Проектирование параметров ударных механизмов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

Методические указания по выпускной квалификационной работе

для студентов специалности 170100

 

 

Санкт-Петербург

УДК 622.232.6(075.83)

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК: Методические указания для выпускной квалификационной работы / Санкт-Петербургский горный ин-т. Сост.: К.П.Хмызников, Ю.В. Лыков. СПб, 2003. 40 с.

 

Содержит методику уточненного расчета параметров ударных механизмов пневматических бурильных головок. Расчет производится по периодам, на которые делится ход поршня – ударника. Для определения скорости и времени перемещения поршня для каждого периода составляются дифференциальные уравнения и конечной целью расчета является определение скорости поршня в момент удара (соответственно энергии удара) и суммарного времени перемещения поршня (частоты ударов). Анализируя результаты расчета, появляется возможность внесения конструктивных изменений в бурильную головку, что, в свою очередь, повышает эффективность ее работы.

Методические указания предназначены для студентов, выполняющих работы по дисциплине “Научные основы проектирования и эксплуатации горных машин“ по направлению 551800 “Технологические машины и оборудоване“, а также используются при выполнении специальной части дипломных проектов по буровому оборудованию.

 

Табл.3. Ил.9. Библиогр: 5 назв.

 

Научный редактор проф. И.П. Тимофеев

 

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2003 г.

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на буровых станках и бурильных установках большое распространение нашли бурильные головки ударно-вращательного и вращательно-ударного действия. Основными узлами этих головок являются ударный и вращательный механизмы, передающие буровому инструменту ударную нагрузку и крутящий момент

На рис.1 представлена бурильная головка ударно – вращательного действия – перфоратор типа ПК-75.

Наиболее точным теоретическим методом расчета таких основных параметров ударного механизма как энергия и частота ударов поршня-ударника является разделение рабочего цикла перемещения поршня на определенные периоды, отличающиеся друг от друга открытием тех или иных впускных или выхлопных окон цилиндра ударного механизма [1,2,5]. В каждом расчетном периоде на поршень действуют соответствующие усилия. Для определения скорости и времени перемещения поршня для каждого периода составляются дифференциальные уравнения движения поршня и конечной целью расчета является определение скорости поршня в момент удара (соответственно и энергии удара) и суммарного времени перемещения поршня (соответственно частоты ударов).

Расчет начинают с момента удара поршня по хвостовику бурового инструмента, так как это положение строго фиксировано в конструкции бурильной головки. Предварительно рассчитываются коэффициенты сопротивлений воздухораспределительного устройства, подводящих и выхлопных каналов подачи сжатого воздуха в цилиндр ударного механизма. Предлагаемый метод расчета громоздок особенно если параметры рассчитываются в функциональной зависимости от переменного давления воздуха в шахтной сети, требует больших математических вычислений и поэтому практически становится крайне затруднителен.

Целью данной работы является применение указанного метода расчета ударных механизмов в компьторной форме, что позволит практически без больших затрат времени определять основные параметры ударного механизма в зависимости от подводимого к бурильной головке давления сжатого воздуха. Кроме того, результаты расчетов позволяют произвести анализ эффективности данной конструкции ударного механизма для заданных горных условий и, варьируя исходные параметры схемы, изменять некоторые конструктивные параметры бурильной головки с целью повышения ее эксплуатационных возможностей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, ПОДВОДЯЩИХ И ВЫХЛОПНЫХ КАНАЛОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА В УДАРНОМ МЕХАНИЗМЕ БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

При расчете эксплуатационных параметров ударных механизмов необходимо предварительно определить приведенные коэффициенты скоростных сопротивлений при движении сжатого воздуха в данном устройстве. Так как конструкция каналов обычно отличается при рабочем и обратном ходе поршня- ударника, следует рассчитывать эти коэффициенты соответственно при каждом направлении движения поршня.

При движении поршня принимается турбулентный режим потока воздуха (число Рейнольдса составляет порядка R_e @ 4×10³), поэтому можно считать коэффициент местных сопротивлений практически не зависящий от R_e. Для каждого типа воздухораспределения расчетные формулы (при рабочем и обратном ходе поршня) заимствуются из курса гидравлики [3].

Приложение

Примеры расчета основных параметров ударных механизмов бурильных головок

Расчетные схемы рассматриваемых ударных механизмов приведены на рис. 2,3,4,5..

