Цуканов, А. Г.

Чирьев, В. И.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТ О М С К О Г О  О Р Д Е Н А  О К Т Я Б Р Б С К О Й  Р Е В О Л Ю Ц И ИИ  О Р Д Е Н А  Т Р У Д О В О Г О  К Р А С Н О Г О  З Н А М Е Н ИП О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О  И Н С Т И Т У Т А  им. С. М. К И Р О В АТом 224 19764К ВОПРОСУ ОБ УПРУГОМ П ЕРЕМ ЕЩ ЕНИИ УДЛИ Н ЕН Н О Й  ШТАНГИ ПРИ П РО ДО ЛЬНО М  УДАРЕПри ударном бурении энергия, необходимая для разрушения опре­деленного объема горной породы, передается на забой через став бу­рильных штанг в виде ударного импульса. При прохождении через став часть энергии импульса теряется [1, 2, 3, 6] и на разрушаемый объем породы передается только часть энергии удара. В процессе передачи энергии удара существенную роль играет поведение става штанг как промежуточного упругого звена ударной системы. Теоретические иссле­дования по данному вопросу не дают пока что приемлемого решения задачи и показывают на необходимость экспериментальных исследова­ний. В лабораторных исследованиях, результаты которых приводятся ниже, было рассмотрено влияние на поведение става штанг при соуда­рении таких параметров, как длина става, размеры и геометрия удар­ника, тип разрушающего инструмента.Эксперименты проводились на установке, состоящей из става штанг, из круглой буровой стали, маятника с переменным ударником, приня­тым за источник энергии удара разрушающего инструмента (долотча­той коронки, наконечника с вмонтированным стальным шариком), и эта­лонных брусков из стали 30, которые приняты в качестве среды, погло­щающей энергию удара, передаваемую по ставу штанг. Штанги рас­полагались горизонтально, соединение штанг осуществлялось муфтами в торец.Экспериментальная установка включала специально разработанную и изготовленную на кафедре регистрирующую и измерительную аппа­ратуру. Перемещение штанг и инструмента замерялось фотоэлектрон­ным датчиком перемещения, выходная величина с которого подавалась на вход осциллографа С1-8А.Время контакта ударника со ставом и става со средой, поглоща­ющей энергию, регистрировалось датчиком времени контакта.Исследуемые параметры представлены так:А. Г. ЦУКАНОВ, В. И. ЧИРВЕВ(Представлена научным семинаром кафедры теоретической механики)Вес ударника ............................Длина у д а р н и к а .......................Скорость удара .......................Энергия единичного удара .Диаметр штанг .......................Длина става .................................Диаметр долотчатой коронки Угол заточки лезвия коронкикг  13,11; 13,36м м  450; 220м/сек  2,08; 3,05к гм  2,87; 2,92; 6,17; 6,31м м  6,3132м  325^-26м м  5-S-2642град  42115UДиаметр стального шарика . мм  12,7Количество м у ф т .......................  иіт. 1-стбРезьбовое соединение . . . .  МЗ ОНиже приводятся некоторые результаты исследования перемеще­ния става под действием единичного удара.На рис. 1 приведены осциллограммы перемещения инструмента при переменной длине става; при этом удар осуществлялся ударником дли­ною' 220 мм, со скоростью в начальный момент ударного контакта3,05 м/сек  и энергией удара 6,31 кгм.Рис. 1. Длина става: 1 — 5,5 м, 2 — 10,5 м;3— 15,5 м; 4— 20,5 м; 5—25,5 м. Инструмент: а)  ко­ронка; б) наконечник с шариком; в) наконечник с шарикомИз приведенных на рис. 1 осциллограмм следует, что, например, для става длиной 15,5 м внедрение инструмента в среду, поглощающую энергию (стальной образец), происходит за время 2,5—3 м/сек, а мак­симальное время движения става в направлении удара достигает вели­чины 9 м/сек. Однако ярко выраженной закономерности изменения глу­бины внедрения инструмента при изменении длины става не обнару­жено. Следует отметить, что для всех длин става характерно повторное перемещение инструмента в направлении удара. И только после этого 4повторного перемещения следует отскок става от разрушаемой среды.На рис. 1,0 сопоставлены осциллограммы перемещения и времени ударного контакта. Верхняя осциллограмма показывает время контакта12ударника со ставом, при этом верх­ний уровень соответствует контакту ударника с хвостовиком, средний — соответствует одновременному кон­такту ударника, штанги и разруша­емой среды, а нижний соответству­ет контакту штанги только с разру­шаемой средой. Из рис. 1, в следует, что повторное движение става в на­правлении удара совпадает по вре­мени с повторным соударением ударника с хвостовиком става; от­скок става носит периодический .(ступенчатый на осциллограмме) характер, что вызвано многократ­ным прохождением и отражением ударного импульса напряжения от ,инструмента и хвостовика става.