БЕЗБОЙКОВЫЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ МАШИН

УДК 62-82
БЕЗБОЙКОВЫЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ
МАШИН
Цыганкова М.В.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет»
Томск, Россия
Аннотация. Рассмотрена безбойковая силовая импульсная гидравлическая система, описан
принцип ее работы, приведена принципиальная схема. Новая система может быть
использована при создании новых бурильных машин с гидроприводом для интенсификации
процесса разрушения горных пород.
Ключевые слова: Гидроимпульсный силовой механизм, импульс, рукав высокого
давления, безбойковый гидроимпульсный механизм.
WITHOUT HAMMER THE SHOCK MECHANISM FOR ROCK-DRILLING
MACHINES
Cygankova M. V.
National Research Tomsk Polytechnic University
Tomsk, Russia
Annotation The following article considers the of hydraulic power pulse system. The offered
mechanism is described in detail and a schematic diagram is given. This system can be used for
designing new hydropower rock-drilling machines to intensify the process of drilling.
Key words: hydraulic power pulse systems, pulse, high pressure sleeve, hydropower rock-drilling
machines.
Анализ эффективности применения различных способов бурения показывает, что в
настоящее время и в горнодобывающей промышлености и во многих других областях
промышленности большое место занимает ударные машины. 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]
Принципиальная схема механизма представлена на Рис.1.
Рис.1. Принципиальная схема гидроимпульсного силового механизма, где 1 – корпус
гидроцилиндра с активной массой, 2 – плунжер,3 – рукав высокого давления, 4 – поршень, 5 –
бурильный инструмент, 6 – разрушаемая порода
Создаваемые импульсы формируются следующим образом. При движение плунжер
совершает возвратно-поступательное движение, при этом создаются импульсы давления
жидкости, которые передаются в гидроцилиндр. Так как гидроцилиндр поджат упругой
силой, происходит его раскачка вместе с инерционной массой m. При этом происходит
периодическое преобразование кинетической энергии массы m в потенциальную энергию
деформированной системы жидкости и рукава – повышению давления в системе и обратно.
При режиме работы системы близкого к резонансному, возникают импульсы давления
значительной величины, которые через поршень и буровую штангу передаются на
обрабатываемую среду. [2]
Стабильный режим работы механизма – зарезонансный, позволяющий максимально
использовать имеющие возможности системы. На рис.2. представлены осциллограммы,
показывающие импульс и движение активной массы при работе механизма. Задавая значение
активной массы m 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. [3]
Известно что для более полного использования энергии силового импульса, он
должен иметь относительно пологий передний фронт и резко ниспадающий задний. В этом
отношении гидроимпульсынй механизм формирует импульсы по форме более близкие к
идеальным, чем обычные ударные механизмы бурильных машин.
а)
б)
а)
б)
Рис.2. Осциллограммы при усилиях подачи F: 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
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.
Исследования этого механизма показали большие возможности для регулирования
формирующегося импульса. Как известно для разрушения различных пород необходим
определенный силовой импульс, обладающий конкретными параметрами. Данный механизм
в связи с имеющимися конструктивными особенностями, может изменять параметры
формирующегося импульса, за счет незначительных изменений в конструкции
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.
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 информационноаналитический бюллетень, №5,М: Горная книга, 2011, стр. 26-31
3. . Цыганкова М. В. Применение рукава высокого давления как генератора импульсов //
Наука и образование в XXI веке: сборник научных трудов по материалам
международной научно-практической конференции: в 34 т., Тамбов, 30 Сентября
2013. - Тамбов: Бизнес-Наука-Общество, 2013 - Т. 22 - C. 153-154