Машина для бурения геологоразведочных скважин

Описание

В рамках проекта была разработана буровая установка со шнековым рабочим органом, предназначенная для проведения геологоразведочного бурения скважин на глубину до 30 метров и с диаметром до 180 мм. Установка расположена на шарнирно-сочлененном тракторном шасси "Беларус" с колесной формулой 6x6 и приводом бурового оборудования от двигателя шасси. 

Приведено техническое обоснование и задание на проектирование.

Выполнена разработка конструкции изделия. Проведен обзор существующих конструкций с рассмотрением: самоходной гидроприводной буровой установки УРБ-2А-2Б, самоходного технологического комплекса КГК, буровых установок - УБР-2М, УРБ-2М, УРБ-2А-2.

Сделан выбор и обоснование конструкции изделия. За прототип принята установка УРБ-2А-2. Установка со всеми механизмами размещена на специальной раме, прикрепленной к шасси трактора "Беларус". Она работает от двигателя трактора. Установка включает в себя односекционную мачту, которая может подниматься и опускаться при помощи гидроцилиндра. Внутри мачты находится вращатель с гидроприводом, который используется для бурения и наращивания бурильных шнеков без отрыва инструмента. Движение вращателя осуществляется с помощью гидроцилиндра и талевой системы, которая увеличивает ход перемещения в 2 раза. Управление установкой полностью автоматизировано и осуществляется с помощью пульта управления. Для обеспечения большей устойчивости станка, на нем установлены два аутригера. Кроме того, в установку встроен промывочный насос, который служит для очистки скважины при использовании штанг. В качестве рабочего инструмента используются шнеки с долотом на конце.

Приведены расчеты.

1. Сделано определение координат центра масс машины в рабочем и транспортном положении.
2. Выполнено определение реакций на колёсах при транспортном положении машины. По результатам подобраны шины: передних колес 30,5L32, задних 600/55-26,5.
3. Определены реакции на аутригерах при рабочем положении машины.

Произведен расчет маневренности и мощностного баланса с определением значений:

Сделан расчет проходимости.

В ходе кинематического расчеты вычислены частоты вращения валов: 10 и 11 – 1690 об/мин, 12 - 929,5 об/мин, 13 – 369 об/мин.

При гидравлическом расчете рассчитаны параметры гидроцилиндров: усилие на штоках 0, нагрузка 143 кН, рабочая площадь поршня 0,0087 м², внутренний диаметр цилиндра 0,105 м, толщина стенки корпуса 0,016 м, диаметр штока 0,065 м. Принято оборудование: гидромотор 3103.112-00, насос 3103.112-03, трубопровод 12 Х, распределитель Рн203-ФМ14, клапан предохранительный МКПВ-10/3 С2Р2.

1. Выполнен расчет сборочной единицы.
2. Определено общее передаточное число редуктора 12,25. Рассчитаны параметры зубчатой передачи (шестерни и колеса): число зубьев 23 и 92, диаметры – вершин зубьев колес 100 мм и 376 мм, впадин зубьев колес 82 мм и 358 мм. Окружная сила в зацеплении равна 6842 Н, окружная скорость колес 5,8 м/с. Вычислено расчетное контактное напряжение 153 Н/мм.
3. Произведен расчет валов с определением диаметров: быстроходного – 50 мм, 55 мм, 60 мм, 65 мм, 60 мм. Диаметры остальных валов назначены исходя из конструктивных соображений.
4. Сделана проверка шпоночных соединений. Для быстроходного вала выбрана одна призматическая шпонка со скруглёнными торцами 15x8x36 мм. Определены допускаемые напряжения: смятия – 6,19 МПа, на срез - 1,65 МПа.
5. Рассчитан диаметр пальца, равный 40 мм.

Описано использование компьютерных технологий при проектировании изделия. В ходе выполнения раздела проведено исследование бурильной установки с целью выбора оптимальных параметров для их реализации в разработанной машине.

Рассмотрено использование изделия в производственных условиях на примере карьера Овсище.

Площадь карьера равна 100 га. Рассмотрено бурение геологоразведочных скважин по категориям: А, В и С. Для категории определено число скважин – 36, объем работ 720 пог.м, количество дней для выполнения всего объёма работ при односменной работе с 8 – ми часовом рабочем дне 24,4 дня, для категории В – 121 шт, 2420 пог.м, 82 дня, А – 441 шт, 88820 пог.м, 299 дней.

Разработан раздел по технологии ремонта (изготовления) составной части изделия.  Деталь зубчатое колесо расположено на входном валу бурового вращателя. Оно передает вращение от гидромотора к промежуточному валу редуктора вращателя.

Указаны возможные виды износа: механическое, абразивное, окислительное, осповидное (усталостное) и коррозионное. В результате эксплуатации детали за счёт действующих больших динамических нагрузок в связи с передачей большего крутящего момента произошло выкрашивание нескольких зубьев.

Подходящим видом ремонта для данного вида износа является метод ввертышей, включающий операции: фрезерование, сверление, завертывание и обварка ввертышей, шлифование нового зуба. Рассчитаны значения режимов резания для операций фрезерование и сверление: подача 0,16 мм/зуб и 0,26 мм/зуб, скорость резания 5,25 м/мин и 31,4 м/мин, частота оборотов 250 об/мин и 1000 об/мин, время обработки 0,012 мин и 0,07 мин.

Составлен раздел по охране труда. В экономическом разделе определены технико-экономические показатели производства: себестоимость продукции 11,2 тыс.руб/м, рентабельность инвестиций 29 %, прибыль предприятия 119414 тыс.руб, период возврата инвестиций 2,9 лет.

В работе спроектирован бурильный агрегат шнекового бурения, предназначенный для бурения скважин: сейсморазведочных, структурно-картировочных, геологоразведочных, взрывных и водозаборных, глубиной до 30 м и диаметром до 180 мм, для инженерно-геологических изысканий и обустройства скважин при строительстве различных сооружений.

Чертежи (в программе): Компас 3D v и AvtoCAD

Спецификация - на чертежах