На рис. 2 представлены осцил­лограммы упругих перемещений ма­териала штанг, фиксированных в различных поперечных сечениях по длине става.При этом рассмотрены два ви­да граничных условий:а) став контактирует со средой во время удара посредством корон­ки;б) конец става наконечника жестко защемлен.Из рассмотренных осцилло­грамм следует, что поперечное се­чение, фиксированное в разных точ­ках по длине штанги, приходит в движение после начала удара поистечении времени t =  — , где I —CLS AWWоUOfiOfiOfiOfi- fЛ -----4 гЛк  -Ч~ГN / Л4Ла12т20 мс er1*\VЧА——лI/! ——.8 12 20 мсекРис. 2. Перемещение поперечных сече­ний, фиксированных по длине штанги на расстоянии от ударника: 1 — 0,5 м;2 — 10,5 м; 3 — 20,5 м; 4 — 25 м\ об­щая длина штанги — 25,5 мрасстояние данного сечения от хво­стовика; а — скорость звука в стали.Сопоставляя осциллограммы пе­ремещения поперечных сечений ста­ва, полученные для случая жесткого защемления конца, с осциллограм­мами, когда имело место внедрение коронки в среду, поглощающую энергию удара, можно определить величину перемещения фиксирован­ного сечения става, вызванное продвижением ударного импульса напря­жения, а также и величину указанного внедрения. Так как величину внедрения можно получить непосредственным замером, например, ин­дикатором часового типа, то было проведено контрольное сравнение величин внедрения полученных индикатором и полученных из осцилло­грамм. Разница в числовых значениях не превышала 10%. Представляет определенный интерес сопоставление ,величин перемёщения, полученных в разных точках по длине штанги. Так, например, перемещение в на­правлении удара торцевого сечения хвостовика и сечений, достаточно близко расположенных к нему, примерно на 50% больше перемещения13торцевого сечения у коронки. Это объясняется упругой деформацией ма­териала штанг, динамической податливостью упругого става и возмож­ным продольным изгибом [4]. Наибольшее значение перемещения хвос­товика соответствует длине става 15,5 м . Результаты проведенных экс­периментов представляют определенный интерес при конструировании бурильных машин ударного действия. В качестве примера рассмотрим вопрос о продолжительности перемещения бурильных штанг. В литера­турных источниках [5] утверждается, что перемещение става прекра­щается ко времени прихода второго, третьего отраженных ударных им­пульсов напряжений, и, следовательно, став, как промежуточное звеноударной системы, не оказывает влияния на режим работы бурильной машины.Для анализа этого важного для прак­тики вопроса рассмотрим рис. 3, где при­ведены осциллограммы перемещения ста­ва длиной 25,5 м при соударении его с ударником цилиндрической формы дли­ной 220 м.Предположим, что длина става 25 м, тогда в соответствии с ранее высказан­ным утверждением движение става после очередного соударения с ударником должно прекратиться через 20—25 м/сек; далее, если принять частоту ударов рав­ной 3000 в минуту, то через каждые 20 м/сек ударник будет наносить удар по хвостовику става, который к началу со­ударения прекратит свое движение. Ана­лиз осциллограмм на рис. 3,а показывает, что став к началу очередного соударения с ударником не находится в покое, про­должительность его перемещения состав­ляет 220 м/сек, и, следовательно, к на­чалу очередного соударения став будет перемещаться навстречу рабочему ходу ударника, и, конечно, повлияет на общий режим ударной системы.Дальнейший анализ экспериментальных данных показывает, что для обеспечения эффективного бурения ударным способом необходимо частоту ударов бурильной машины выбирать в соответствии с длиной става.ЛИТЕРАТУРА1. Р о б е р т с ,  Х у к с ,  Ф а р б и .  Передача энергии при ударном бурении. Экспресс- информация. «Горнодобывающая промышленность», № 2, 1963.2. А. Г. Ц у к а н о в .  О потерях энергии удара в удлиненных штангах. Известия вузов, «Горный журнал», № 10, 1965.3. К. И. И в а н о в ,  В. Д.  А н д р е е в .  К расчету напряжений при ударном буре­нии. Сб. «Взрывное дело», № 56/13, «Недра», 1964.4. К. И. И в а н о в ,  В. Д.  А н д р е е  в. Забойные процессы и энергоемкость разру­шения горных пород при бурении. Сб. «Взрывное дело», № 56/13, «Недра», 1964.5. К. И. И в а н о в ,  М.  И.  Е р м о л е н к о ,  В.  И.  Д  у с е в, В.  Д.  А н д р е е в .  Тех­ника бурения, «Недра», 1966.6. С. T а к а о к а. Отражение упругих волн в, стыковых соединениях буровой штан­ги. Перевод с японского, ВИНИТИ, 1963.* SO т  150 200 НОмсеіРис. 3. Перемещение хвосто­вика става длиной 25,5 м, энергия удара — 6,31 кгм: а) став снабжен коронкой; б) став жестко защемлен

К вопросу об упругом перемещении удлиненной штанги при продольном ударе

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University