С применением средств вычислительной техники

Тип СМ	Этапы
I	II	III	IV
Бульдозеры	Стабилизация углового положения толкающей рамы для повышения планирующих свойств	Управление выглублением отвала для предупреждения перегрузки двигателя	Управление скоростью движения машины для реализации номинальной мощности	Стабилизация углового положения отвала в поперечной плоскости (для планировщиков)
Скреперы	Стабилизация углового положения для повышения точности профилирования	Управление задней стенкой ковша для набора грунта при планировании	Управление положением режущей кромки для предупреждения перегрузки двигателя	Управление скоростью рабочего хода для реализации номинальной мощности. Регулирование скоростей при работе двигателей по схеме «мотор-колесо».
Автогрейдеры	Стабилизация углового положения для повышения точности профилирования	Управление высотой положения отвала	Управление траекторией движения при работе по копиру или по лазеру	Управление скорость движения машины для реализации номинальной мощности
Одноковшовые экскаваторы	Стабилизация глубины резания ковша для повышения эффективности зачистных работ	Управление высотой положения ковша	Управление траекторией движения машины при работе по копиру	Оптимизация задач управления рабочим органом машины
Машины для укладки покрытий	Стабилизация углового и пространственного положения рабочего органа	Управление траекторией при движении при работе по копиру	Управление режимом виброколебаний Рабочего органа	Управление подачей материала в зависимости от скорости движения и неровностей поверхности.

6.5. Бурильные машины

Бурильные машины (машины для буровых работ) в обобщенной классификации СМ представляют отдельный подкласс. Областью их применения являются различные технологии, реализуемые открытым и закрытым способом: устройство буронабивных свай и закрепление грунта; буровзрывные шахтные технологии проходки, подготовка крепкого грунта разрыхлением, бестраншейные технологии проходки и прокладки коммуникаций (рис. 6.13, 6.14).

Рис. 6.13. Схемы основных операций технологий устройства набивных железо-

бетонных свай изготавливаемых непосредственно на строительной площадке и

виды используемого оборудования:

а) с использованием литой бетонной смеси:

- бурение буровой штангой;

- подача бетонной смеси бетононасосом;

- установка армокаркаса крюковой обоймой;

б) использованием малоподвижной бетонной смеси:

- забивка обсадной трубы молотом;

- извлечение грунта (керна) ковшовым буром (на схеме не показана);

- установка армокаркаса крюковой обоймой;

- подача бетонной смеси пневмонагнетателем;

- извлечение обсадной трубы с уплотнением бетонной смеси вибропогружателем

Рис. 6.14. Схемы основных операций технологии устройства противо-

фильтрационной завесы и виды используемого оборудования:

- бурение буровой штангой;

- удаление грунтовых перемычек грейфером;

- установка армокаркаса крюковой обоймой крана;

- подача бетонной смеси бетононасосом

Бурильные машины предназначены для образования цилиндрических углублений в грунтах и породах, характеризуемых диаметром и глубиной. При диаметре до 100 мм и глубине до 5 м эти углубления называют шпурами. При бóльших значениях одного из указанных параметров – скважинами.

Рабочие органы бурильных машин обычно называют рабочим или буровым инструментом. Рабочий процесс любого типа бурильных машин состоит в разрушении породы последовательно в каждом поперечном сечении шпура или скважины. Последовательность разрушения достигается подачей рабочего органа машины вдоль оси шпура или скважины. Известны механический и физико-химический способы разрушения пород. В настоящее время наиболее широко применяется механический способ, как экономически наиболее выгодный. При котором разрушение породы происходит в результате резания, скалывания или раздавливания её рабочим инструментом. Это обуславливается характером нагрузок, прикладываемых к инструменту, который в зависимости от последних имеет свою геометрию и рациональные области применения в зависимости от крепости пород.

Схема приложения нагрузок на инструмент бурильных машин представлена на рис. 6.15.

