Система формирования силовых импульсов на буровых установках для разрушения пород различной крепости

УДК.622.23.05

© М.В. Цыганкова, 2013

СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ ИМПУЛЬСОВ НА БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОД РАЗЛИЧНОЙ КРЕПОСТИ

Рассмотрена перспектива развития ударных машин. Приведен фактор производительности процесса бурения. Представлена модель гидроимпульсного механизма, которая может быть использована для станков вращательного действия в качестве источника (генератора) силовых импульсов, направленных на забой скважины.

Ключевые слова: формирование силовых импульсов, ударные машины, гидроимпульсный силовой механизм.

Анализ эффективности применения различных способов бурения показывает, что в настоящее время и в горнодобывающей промышленности и во многих других областях промышленности большое место занимает ударные машины. Перспективы конструирования, экспериментальные и теоретические исследования принципиальных схем механизмов ударного действия свидетельствуют о возможности совершенствования существующих и разработки новых машин этого типа.

Одним из направлений совершенствования ударных машин является повышение ударной мощности, таких ее составляющих как энергия удара и частота. По ряду данных, резерв повышения скорости и производительности бурения состоит в создании таких параметров ударного импульса, которые способствовали увеличению и более полной передаче мощности от генератора импульса к забою.

Формирование импульса силы с необходимыми выходными параметрами возможно безбойковым гидроимпульсным силовым механизмом, рассмотренным в работе. [1]

Исследования этого механизма показали большие возможности для регулирования формирующегося импульса. Как известно для разрушения различных пород необходим определенный си-

ловой импульс, обладающий конкретными параметрами. Данный механизм в связи с имеющимися конструктивными особенностями, может изменять параметры формирующегося импульса, за счет незначительных изменений в конструкции.

Стабильный режим работы механизма - зарезонансный, позволяющий максимально использовать имеющие возможности системы [2-7]. На рис.1. представлены осциллограммы, показывающие импульс и движение активной массы при работе механизма. Задавая значение активной массы т и частоты вынужденных колебаний плунжера гидропульсатора, можно рассчитать среднюю жесткость системы, а затем подобрать соответственно жесткость пневмо- и гидропружин. Согласно экспериментам, за счет изменения частоты вынужденных колебаний можно добиться существенного улучшения параметров силовых импульсов применительно к разрушению горных пород.

Известно что для более полного использования энергии силового импульса, он должен иметь относительно пологий передний фронт и резко ниспадающий задний. В этом отношении гид-роимпульсынй механизм формирует импульсы по форме более близкие к идеальным, чем обычные ударные механизмы бурильных машин.

Исследования показали, что минимальная длительность импульса давления 5-10"3с, по сравнению с существующими ударными узлами, на порядок выше. Данная длительность импульса, сформированного гидроимпульсным механизмом, обладает энергией 130 Дж при максимальном значении силы в 40 кН. Для сравнения у современного погружного гидроударника ГУ 76 СО, разработанного ИГД СО РАН, г. Новосибирск энергия импульса составляет 120 Дж [3].

Создаваемые импульсы силы обладают высокими параметрами, и могут быть использованы для буровых установок для разрушения различных пород разной крепости. В связи с конструктивными особенностями, рассмотренный механизм может найти применения для различных установок, где необходимо применение импульса силы.

Рис. 1. Осциллограммы при усилиях подачи Г: 1) 5,4; 2) 9,0 кН. Верхняя кривая - силовые импульсы в бурильной трубе; нижняя - перемещений активной массы гидроимпульсного силового механизма. Частота: а) 24; б) 50 Гц

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цыганкова М.В., Саруев Л.А. Исследование математической модели гидроимпульсного силового механизмам. Сб. трудов «XVII Международный научный симпозиум имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр»»

2. Саруев Л.А., Зиякаев Г.Р., Пашков Е.Н. Математическое моделирование гидроимпульсного механизма бурильных машин. // Горный информационно-аналитический бюллетень, №5,М: Горная книга, 2011, С. 26-31.

б

а

б

а

3. Липин А.А., Танайно А.С., Тимонин В.В. Современные погружные машины для бурения скважи. Горная техника: Каталог_справочник. - СПб.: ООО «Славутич», 2006. - С. 116-123.

4. Пашков Е.Н., Зиякаев Г.Р., Кузнецов И.В. Дифференциальные уравнения процессов гидроимпульсного силового механизма бурильных машин / Пашков Е.Н., Зиякаев Г.Р., Кузнецов И.В. // Приволжский научный вестник. - 2013. - № 4 (20). - С. 32-36.

5. Патент на ПМ 133152 РФ. МПК7 Е02Б 7/10. Гидроимпульсная сваебойная машина / Е. Н. Пашков, Г. Р. Зиякаев, П. Г. Юровский, А. В. Пономарев. Опубл. 10.10.2013 г.

6. Зиякаев Г. Р., Саруев Л. А., Мартюшев Н. В. Математическое моделирование гидроимпульсного механизма бурильных машин // В мире научных открытий. - 2010. - № 6.3 (13) - С. 61-65.

7. Пашков Е. Н., Саруев Л. А., Зиякаев Г. Р. Математическое моделирование гидроимпульсного механизма бурильных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 5 -С. 26-31.