Вращательно-подающие механизмы (ВПМ) буровых станков

Лекция 6.

Инструмент станков огневого бурения

3.12.1. Рабочий орган станка представляет собой цилиндрическую стальную

буровую трубу, к которой в нижней части присоединена огнеструйная горелка, а в верхней - узел подвода компонентов. Внутри буровой трубы помещены трубки для окислителя, топлива и воды, по которым эти компоненты подаются к горловине. На схеме показан общий вид рабочего органа станка огневого бурения.

1. блок; 2. подводящее устройство (вертлюг); 3. буровая штанга; 4. горелка.

3.12.2. Горелка является главной частью рабочего органа и состоит из:

· форсунки;

· конического или цилиндрического корпуса;

· днища с сопловыми отверстиями;

· чехла;

· башмака.

Корпус и днище горелки образуют камеру сгорания и обычно изготавливаются из материалов с хорошей теплопроводностью – меди.

1. переходник; 2. труба для подачи окислителя (О2); 3. труба для подачи топлива (керосин); 4. форсунка; 5. отверстия для пропуска в камеру сгорания окислителя; 6. вода; 7. корпус горелки; 8. днище горелки; 9. башмак; 10. чехол.

В качестве топлива используются:

· керосин;

· бензин;

· дизельное топливо.

В качестве окислителя применяются:

· кислород;

· сжатый воздух;

· азотная кислота.

По своему принципиальному устройству огнеструйная горелка подобна жидкостному реактивному двигателю (Ж.Р.Д.).

Первые образцы горелок имели одно центральное сопловое отверстие. Однако недостаточный диаметр образующейся скважины и случаи заклинивания в ней рабочего инструмента привели к созданию многосопловых горелок (чаще всего 2-3 отверстия).

При правильной эксплуатации срок службы горелки составляет около 200 часов, что дает возможность пробурить 1000м взрывных скважин без замены деталей камеры сгорания.

Расход рабочих компонентов для станка СБО-160/20

	СБО-2 (кислородный)	СБО-4 (воздушный)
1. диз. топливо или керосин, кг/час
2. кислород, м^3/час		-
3. воздух при Р=8кг/см^2, м^3/час	-
4. вода, м^3/час		1,5-3

3.12.3. Буровая штанга представляет собой толстостенную трубу, длиной несколько превышающей проектную глубину бурения (15-25м). внутри штанги размещены трубопроводы для подвода компонентов к горелке – керосина, кислорода и воды.

Керосиновая трубка обычно размещается внутри трубопровода для воды и этим самым исключается возможность образования внутри штанги взрывной смеси даже в случае нарушения плотности соединения элементов трубопроводов.

Станки с жесткими штангами бурят скважины на глубину одной штанги. Наращивание става не производится из-за сложности подключения компонентов горения.

Конструкция вращательно-подающего механизма определяет принципиальное отличие буровых станков, скорость вращения и подачи инструмента, осевые нагрузки, крутящие моменты, а также длительность вспомогательных операций.

В настоящее время применяются 3 типа вращательно-подающих механизмов: патронный, шпиндельный и роторный. Рассмотрим эти типы на примере ВПМ станков шарошечного бурения.

3.13.1. Вращательно-подающий механизм патронного типа (см. схему) применяются как на отечественных станках 2СБШ-200, так и на американских моделях (станки фирмы «Джой»).

Рассмотрим в качестве примера устройство и принцип работы вращательно-подающего механизма патронного типа состоящего их 3^х основных частей:

· вращателя;

· гидропатрона;

· гидродомкратов подачи.

Вращатель крепится к платформе (раме) станка. Он состоит из электродвигателя вертикального исполнения (асинхронного 2^х скоростного переменного или постоянного тока) и 2^х скоростной коробки передач.

Патрон – клиновой, гидромеханического типа.

Принцип действия ВПМ патронного типа. Вращение от электродвигателя 11 через редуктор 10 передается роторному колесу 9. Роторное колесо выполнено как одно целое с шестигранной обоймой. Роторное колесо вращает шпиндель 2, который выполнен с зазором относительно шестигранной обоймы колеса 9 и может свободно перемещаться относительно него. Подъем и опускание шпинделя 2 относительно роторного колеса 9 осуществляется с помощью 2^х гидродомкратов подачи 8.

Перед началом бурения масло подается в верхнюю полость корпуса гидропатрона 5´, поршень 5 гидродомкрата опускается вниз и заставляет перемещаться вниз клиновую шайбу 3. Клиновая шайба 3, надвигаясь на клиновые кулачки 4, своей внутренней конусной поверхность смещает их к центру патрона и прижимает к буровой штанге 1. В результате этого происходит крепление буровой штанги 1 в шпинделе 2.

