Конструкция и принцип действия погружных пневмоударников

Ударные механизмы буровых станков

Лекция 7.

Станки пневмоударного бурения разрушают горную породу за счет нанесения ударной нагрузки по буровому инструменту. Механизмы, предназначенные для реализации ударной нагрузки на инструмент, получили название пневмоударников.

Пневмоударники бывают 2х типов:

- выносные;

- погружные.

Выносной пневмоударник находится вне скважины и передает ударный импульс на инструмент через буровой став.

Из-за значительных потерь энергии удара при прохождении ударного импульса через буровой став эти пневмоударники у нас в стране на буровых станках для открытых работ не применяются.

Такие конструкции ударных механизмов у нас применяются на буровых станках для бурения скважин небольшого диаметра (до 80-100мм) только на подземных работах, а за рубежом, как на открытых, так и на подземных работах и тоже для бурения скважин небольшого диаметра.

Погружные пневмоударники выгодно отличаются от выносных тем, что они устанавливаются в самом начале бурового става, передают ударный импульс непосредственно на буровую коронку и по мере углубления скважины погружаются в последнюю.

Потерь энергии удара из-за увеличения длины бурового става здесь нет. Вращательное движение пневмоударник получает через буровой став.

Недостатком погружных пневмоударников в сравнении с выносными является повышенный износ из-за более тяжелых условий работы.

Принцип действия всех пневмоударников одинаковый, и они отличаются только конструкцией отдельных элементов и схемой воздухораспределения.

Пневмоударник состоит из:

- цилиндра;

- поршня-ударника;

- воздухораспределительного устройства;

- передней головки, в которую крепится буровая коронка;

- переходника, для крепления пневмоударника к буровому ставу.

По типу воздухораспределительного устройства пневмоударники подразделяются на:

- клапанные;

- бесклапанные.

3.14.1. Клапанные пневмоударники

1. клапанное воздухораспределительное устройство;

2. поршень-ударник;

3. выхлопное отверстие;

4. цилиндр;

5. передняя головка;

6. буровая коронка;

7. каналы в корпусе цилиндра.

Рабочий ход: сжатый воздух поступает в заднюю полость цилиндра и перемещает поршень 2 вперед. В конце рабочего хода поршень 2 наносит удар по хвостовику коронки 6 и в этот момент задняя полость через выхлопное окно 3 соединяется с атмосферой.

Холостой ход: под действием давления воздуха сжатого поршнем в конце рабочего хода, переданного через канал 7, клапан перебрасывается и сжатый воздух через тот же канал 7 поступает в переднюю полость цилиндра. Поршень 2 совершает обратный (холостой) ход. В конце холостого хода передняя полость соединяется с атмосферой и под действием давления воздуха сжатого поршнем в конце холостого (на величину выше давления в сети) хода клапан возвращается в начальное исходное положение. Далее цикл повторяется.

По такой схеме работают пневмоударники: М-1900, М-1900УК, М-150У и др.

Кроме рассмотренных имеются еще пневмоударники с клапанным воздухораспределением, но без каналов в корпусе цилиндра.

Воздух в переднюю полость подается по центральному каналу. Такие пневмоударники иногда называют безканальными, к ним относятся М-48, М-29Т.

Схема пневмоударника М-48

3.14.2. Бесклапанные пневмоударники.

Отличаются от клапанных тем, что в их цилиндрах отсутствуют продольные каналы и нет, так называемых «рубашек» на цилиндре.

Воздухораспределение в этих пневмоударниках осуществляется за счет каналов в поршне и выточек в цилиндре.

Примером этого типа машин может служить пневмоударник П-1-75 (конструкция НИГРИ).

8- передняя головка; 9- коронка; 10- выточка в передней полости цилиндра; 11 - поршень-ударник.  

1- переходник;

2- цилиндр;

3- выточка в задней полости цилиндра;

4, 6, 7 - каналы в поршне;

5- выхлопное отверстие;

Холостой ход: сжатый воздух поступает по каналам 4 и 7 и выточку 10 в переднюю полость цилиндра. Задняя полость через отверстие 5 сообщается с атмосферой. Поршень перемещается назад.

Рабочий ход: когда канал 6 поршня совмещается с выточкой 3, а передняя полость 10 через выхлопное отверстие 5 с атмосферой, сжатый воздух по каналам 4, 6 через выточку 3 поступает в заднюю полость и сообщает поршню рабочий ход.

К пневмоударникам с бесклапанным воздухораспределением относятся кроме названного еще и пневмоударники типа П-105К, П-125К, П-160А.

Достоинство пнемвоударников с бесклапанным воздухораспределением в сравнении с клапанным заключается в отсутствии у них каналов в корпусе цилиндра, что позволяет уменьшить толщину стенки цилиндра и увеличить рабочую площадь поршня, не увеличивая диаметр пневмоударника. Увеличение рабочей площади поршня приводит и к росту энергии удара.

Недостатки их в наличии каналов в поршне. Каналы являются концентраторами напряжения, поэтому их поршни имеют меньший срок службы чем у клапанных.

Основным мероприятием, способствующим повышению скорости бурения пневмоударниками, является увеличение их мощности.

Однако, повышение мощности за счет повышения энергии единичного удара ограниченно прочностью буровой коронки. Вследствие этого наиболее реальным направлением повышения мощности пневмоударников является увеличение числа ударов при сохранении максимально возможной энергии единичного удара.

3.14.3. Расчет основных параметров пневмоударников (для схемы клапанного пневмоударника)

1. Сила действующая на поршень при рабочем ходе:

(1)

d – диаметр поршня, м

p₀ – давление воздуха в сети, Па (Н/м²)

С₁ – коэффициент, зависящий от системы воздухораспределения; при рабочем ходе поршня равен:

· для клапанных пневмоударников С₁ =0,6-0,7

· для бесклапанных пневмоударнгиков С₁ =0,5-0,6

2. Ускорение поршня при рабочем ходе:

(2)

m_п – масса поршня

3. Длительность рабочего хода:

(3)

S – ход поршня, м

δ – коэффициент потери хода, δ =0,85.

4. Длительность обратного хода:

(4)

α – коэффициент длительности холостого хода:

· для клапанных пневмоударников α =1,2-1,4

· для бесклапанных пневмоударников α= 1,0-1,2

5. Продолжительность цикла:

(5)

6. Число ударов поршня в минуту:

(6)

7. Работа удара поршня:

(7)

8. Мощность пневмоударника:

(8)

9. Коэффициент полезного действия удара:

(10)

m_k – масса коронки, кг. Приблизительно равна m_k =(4-5) m_п

е – коэффициент восстановления соударяющихся тел, е =0,9

10. Расход воздуха пневмоударником:

(11)

F – активная площадь поршня;

к – коєфициент наполнения цилиндра сжатым воздухом, к =0,5-0,7.

В случае, когда активная площадь поршня при рабочем и холостом ходе не равны, тогда t_p и t_х определяются раздельно по формулам (1-3), причем для определения t_х принимается вместо С₁ коэффициент С₂ значение которого:

· для клапанных пневмоударников С₂ =0,4-0,6

· для бесклапанных пневмоударников С₂ =0,3-0,4

Реальные активные площади необходимо учитывать и при определении расхода воздуха.

Дата добавления: 2014-10-17