Конструктивные схемы вращательно-подающих механизмов

Тема. Рабочие механизмы буровых станков. Режимы бурения и производительность буровых станков

Конструкция вращательно-подающего механизма (ВПМ) определяет принципиальные различия моделей станков (вне зависимости от, их типа), диапазоны изменения частот вращения и подачи инструмента, величины осевых нагрузок, крутящих моментов, а также длительность вспомогательных операций по приведению бурового става в рабочее положение (свинчивание-развинчивание става) и его подъему после окончания бурения скважины.

В зависимости от силовой схемы нагружения става привод вращения может размещаться внизу (на платформе) или наверху (на подвижной каретке бурового става).

По характеру нагружения штанги осевым усилием различают схемы с нижним приложением нагрузки (обычно осуществляемым патроном) и с верхним, действующим на всю длину штанги.

В настоящее время как на отечественных, так и на зарубежных станках шарошечного бурения применяют ВПМ шпиндельного, патронного или роторного типа. Наиболее распространенным типом ВПМ являются шпиндельный с канатной или цепной системой подачи, а также комбинированный, состоящий из гидроцилиндров с канатной или цепной системой подачи.

Вращатели всех буровых станков по принципу действия одинаковы и состоят из двигателя и редуктора.

Применяют две конструктивные схемы буровых станков с точки зрения устройства вращателя. В одной из них вращатель вместе с буровым снарядом перемещается вниз по мере углубления скважины (шпиндельная схема), в другой — вращатель неподвижен, а вместе с буровым снарядом перемещается гидропатрон (патронная схема) или напорная траверса (роторная схема).

По первой схеме работают станки вращательного, пневмо-ударного и термического бурения, по второй — станки шарошечного бурения, где ход подачи ограничен (2СБШ-200-32; 4СБШ-200-40; ЗСБШ-200-60).

На вращателях применяют, электродвигатели переменного и постоянного тока или гидродвигатели. Последние два типа двигателей (постоянного тока и гидравлические) позволяют непрерывно регулировать частоту вращения инструмента и работать на всех породах с оптимальным режимом.

В случае применения асинхронного двигателя обычно ис пользуют двух- и многоскоростные редукторы.

Механизм подачи. Различают гравитационные, зубчато-реечные, канатные, винтовые, дифференциально-винтовые, поршневые (пневматические и гидравлические) и комбинированные механизмы подачи.

Гравитационные механизмы, в которых подача создается под воздействием весов бурового снаряда и вращателя, применяют на станках вращательного бурения, работающих по слабым породам, где не требуется больших усилий подачи, а также на станках комбинированного бурения и ударно-канатных. Гравитационные механизмы, простые и надежные в работе, состоят из лебедки для подъема вращателя и направляющих, по которым перемещается вращатель. При усилиях подачи свыше 50 кН эти механизмы практически неприменимы, так как сильно увеличивают массу станка и размеры подъемной лебедки. Гравитационные механизмы подачи не пригодны также для станков, бурящих горизонтальные скважины или наклонные под небольшим углом к горизонту.

Зубчато-реечные механизмы подачи обычно состоят из двух зубчатых реек и входящих с ними в зацепление шестерен. Вал шестерен и их привод установлены на вращателе, а рейки — на раме станка. Вращение шестерен вызывает перемещение вращателя и бурового снаряда.

В канатных механизмах подачи канат (иногда цепь), навиваясь на барабан, подает буровой снаряд на забой. Применяются канатные механизмы на колонковых перфораторах и станках. Достоинство этих механизмов — простота устройства и возможность получения большого хода подачи, без перехвата инструмента.

Винтовые механизмы подачи, применяемые на колонковых перфораторах, состоят из гайки, скрепленной с корпусом молотка, и винта установленного на направляющих. Небольшой пневматический двигатель через редуктор вращает винт, подавая молоток на забой.

Дифференциально-винтовые механизмы подачи применяются на колонковых сверлах.

Пневматические поршневые механизмы подачи при меняются на телескопических и колонковых перфораторах и буровых станках, работающих с пневмоударниками, т. е. в тех случаях, где не требуется особенно больших усилий подачи. Пневматические механизмы подачи просты по устройству, надежны в работе, малочувствительны к утечкам воздуха. При больших усилиях подачи (порядка нескольких десятков кило-ньютонов) применяют гидравлические поршневые механизмы подачи.

Цепные механизмы подачи представляют собой бесконечную втулочно-роликовую цепь через ведущие звездочки, перемещающую каретку вращателя по направляющим. Данная конструкция наиболее универсальна, пригодна для всех типов станков при любых условиях подачи.

Комбинированные механизмы подачи представляют собой сочетание канатных или цепных систем с поршневыми. Поршневые системы могут быть как с пневматическими, так и с гидравлическими цилиндрами.