Далее включается вращатель (10,11) и гидродомкраты подачи 8 и начинается процесс бурения. Непрерывное бурение происходит на длину хода поршня цилиндров гидродомкрата подачи.

Схема вращательно-подающего механизма патронного типа

1. буровая штанга; 2. шестигранный шпиндель (в виде шестигранной штанги); 3. клиновая шайба; 4. подклиновые кулаки; 5. поршень гидропаторна; 5^1. Корпус (цилиндр) гидропатрона; 1. 2. 3. 4. 5. 6. опорный узел; 7. траверса; 8. гидродомкрат подачи; 9. роторное колесо (выполнено заодно с шестигранной обоймой); 10. редуктор вращателя; 11. электродвигатель; 12. буровой инструмент.

В крайнем нижнем положении гидропатрона срабатывает концевой выключатель и меняется направление подачи жидкости к исполнительным гидроцилиндрам – гидропатрон разжимается и гидроцилиндры перемещают его вместе со шпинделем к верху (буровая штанга остается в скважине).

В крайнем верхнем положении снова срабатывает концевой выключатель и патрон останавливается и гидросистема возвращается в исходное положение (патрон зажат, гидроцилиндры включены на подачу). Извлечение бурового става из скважины происходит аналогичным образом. Управление гидроцилиндрами ручное или автоматическое.

3.13.2. Вращательно-подающие механизмы шпиндельного типа. Бывают 2^х типов:

· с канатно-полиспастной подачей;

· с цепной подачей.

Первый тип подачи у нас в стране нашел широкое применение. Он установлен на станках СБШ-250 МН. Цепная подача применяется на зарубежных конструкциях буровых станков.

Рассмотрим в качестве примера конструкцию вращательно-подающего механизма станка СБШ-250 (см. схему).

Вращательно-подающий механизм состоит из:

· вращателя торцевого (шпиндельного) типа;

· канатно-гидравлической подачи.

Вращатель состоит из:

· синхронного электродвигателя фланцевого исполнения;

· 2^х скоростного редуктора.

Механизм подачи канатно-гидравлический, включает в себя:

· два гидродомкрата подачи;

· канатно-полиспастную систему.

Ход поршня гидроцилиндра 2м. четырехкратная полиспастная система обеспечивает непрерывную подачу бурового става на глубину 8м.

Канатно-полиспастная система состоит из:

· двух напорных канатов;

· двух подъемных канатов;

· шести неподвижных блоков, размещенных в нижнем основании мачты;

· шести неподвижных блоков, размещенных на верхней части мачты;

· восьми подвижных блоков, установленных на штоках гидродомкратов.

Напорный канат 7 одним концом прикреплен к раме станка, а второй его конец крепится напорной траверсе 12, соединенной жестко с опорным узлом 13.

Подъемный канат 8 крепится одним концом к верхней обвязке мачты регулировочным болтом 16, а вторым к каретке 4 вращателя.

Принцип действия. При ходе штоков гидродомкратов 6 вверх расстояние между нижними неподвижными блоками 9 и подвижными блоками 11 увеличивается, в следствии чего на буровой став 14 через напорную траверсу 12 и опорный узел 13 с помощью напорного каната 7 передается осевое усилие. Одновременно сокращается расстояние между блоками 10 закрепленными в верхней части мачты и подвижными блоками 11 штоков, ослабляется натяжение подъемного каната 8 и вращатель имеет возможность перемещения вниз. При этом вращательоказывается всегда застрахованным подвесом на подъемных канатах 8 в случае аварийного обрыва напорного каната 7.

Напорная траверса 12 соединена с кареткой 4 вращателя направляющими и имеет возможность перемещаться относительно каретки.

Схема шпиндельного вращательно-подающего механизма

станка СБШ-250 с канатно-полиспастной подачей

1. электродвигатель постоянного тока; 2. двухступенчатый редуктор; 3. шинно-зубчатая муфта; 4. каретка вращателя; 5. направляющие швеллера мачты; 6. гидродомкраты подачи; 7. напорный канат; 8. подъемный канат; 9. неподвижные блоки в нижнем основании мачты; 10. неподвижные блоки в верхней части мачты; 11. подвижные блоки; 12. напорная траверса; 13. опорный узел; 14. буровой став; 15. долото; 16. регулировочные болты; 17. регулировочные муфты.

В нерабочем состоянии траверса опирается на нижнюю часть каретки вращателя и вместе с ней висит на подъемных канатах. В рабочем положении траверса опирается через буровой став и шарошечное долото на забой скважины. Вращатель жестко крепится на каретке.

Схема шинно-зубчатой муфты и опорного узла.