Исходные данные для расчета параметров ударного механизма бурильной головки

Обозначение параметра	Типы бурильных головок
ПК-75	П105-2,4 (М48)	1100-1-М
Длина хода поршня от момента закрытия выхлопного окна цилиндра задней кромкой поршня до момента удара – lo, мм.			10,5
Длина хода поршня в первом периоде – l1, мм.			7,5
Длина нижней камеры цилиндра до выхлопного окна - lв, мм.
Ширина выхлопного окна в цилиндре ударного механизма –а, мм
Рабочая ширина поршня – ударника - в, мм.
.Длина верхней камеры цилиндра ударного механизма до выхлопного окна –h, мм.
Объем подводящих каналов в цилиндре для рабочего хода поршня – ударника -Vkl, м^3.	0,3 Е-04	1,8 Е-05	4,6 Е-04
Вес поршня – ударника – m, Н	52,5	28,5
Давление воздуха в нижней камере цилиндра в начале рабочего хода поршня в пятом расчетном периоде -РРА, МПа	0,1	0,1	0,1
Наружное давление воздуха в буримой скважине (шпуре) при выхлопе из верхней камеры цилиндра ударного механизма - РОА, мПа	0,1¸0,15	0,1¸0,15	0,1
Давление воздуха в нижней камере цилиндра в конце рабочего хода поршня в пятом расчетном периоде -Р5А, мПа	0,1¸0,15	0,15	0,1¸0,15
Коэффициент, характеризующий физико- механические свойства горных пород и скорость удара поршня- куп	0,5	0,5	0,5

Исходные данные ударного механизма перфоратора ПК-75 для машинного способа расчета

PACЧET ПАРАМЕТРОВ УДАРНОГО МЕХАНИЗМА БУРИЛЬНОЙ ГОЛОВКИ

-ПРОГРАММУ РАЗРАБОТАЛ К.П.ХМЫЗНИКОВ-

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ PACЧETА ПAPAMETPOB ПЕРФОРАТОРА ПК-75

033. -ДЛИНА ХОДА ПОРШНЯ_УДАРНИКА УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ОТ МОМЕНТА ЗАКРЫТИЯ ВЫХЛОПНОГО ОКНА ЦИЛИНДРА ЗАДНЕЙ КРОМКОЙ ПОРШНЯ ДО МОМЕНТА УДАРА,ММ,(LO)

013. -ДЛИНА ХОДА ПОРШНЯ-УДАРНИКА В ПЕРВОМ РАСЧЕТНОМ ПЕРИОДЕ,MМ,(L1)

054. -ДЛИНА КАМЕРЫ ОБРАТНОГО ХОДА ЦИЛИНДРА ДО ВЫХЛОПНОГО ОКНА,MМ,(LB)

186. -ВЫПРЯМЛЕННАЯ ДЛИНА КАНАЛА ОБРАТНОГО ХОДА ПОРШНЯ,ММ,(LOK)

120.0 -ДИАМЕТР ПОРШНЯ-УДАРНИКА ПРИ ЕГО РАБОЧЕМ ХОДЕ,ММ,(DP)

050. -ДИАМЕТР ШТОКА ПОРШНЯ-УДАРНИКА(СПРАВА ОТ ПОРШНЯ),ММ,(DS)

000. -ДИАМЕТР ШТОКА ПОРШНЯ-УДАРНИКА(СЛЕВА ОТ ПОРШНЯ),ММ,(DT)

14. -ДИАМЕТР КАНАЛОВ ОБРАТНОГО ХОДА ПОРШНЯ-УДАРНИКА,ММ,(D)

025. -ШИРИНА ВЫХЛОПНОГО ОКНА В ЦИЛИНДРЕ УДАРНОГО МЕХАНИЗМА,ММ,(A)

045. -РАБОЧАЯ ШИРИНА ПОРШНЯ-УДАРНИКА,ММ,(B)

055. -ДЛИНА ВЕРХНЕЙ КАМЕРЫ ЦИЛИНДРА УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ДО ВЫХЛОПНОГО ОКНА,MМ,(H)

07757.00 -ПРИВЕДЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СКОРОСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ПРИ ОБРАТНОМ ХОДЕ ПОРШНЯ-УДАРНИКА,Н(С2/М4,(KSO)

02220.00 -ПРИВЕДЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СКОРОСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ПРИ РАБОЧЕМ ХОДЕ ПОРШНЯ-УДАРНИКА,Н(С2/М4,(KSP)

2 -ЧИСЛО КАНАЛОВ ОБРАТНОГО ХОДА ПОРШНЯ-УДАРНИКА,(NK)

0.300E-05-ОБЪЕМ ПОДВОДЯЩИХ КАНАЛОВ В ЦИЛИНДРЕ ДЛЯ РАБОЧЕГО ХОДА ПОРШНЯ-УДАРНИКА,M3,(VL)

52.500 -ВЕС ПОРШНЯ-УДАРНИКА,Н,(M)

0.100 -АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА В НИЖНЕЙ КАМЕРЕ ЦИЛИНДРА В НАЧАЛЕ РАБОЧЕГО ХОДА ПОРШНЯ-УДАРНИКА В ПЯТОМ РАСЧЕТНОМ ПЕРИОДЕ, МПа,(PPA)

0.150 -НАРУЖНОЕ ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА В БУРИМОЙ СКВАЖИНЕ(шпуре)ПРИ ВЫХЛОПЕ ИЗ ВЕРХНЕЙ КАМЕРЫ ЦИЛИНДРА УДАРНОГО МЕХАНИЗМА, МПа,(POA)

0.150 -ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА В НИЖНЕЙ КАМЕРЕ ЦИЛИНДРА В КОНЦЕ ПЯТОГО РАСЧЕТНОГО ПЕРИОДА, МПа,(P5A)

