ТИПИ. Динамика процессов при вращательном бурении шпуров. Тема 7

Содержание

Слайд 2

ТЕМА 7 – ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ ШПУРОВ.
- Влияние частоты вращения

ТЕМА 7 – ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ ШПУРОВ. - Влияние частоты
инструмента на процесс бурения.

Слайд 3

Как известно, математические модели динамики машин базируются на преобразованиях уравнения Лагранжа.

Как известно, математические модели динамики машин базируются на преобразованиях уравнения Лагранжа. Применительно
Применительно к бурильной установке БУЭ-1М принятые эквивалентные схемы систем подачи и вращателя согласно ранее выполненным исследованиям можно представить двухмассовыми системами

Рисунок 7.1 – Эквивалентные схемы:
а – системы подачи; б – системы вращателя.

Слайд 4

которые без учета диссипативных потерь описываются следующими уравнениями:

где T, П —

которые без учета диссипативных потерь описываются следующими уравнениями: где T, П —
кинетическая и потенциальная энергия системы; Yб.м, Yи, φш, φи — обобщенные координаты линейных и угловых перемещений масс; РП — усилие подачи; RИ — усилие сопротивления резца внедрению; Мш — момент, развиваемый двигателем вращателя, приведенный к шпинделю; Ми — момент сопротивления на резце.

Слайд 5

Выражения для определения кинетической (Т) и потенциальной (П) энергий системы:

где

Выражения для определения кинетической (Т) и потенциальной (П) энергий системы: где mб.м,
mб.м, mи, Jш, Jи — приведенные к шпинделю и к инструменту массы и моменты инерции; Сп, Ск — приведенные к штанге продольная и крутильная жесткость.

Слайд 6

Значения параметров, входящих в уравнения (7.4), приведены в табл. 7.1 для

Значения параметров, входящих в уравнения (7.4), приведены в табл. 7.1 для бурильной
бурильной установки БУЭ-1М.
Таблица 7.1- Значение параметров для уравнения (7.4) для бурильной установки БУЭ-1М.

Слайд 7

Момент, развиваемый электродвигателем вращателя:

— критический момент, Н·м.

где

Момент, развиваемый электродвигателем вращателя: — критический момент, Н·м. где

Слайд 8

Критическое скольжение

где Sном = 0,02662 — номинальное скольжение; α=1 - для

Критическое скольжение где Sном = 0,02662 — номинальное скольжение; α=1 - для двигателей нормального исполнения.
двигателей нормального исполнения.

Слайд 9

Таблица 7.2 - Значения рассчитанных параметров буровых штанг.

Таблица 7.2 - Значения рассчитанных параметров буровых штанг.

Слайд 10

Остальные значения параметров: согласно методу Рэлея, позволяющего массу штанги представить как

Остальные значения параметров: согласно методу Рэлея, позволяющего массу штанги представить как распределенную,
распределенную, к массе (моменту инерции) шпинделя и к массе (моменту инерции) инструмента необходимо прибавить 1/з массы (момента инерции) штанги.
Тогда, при Lш = 3,5 м, J = 1,271 кг·м2; Jи = 9,5·10-4 кг·м2; mб.м = 216,8 кг; mи = 6,8 кг.

Слайд 11

Использование этого метода весьма трудоемко, так как связано с разработкой сложных

Использование этого метода весьма трудоемко, так как связано с разработкой сложных алгоритмов
алгоритмов и большими затратами машинного времени. Кроме того, аналитические описания последовательности формирования сколов на забое и миграции мгновенной оси вращения резца пока еще не обладают достаточной для адекватного воспроизведения точностью.
Поэтому в расчетной схеме авторами был принят другой подход, основанный на установлении закономерностей процесса формирования нагрузок в целом на резце без влияния на него динамики системы. Суть подхода заключается в том, что для заданной конструкции бурового резца находят зависимости усилия Rи и момента сопротивления Ми от угла поворота φи и описывают их посредством средних, и коэффициентов, учитывающих только динамику процесса разрушения пород буровым резцом:

Слайд 12

7.1. Влияние частоты вращения инструмента на процесс бурения

Экспериментальные исследования были выполнены

7.1. Влияние частоты вращения инструмента на процесс бурения Экспериментальные исследования были выполнены
при бурении мрамора, песчаника, мелкозернистого песчаника, известняка с принудительной и свободной подачами практически острыми и затупленными резцами РП-42, БИ-741А, РУ-13М и РПД-42 на токарном и сверлильном стендах, колонковом сверле ЭБГП-1, которые показали, что при любых условиях при изменениях частоты вращения от 22 до 900 об/мин наблюдался значительный рост усилия подачи при принудительной подаче или значительное снижение подачи на оборот при свободной подаче. Интенсивность изменения крутящего момента от частоты была невысокой, а в ряде случаев отсутствовала.

На следующем слайде приведены типичные графики зависимости частоты вращения инструмента от его подачи при бурении мелкозернистого песчаника и известняка с контактной прочностью Рк = 1500 и 1130 МПа и абразивностью соответственно а = 27 и 1,4 мг.

Слайд 13

Рисунок 7.2 – Зависимости подачи на оборот от частоты вращения инструмента со

Рисунок 7.2 – Зависимости подачи на оборот от частоты вращения инструмента со свободной подачей:
свободной подачей:

Слайд 14

Результаты обработки экспериментальных данных при бурении песчаника с контактной прочностью Рк=

Результаты обработки экспериментальных данных при бурении песчаника с контактной прочностью Рк= 1776
1776 МПа и абразивностью 15,3 мг резцами БИ-741А при усилии подачи, равном 8; 12; 16; 20; 24; 28 кН, представлены на слайде:

Рисунок 7.3 – Зависимость подачи инструмента от усилия подачи Р и частоты вращения n:
1 – n = 90 об/мин.; 2 - n = 155 об/мин.; 3 - n = 280 об/мин.; 4 - n = 435 об/мин.

Слайд 15

Увеличение усилия подачи и крутящего момента с увеличением частоты вращения является

Увеличение усилия подачи и крутящего момента с увеличением частоты вращения является следствием
следствием влияния на физико-механические свойства породы скорости ее разрушения, проведены замеры усилия подачи и силы резания при резании известняка (того же блока породы, что и при бурении на сверлильном стенде) острым стержневым резцом с шириной режущей кромки 8 мм на карусельном станке с толщиной стружки 1 мм. Из построенных по результатам этого эксперимента графиков (рис. 7.4) видно, что при изменении скорости резания в довольно широком диапазоне — от 0,7 до 3 м/с усилие подачи и сила резания остаются практически неизменными.

Рисунок 7.4 – Зависимость усилия резания Рz и усилия подачи Ру от скорости резания νр (известняк Рк = 1130 Мпа, а = 1,4 мг)

Слайд 16

Усилия подачи (Н) при бурении шпуров в зависимости от частоты вращения

Усилия подачи (Н) при бурении шпуров в зависимости от частоты вращения (об/мин) следующие:
(об/мин) следующие:
Имя файла: ТИПИ.-Динамика-процессов-при-вращательном-бурении-шпуров.-Тема-7.pptx
Количество просмотров: 23
Количество скачиваний: 0