Повышение надежности и долговечности бурильных горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ГОРНЫЕ МАШИНЫ

© Л.Н. Гильянова, 2001

УДК 622.233.5+62-762.62

Л.Н.Гильянова

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ БУРИЛЬНЫХ ГОРНЫХ МАШИН

О

сновные критерии степени совершенства бурильных машин - производительность, надежность,

долговечность, энергоемкость.

Для повышения эксплуатационной скорости бурения необходимо обеспечить высокую эффективность процесса бурения, зависящую в большой степени от наличия производительной, удобной в эксплуатации, дешевой и надежной бурильной техники.

Важную роль при решении задач повышения эффективности буровых работ может иметь исследование влияния зазоров трущихся пар пневмоударного механизма на эксплуатационные характеристики машины. Увеличение зазоров между поршнем и цилиндром до максимально доРис. 1. Номограмма для определения основных эксплуатационных показателей пневмоударника П1-75 в зависимости от величины диаметрального зазора 8о между поршнем и цилиндром

пустимых приводит к снижению скорости бурения до 65-70 % от первоначальной величины,

уменьшению энергии единичного удара, ударной мощности и эффективного КПД (в среднем на 30 %). Расход воздуха достигает 145 % от первоначального значения. С

ростом зазоров сокращается длина хода поршня-ударника, уменьша-

ется предударная скорость, падают мгновенные значения давлений в камерах прямого и обратного ходов.

Анализ наиболее распространенных и описанных в технической литературе, отечественных стандартах, патентах и каталогах зарубежных фирм конструкций уплотнений [1] позволяет сделать выводы о перспективности применения лабиринтных уплотнений.

В Северо-Кавказском Государственном технологическом университете проведены теоретические и экспериментальные исследования различных типов лабиринтных уплотнений для герметизации цилиндропоршневой группы пневматических машин.

Эксперименты проводились в несколько этапов:

• исследование различных типов лабиринтных уплотнений на моделях цилиндропоршневой группы;

• испытание реальной буровой машины с герметизированным поршнем на полномасштабном стенде в лабораторных условиях;

• промышленные испытания разработанных лабиринтных уплотнений, выполненных на порш-не-ударнике колонкового перфоратора ПК-75, установленного на бурильной установке УБШ-532Д, в забоях шахты № 57 Восточно-Жезказганского рудника;

• технико-экономическое моделирование эффективности лабиринтных уплотнений с учетом

комплекса параметров горнодобывающего производства.

В результате проведенных исследований получены теоретические и экспериментальные зависимости, позволяющие сделать определенные выводы.

1. Лабиринтные уплотнения эффективной формы имеют высокий гидравлический коэффициент сопротивления, а их оптимальные параметры могут определяться величиной диаметрального зазора цилиндропоршневого соединения.

2. Улучшение герметизации цилиндропоршневого соединения приводит к перераспределению энергии сжатого воздуха в рабочих полостях горных машин.

3. Лабиринтные уплотнения обеспечивают повышение энергии удара и скорости бурения за счет уменьшения давления в камере холостого хода при рабочем ходе поршня; согласно результатам промышленных испытаний, время бурения одного метра шпура снижается на 7 % (максимально на 18 % - вертикально ориентированный забой).

4. Лабиринтные канавки, выравнивая давление в кольцевом зазоре, способствуют центрированию поршня в цилиндре и значительно снижают силу трения; по данным экспериментов, применение канавок, нарезанных на поршне, привело к снижению силы трения на 98 % по с сравнению с силой трения поршня, не имеющего канавок.

5. Лабораторные уплотнения позволяют увеличивать предельно допустимый зазор в соединении до двух раз и, тем самым, повышают долговечность цилиндропоршневой группы машины.

6. Эффективность работы лабиринтных уплотнений возрастает с увеличением срока эксплуатации бурильных машин.

7. Большие перепады давления улучшают работу уплотнений.

8. Лабиринтные канавки уменьшают опасность заклинивания поршня при работе на загрязненной среде.

Таким образом, высокая герметичность, низкие потери на трение, надежность и долговечность в работе, минимальные затраты на трение делают перспективным применение лабиринтных уплотнений в современных горных машинах.

В результате проведенных экспериментальных исследований получены закономерности, позволяющие приступить к проектированию и расчету лабиринтного уплотнения, способного создавать наиболее высокое гидравлическое сопротивление потоку. На предлагаемые уплотнения получен патент РФ на изобретение [2].

Разработана методика расчета оптимальных параметров лабиринтных уплотнений для поршней-ударников по условию наибольшей герметизации [3]. Практическое применение методики позволяет проектировать конструкции поршней-ударников, обладающих повышенной герметичностью и износостойкостью, что обеспечивает увеличение ударной мощности и долговечности ударных машин при небольших материальных затратах. Оптимальные размеры лабиринта определяются величиной максимально-

допустимого зазора между поршнем и цилиндром. На рис. 1 представлена номограмма для сравнения основных эксплуатационных параметров пневмоударника П1-75 с гладким поршнем и с герметизированным поршнем в зависимости от величины диаметрального зазора. Так, при зазоре в цилиндропоршневом соединении §0 = 0,15 мм основные показатели для пневмоударника с гладким поршнем составляют: энергия

удара А = 38 Дж, скорость бурения Vбyp = 0,5 мм/с; для машины с герметизированным поршнем А = 68 Дж, vбур = =0,92 мм/с при крепо-

сти породы / = 12 по шкале М.М. Протодьяконова. Напоро-удержание герметизированного поршня (величина Ар2 по рис. 1) достаточно высокое и превышает величину давления подводимого сжатого воздуха 0,5 МПа, следовательно, имеющаяся тенденция к повышению величины магистрального давления пневматических бурильных машин увеличит технико-экономи-ческую эффективность лабиринтных уплотнений. Возможно выполнение лабиринтных канавок на уже изношенных поршнях машин (заточенными по профилю твердосплавным резцом или шлифовальным камнем) с целью их повторного использования, так как гидравлическое сопротивление такого поршня будет близко к сопротив-

лению нового неизношенного поршня.

Область применения разработанных лабиринтных уплотнений может быть достаточно широкой: в горной промышленности, строительно-дорожной промышленности и других отраслях, где предъявляются повышенные требования к надежности и долговечности. Предлагаемые лабиринтные уплотнения имеют высокий коэффициент сопротивления и могут использоваться для улучшения герметичности цилиндропоршневого соединения практически всех существующих гидро- и пневмоударных машин, а также при проектировании новых конструкций. Это позволит улучшить технико-

экономические показатели ма-

шин при минимальных матери- альных затратах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никитин Г.А. Щелевые и лабиринтные уплотнения 3. Гильянова Л.Н. Методика расчета лабиринтных уп-

гидроагрегатов. - М.: Машиностроение, 1982. лотнений. - Владикавказ, «Терек», 1998.

2. Патент РФ № 2038474, кл. МПК7 Е 21 С 3/04,

3/24. Перфоратор / Гильянова Л. Н., Климов Б. Г., Уру-мов С. Т. и др. - Опубл. 27.06.95. Бюл. № 18.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

СТ

Гильянова Людмила Николаевна - кандидат технических наук, Северо-Кавказский государственный технологический университет, г. Владикавказ.