0.5 -КОЭФФИЦИЕНТ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И СКОРОСТЬ УДАРА ПОРШНЯ,(KUP)

500000. 157.7 2533.3 6.66 8.33

 

 

600000. 198.1 2706.9 8.94 9.33

 

 

700000. 239.1 2867.2 11.43 10.25

 

 

800000. 280.6 3017.2 14.11 11.11

 

 

900000. 322.5 3161.9 16.99 11.91

 

 

1000000. 364.6 3293.4 20.01 12.66

При давлении подводимого сжатого воздуха 0,5 МПа энергия удара перфоратора составляет 157,7Дж, частота ударов поршня в мин.- 2533, мощность ударного механизма –

6,66 кВт, скорость удара поршня по хвостовику (скорость в седьмом периоде) – 8,33 м/с

 

Библиографический список

1. Бегагоен И.А, Дядюра А.Г. Устройство и расчет современных перфораторов и пневмоударников. М.: Госгортехнадзор, 1963.

2. Бегагоен И.А. и др. Бурильные машины. М.: Недра, 1972

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. ГЭИ, 1960

 

 

БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

Методические указания по выпускной квалификационной работе

для студентов специалности 170100

 

 

Санкт-Петербург

 

(*)Здесь и далее черточка снизу обозначения параметра определяет давление воздуха в нижней камере (камере обратного хода поршня), а сверху – давление воздуха в верхней камере (камере рабочего хода)

(*)1 Исходные данные и расчет пневмоударников типа М1900 и М29Т соответственно приведены в [1и 2];

(*)2 Первая цифра (в числителе) определяет параметр воздухораспределительного устройства при рабочем ходе поршня, вторая (в знаменателе) – при обратном ходе поршня.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

Методические указания по выпускной квалификационной работе

для студентов специалности 170100

 

 

Санкт-Петербург

УДК 622.232.6(075.83)

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК: Методические указания для выпускной квалификационной работы / Санкт-Петербургский горный ин-т. Сост.: К.П.Хмызников, Ю.В. Лыков. СПб, 2003. 40 с.

 

Содержит методику уточненного расчета параметров ударных механизмов пневматических бурильных головок. Расчет производится по периодам, на которые делится ход поршня – ударника. Для определения скорости и времени перемещения поршня для каждого периода составляются дифференциальные уравнения и конечной целью расчета является определение скорости поршня в момент удара (соответственно энергии удара) и суммарного времени перемещения поршня (частоты ударов). Анализируя результаты расчета, появляется возможность внесения конструктивных изменений в бурильную головку, что, в свою очередь, повышает эффективность ее работы.

Методические указания предназначены для студентов, выполняющих работы по дисциплине “Научные основы проектирования и эксплуатации горных машин“ по направлению 551800 “Технологические машины и оборудоване“, а также используются при выполнении специальной части дипломных проектов по буровому оборудованию.

 

Табл.3. Ил.9. Библиогр: 5 назв.

 

Научный редактор проф. И.П. Тимофеев

 

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2003 г.

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на буровых станках и бурильных установках большое распространение нашли бурильные головки ударно-вращательного и вращательно-ударного действия. Основными узлами этих головок являются ударный и вращательный механизмы, передающие буровому инструменту ударную нагрузку и крутящий момент

На рис.1 представлена бурильная головка ударно – вращательного действия – перфоратор типа ПК-75.

Наиболее точным теоретическим методом расчета таких основных параметров ударного механизма как энергия и частота ударов поршня-ударника является разделение рабочего цикла перемещения поршня на определенные периоды, отличающиеся друг от друга открытием тех или иных впускных или выхлопных окон цилиндра ударного механизма [1,2,5]. В каждом расчетном периоде на поршень действуют соответствующие усилия. Для определения скорости и времени перемещения поршня для каждого периода составляются дифференциальные уравнения движения поршня и конечной целью расчета является определение скорости поршня в момент удара (соответственно и энергии удара) и суммарного времени перемещения поршня (соответственно частоты ударов).

Расчет начинают с момента удара поршня по хвостовику бурового инструмента, так как это положение строго фиксировано в конструкции бурильной головки. Предварительно рассчитываются коэффициенты сопротивлений воздухораспределительного устройства, подводящих и выхлопных каналов подачи сжатого воздуха в цилиндр ударного механизма. Предлагаемый метод расчета громоздок особенно если параметры рассчитываются в функциональной зависимости от переменного давления воздуха в шахтной сети, требует больших математических вычислений и поэтому практически становится крайне затруднителен.

Целью данной работы является применение указанного метода расчета ударных механизмов в компьторной форме, что позволит практически без больших затрат времени определять основные параметры ударного механизма в зависимости от подводимого к бурильной головке давления сжатого воздуха. Кроме того, результаты расчетов позволяют произвести анализ эффективности данной конструкции ударного механизма для заданных горных условий и, варьируя исходные параметры схемы, изменять некоторые конструктивные параметры бурильной головки с целью повышения ее эксплуатационных возможностей.