к.т.н., доцент Магавин С.Ш.

Казахский Агротехнический университет им.С.Сейфуллина, Казахстан

Определение режимных параметров буровых установок со шнековыми рабочими органами

В технологическом комплексе работ современного строительного производства, например, при устройстве свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений, строительстве путепроводов других объектов все большее распространение получает технология строительства с применением бурения скважин. Параметры строительных скважин в зависимости от назначения изменяются в широких пределах: по глубине от 2 до 30 м и по диаметру от 0,3 до 1,2 м. Этим обусловлено появление большого разнообразия конструкций бурильных, бурильно-крановых машин и оборудования, создаваемых и выпускаемых серийно специализированными машиностроительными предприятиями, а также в ограниченном количестве различными организациями для собственных нужд. Дальнейшее развитие технологий строительного производства с применением буровых работ определяет необходимость создания строительной бурильной техники соответствующего типоразмера и значительного расширения масштабов ее производства [1].

Известны также буровые установки со шнековыми рабочими органами типа БУК-600 и СО-2, предназначенные для бурения скважин в связных грунтах диаметром 0,4-0,6 метров и глубиной до 15 метров с непрерывной выдачей грунта на поверхность. Такого рода скважины применяется для устройства набивных свайных фундаментов. Простота в технологии и экономичность в капитальных затратах в свое время явились основанием для широкого использования набивных свайных фундаментов в строительстве, а буровая установка БУК-600 серийно выпускалась Павлодарским ремонтно-механическим заводом.

Навесное оборудование БУК-600 легко монтируется на кранах-экскаваторах типа Э-1252Б, РДК-25, Э-10011, сваебойных копрах С-878 и др. и состоит из трубчатой колонны, вращателя, распорной балки, шнекового рабочего органа и грунтоотборщика. Колонна шарнирно крепится к верхнему концу стрелы крана-экскаватора. Нижняя часть колонны соединена распорной балкой с платформой. Для установки вертикальности колонны на распорной балке имеются винтовые домкраты. По направляющим колонны перемещается вращатель представляющий собой каретку с мотор-редуктором МР2-1600, выходной вал которого через шарнирную муфту соединен со шнековым рабочим органом. Вращатель через обводные блоки колонны полиспастной системой соединен с грузовой лебедкой крана-экскаватора [2].

Процесс бурения скважины шнековым рабочим органом заключается в следующем. Под воздействием осевого усилия, создаваемого шнеком и приводом подачи, а также крутящего момента от вращателя происходит разрушения грунта забоя. Разрушенный грунт перемещается на винтовую поверхность шнека и по мере наполнения подается на поверхность .

Разрушение при бурении скважин большого диаметра характеризуется рядом особенностей; основными из которых являются: движение резцов по окружности; различный по длине путь, проходимый каждым резцом, и, как следствие этого, различная ширина площадок износа; кроме того в зависимости от расстояния до оси вращения, переменный угол наклона траектории движения резцов к горизонтали; наличие в призабойной постоянной по величине массы волочения грунта.

Основными режимными параметрами, которые необходимо определить при конструировании шнекового рабочего органа являются: крутящий момент необходимый для вращения долота и шнекового транспортера,осевое усилие действующее на долото [3].

Крутящий момент М_б, прилагаемый к шнековому рабочему органу можно определить, как сумму моментов

, (1)

где М₁ – величина крутящего момента, затрачиваемого на разрушение грунта забоя;

М₂ – крутящий момент, затрачиваемый напреодоление сил трения между торцом долота и грунтом забоя;

М₃ – величина крутящего момента, затрачиваемого на преодоление сил сопротивления, вызванных перемещением разрушенного грунта по шнеку и на преодоление сил сопротивления, вызванных увеличением осевой нагрузки за счет поступления разрушенного грунта на шнек;

М₄ – величина крутящего момента, затрачиваемого на преодоление сил сопротивления, вызванных силами трения между разрушенным грунтом и стенками скважины.

Осевая нагрузка действующая на долото состоит из следующих слагаемых:

=++, (2)

где - вес шнека;

- вес грунта на шнеке;

- усилие подачи.

Анализ слагаемых зависимости (1) показывает, что крутящий момент, затрачиваемый при бурении скважины является функцией переменных: осевой нагрузки Q и текущей глубины бурения Х, т.е. можно записать как:

= (3)

где , - постоянные коэффициенты .

Таким образом, достижение максимальной нагрузки по крутящему моменту, а значит и получение наибольшей скорости бурения скважины возможно посредством изменения текущего значения осевой нагрузки Q. Изменение значения осевой нагрузки Q возможно посредством регулирования усилия подачи . В начальный момент бурения =0 или имеет положительное значение. По мере увеличения глубины бурения Х в следствие возрастания веса грунта на шнеке возникает необходимость уменьшения значения усилия подачи или же изменения его направления, так как крутящий момент ограничивается установленной мощностью вращателя.

Литература :

1. Борисович В.Т., Зеленцов Р.В., Чуносов В.В., Бурение скважин большого диаметра .- М.: Изд. "Недра", 1977. - 216 с.

2. Харченко В.В. Перспективы создания бурильного оборудования для устройства набивных свай. В сб. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / М.Ю.Абелев, А.А. Ильичев, С.В. Ухов и др, Под ред. М.Ю.Абелева. – М.: Стройиздат, 1986. - 104с.

3. Технология, организация и комплекснаям механизация свайных работ /Н.В.Войко, А.С.Кадыров, В.В. Харченко, В.Н. Щелконогов, Под общ.ред. Н.В.Бойко. – М.Стройиздат, 1985. - 303с.