9 10	1. выходной вал редуктора; 2. эластическая шина; 3. опорный узел; 4. напорная траверса; 5. напорный канат; 6. шпиндель; 7. каретка вращателя; 8. амортизатор (упор); 9. полумуфта; 10. направляющие для перемещения траверсы относительно каретки.

Регулировка длины напорных и подъемных канатов регулировочными болтами 16 и муфтами 17 производится с таким расчетом чтобы в процессе бурения между напорной траверсой и нижним упором каретки был зазор 70 мм за счет шлицевой части шинно-зубчатой муфты. В процессе бурения этот зазор вытяжки канатов и может быть компенсирован в пределах до 55 мм эластичностью шины шинно-зубчатой муфты.

Схема реечно-цепного механизма подачи

	1. звездочка (неподвижна); 2. неподвижная рейка; 3. шестерня; 4. двигатель вращателя; 5. редуктор вращателя; 6. буровая штанга; 7. цепь; 8. муфта; 9. редуктор; 10. гидродвигатель; 11. подвижная звездочка; 12. каретка вращателя; 13. отклоняющая звездочка; 14. приводная звездочка.
Применяется на станках 60-R, 61-R фирмы Бюсайрус

Вращатель станка расположен на каретке, связанной с валом подвижных звездочек механизма подачи.

Подача бурового става на забой осуществляется при помощи замкнутой цепи, перемещаемой приводной звездочкой, которая в свою очередь приводится во вращение гидродвигателем. Перемещение цепи приводит во вращение подвижные звездочки, которые жестко укреплены на валу. На концах вала закреплены шестерни, находящиеся в зацеплении с рейками. Поэтому вращение вала приводит к подъему или опусканию бурового става.

3.13.3. Вращательно-подающий механизм роторного типа

Применяется на станках БАШ-250, БАШ-320. Рассмотрим в качестве примера ВПМ станка БАШ-250.

1. неподвижные блоки полиспаста для подъема вертлюга; 2. подъемный канат; 3. подвижные блоки подъемного полиспаста; 4. вертлюг; 5. подвижные блоки напорного полиспаста; 6. напорный канат; 7. рабочая штанга; 8. гидроцилиндр подачи; 9. неподвижный блок напорного полиспаста; 10. подъемная лебедка; 11. шарошечное долото; 12. лебедка подачи; 13. храповой механизм; 14. редуктор; 15. электродвигатель; 16. ротор; 17. редуктор; 18. электродвигатель.

При бурении масло подается в нижнюю (штоковую) полость цилиндра 8 и его шток, двигаясь вверх, натягивает канат подачи и заставляет перемещаться буровой снаряд на забой.

После того, как поршень гидроцилиндра 8 достигнет верхнего положения подача прекращается. Далее меняется направление подачи жидкости в гидроцилиндре подачи и шток выдвигается из цилиндра. Возникающая при этом слабина каната выбирается вращением барабана лебедки подачи 12, чему не препятствует собачка храпового механизма 13. При подаче на забой барабан лебедки застопорен собачкой. Далее цикл повторяется до полного погружения штанги в скважину.

После проходки скважины на глубину равную длине рабочей штанги, процесс бурения прекращается, рабочая штанга с помощью подъемной лебедки поднимается из скважины, долото свинчивается и далее штанга вместе с вертлюгом отводится от оси скважины. Из кассеты выводится круглая штанга (с помощью спец. лебедки) и на нижний конец её навинчивается шарошечное долото 11. После этого штанга опускается в пробуренную скважину, на нее навинчивается еще одна рабочая штанга и процесс бурения продолжается.

Вращатель бурового става установлен непосредственно на платформе и состоит из:

1. электродвигателя постоянного тока(18); 2. конического одноступенчатого редуктора (17); 3. ротора (16)

Ротор предназначен для вращения рабочей штанги, выполненной в виде шестигранника, а так же для свинчивания и развинчивания бурового става.

Механизм подачи состоит из следующих основных узлов:

· гидроцилиндра подачи (8);

· опорного вертлюга (4);

· лебедки подачи (12);

· лебедки подъема вертлюга (10).

3.13.4. ВПМ станков шнекового и пневмоударного бурения

Станки шнекового бурения имеют ВПМ шпиндельного типа, причем на станке СБР-125 механизм подачи канатный, а на станке СБР-160 – канатно-гидравлический (см. схему «комбинированные механизмы подачи»).

Станки пневмоударного бурения имеют 2 типа ВПМ:

1. патронного типа, на станках старых конструкций («Урал-61», «Урал-64»);

2. шпиндельного типа, на станках новых моделей (1СБУ-125, 2СБУ-125/160, СБУ-200). Типы подачи этих станков цепной, поршневой.

Дата добавления: 2014-10-17