особенно при бурении трещиноватых пород. Можно считать, что при бурении мелких шпуров диаметром около 40 мм требуется крутящий момент порядка 1,2 Нм – 1,5 Нм; для глубоких эта величина должна составлять около 2,5 Нм.

3. УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПЕРФОРАТОРА.

При упрощенном расчете рабочего цикла перфоратора принимаются следующие допущения:

а) машина расположена горизонтально;

б) давление в рабочих камерах цилиндра при движении поршня постоянно (такая картина имеет место при небольших скоростях и больших сечениях подводящих каналов);

в) поршень начинает двигаться с нулевой скоростью, а затем движется равномерно-ускоренно.

Расчетная схема перфоратора показана на рис. 1. При расчете движения поршня условно разделяется на два цикла: рабочий или прямой ход и холостой или обратный.

Прямой ход поршня.

Определяем параметры прямого хода перфоратора:

1. Усилие при рабочем ходе поршня определяется из выражения:

Преобразуя выражение получаем:

-4-

Рис.1 Схема к расчету энергетических параметров перфоратора.

где: Р - рабочее давление в цилиндре, Па;

- усилие при рабочем ходе, Н;

- полезная площадь поршня при прямом ходе, ;

- величина противодавления за поршнем, Па;

D - диаметр поршня, м;

- диаметр геликоидального стержня, м;

2. Ускорение поршня при рабочем ходе определяется из выражения:

-5-

где: – ускорение поршня при рабочем ходе, ;

m – масса поршня, кг;

3. Время рабочего хода вычисляется, исходя из предположения, что поршень движется равноускоренно:

где: – ход поршня, м;

4. Скорость движения поршня определяется из выражения:

5. Энергия удара поршня определяется из следующего выражения:

Обратный ход поршня.

1. Усилие при обратном ходе поршня определяется:

или

где: – полезная площадь при обратном ходе, ;

– диаметр штока поршня, м;

2. Ускорение поршня при холостом ходе:

-6-

где: – ускорение обратного хода поршня, ;

3. Время холостого хода поршня:

4. Скорость поршня при холостом ходе:

5.

Зная время рабочего и холостого ходов поршня, можно определить продолжительность всего цикла.

Исходя из продолжительности цикла, можно определить:

а) Количество ударов поршня в минуту

б) Полезную ударную мощность перфоратора:

где: – энергия удара при рабочем ходе, Дж;

n – число ударов поршня в минуту при работе перфоратора.

Определение расхода воздуха.

Расход воздуха будет определять с учетом потерь на различные утечки и перехода его из одной плоскости в другую.

1. Расход сжатого воздуха при рабочем ходе поршня можно вычислить из следующего выражения:

-7-

или

где: - расход сжатого воздуха при рабочем ходе, .

2. Расход сжатого воздуха при холостом ходе можно определить из следующего выражения:

или

где: - расход сжатого воздуха за один ход:

3. Расход воздуха в 1 минуту составит:

4. Расход воздуха в 1 минуту составит:

В технике принято считать расход свободного воздуха то есть расход воздуха приведённого к нормальным условиям (нормальному давлению).

из выражения:

где: –коэффициент наполнения цилиндра (0,7 - 0,5)

– коэффициент потерь воздуха (1,3 – 1,5) – для изношенных машин; (1,1 – 1,5) – для новых машин.

-8-

Определение крутящего момента.

1. Окружное усилие на геликоидальном стержне при обратном ходе можно определить из выражения:

Подставляем значение получаем:

где: α – угол подъема геликоидального стержня;

ρ – угол трения гайки о стержень равный соответствующий коэффициенту трения скольжения.

Угол α можно определить из следующего выражения:

где: – шаг спирали геликоидального стержня

Тогда формула для вычисления угла будет иметь следующий вид:

2. Определяем крутящий момент:

4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРФОРАТОРА.

Снятие основных характеристик при разборке перфоратора.

1. Производится разборка перфоратора и снимается его основные характеристики:

D; ; ; ; m;

-9-

Ход поршня определяется следующим образом:

- поршень устанавливается в крайнее положение, измеряется длина штока поршня, выступающего из цилиндра;

- поршень устанавливается в крайнее положение при обратном ходе и измеряется длина штока поршня, выступающего из цилиндра.

Обработка результатов измерения (задания).

2. Вычислительная часть работы.

Расчеты выполняются при следующих значениях давления сжатого воздуха:

Определяются основные параметры, характеризующие перфоратор по методике, изложенной выше, и все данные заносятся в табл. №2.

Таблица 2. Расчетные параметры перфоратора.

Параметры	Ед. Изм.	Давление сжатого воздуха. Па
	Нм
	Дж
n
N	Bm
Q

На основании данных таблицы строятся зависимости:

-10-

Варианты задания

Таблица 1. Основные геометрические параметры перфоратора.

№ п/п	D, м	м	м	L, м	m, кг
	0,070	0,0025	0,0035	0,0060	2,1
	0,070	0,0025	0,0035	0,0065	2,1
	0,072	0,0025	0,0035	0,0050	2,2
	0,072	0,0025	0,0035	0,0052	2,2
	0,085	0,0030	0,0040	0,0043	2,5
	0,085	0,0030	0,0040	0,0045	2,5
	0,090	0,0035	0,0045	0,0070	2,7
	0,090	0,0035	0,0045	0,0075	2,7
	0,100	0,0035	0,0045	0,0038	3,0
	0,100	0,0035	0,0045	0,0043	3,0
	0,110	0,0040	0,0050	0,0043	3,3
	0,110	0,0040	0,0050	0,0045	3,3

-11-

Список рекомендованной литературы.

1. Грабчак Л.Г. и др. «Горнопроходческие машины и комплексы». Учебник для вузов. М., Издательский дом «ИН-ФОЛИО», 2012

2. Грабчак Л.Г. и др. «Горноразведочные работы». Учебник для вузов. М.,ВШ, 2003.

3. Косьянов В.А. и др. «Расчет энергетических параметров перфоратора».

Методическое пособие. М., РГГРУ., 2016.

-12-

Приложение № 1

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)

Институт современных технологий геологоразведочных работ, горного и нефтегазового дела

Кафедра Горного дела

Курсовой проект:

«Расчет энергетических параметров перфоратора»

Выполнил: студент гр. ШПС-13

____________________________

Проверил: доцент Яшин В.П.

Москва 2016г.

Дата добавления: 2017-01-14