Рис. 6.15. Схемы нагрузок на инструменте бурильных машин:

а) вращательное бурение, б) ударно-поворотное бурение,

в) комбинированное бурение;

P – усилие подачи подающего механизма с учетом тяжести бурового

инструмента; M – крутящий момент вращателя; A_уд – энергия единичного

удара перфоратора или пневмоударника (J_уд – ударный импульс);

f_уд – частота ударов

Рассмотрим отдельные виды конструктивного исполнения бурильных машин.

6.5.1. Буровые станки и установки

Буровые станки (установки) – бурильные машины для образования скважин, установленные на раме с рабочим оборудованием для подачи, наводки и направленного перемещения, удлинения (наращивания) бурового става, а также удаления разрушенного грунта, выполненные в одном из конструктивных исполнений: передвижное, в т.ч. самоходные (СБУ); на распорной колонке

Рабочий орган бурильных машин – буровые штанги с резцовым, шарошечным или долотчатым инструментом.

Конструктивное исполнение буровых станков (установок) определяется областью их использования.

Буровые установки для устройства буронабивных свай относятся к высокомоментным установкам вращательного действия. Они предназначены для бурения скважин большего диаметра до 1000 - 3000 мм и глубиной до 80 м в грунтах различной категорий. При этом они могут использоваться с пневмоударниками, шарошечными долотами, реализующими ударно-вращательный режим бурения. Они выполняются на базе:

а) автомобилей и промышленных тракторов с максимальным крутящим моментом 2000 - 8000 Нм, что дает возможность получать скважины диаметром до 295 мм (рис. 6.16, а);

б) единичных одноковшовых гидравлических экскаваторов 5-размерной группы и гусеничных кранах (рис.6.16, б);

в) специальных гусеничных самоходных шасси, имеющих регулируемый привод с максимальным крутящим моментом 90 - 400 кНм для получения скважин диаметром до 1000 - 3000 мм при глубине до 80 м (рис. 6.16).

Рис. 6.16. Буровые установки:

а) бурильно-сваебойные машины на автомобилях, тягачах, тракторах,

б) бурильно-сваебойная машина на базе гусеничного крана:

1 -колонковый перфоратор

2 - салазки

3 - мачта

4 - двигатель подачи

5 - ножная опора мачты

6 - клапан с дистанционным управлением

7 - цилиндр поворота мачты

8 - цилиндр наклона мачты

9 - цилиндр подъема стрелы

10 - цилиндр качания

11 - пульт управления

12 - специальное гусенечное шасси

в) буровая установка на специальном гусеничном шасси (для глубины бурения до 80 м)

Развитие технологий устройства буронабивных свай привело к дооснащению буровых установок оборудования для забивки: молотов, вибропогружателей, трамбовок.

Наиболее часто используются буровые установки с системой крепления скважин с помощью инвентарных обсадных труб, погружаемых в грунт с помощью вращателя и механизма подачи установки и извлекаемых после подачи в скважину бетонной смеси.

Рабочим органом буровых установок является бур, состоящий из буровой штанги с породоразрушающей частью - бурильной головкой с резцами, выполненными из твердосплавного металла. Штанга иногда выполнена полой: ее внутреннее пространство используется для подачи промывочной жидкости или водовоздушной смеси.

Наиболее часто используются буровые установки с системой крепления стенок скважин с помощью инвентарных обсадных труб, погружаемых в грунт с помощью вращателя и механизма подачи установки и извлекаемых после подачи в скважину бетонной смеси.

В буровых установках и станках вращательного бурения все шире используют интенсификаторы рабочих органов в виде пневмоударников и гидромониторов.

В настоящее время широко используются буровые установки струйной технологии, составляющие основу технологических струйных комплексов.

Основной задачей автоматизации рабочего процесса бурения является согласованное регулирование скоростей подачи и вращения бурового инструмента. Предельным случаем такого регулирования является реализация автоматического отвода инструмента из забоя с целью исключения его заклинивания. Принцип действия такого устройства поясняется рис 6.17.

Рис. 6.17. Схема отвода инструмента при заклинивании

слева: режим бурения

справа: режим отвода

Выбор конструктивного исполнения бурильных машин (агрегатов) определяется видом реализуемой технологии.

Оценку сменной производительности буровых станков, м/см, в выбранном режиме работы производят по формуле:

где Т_см – продолжительность смены, мин;

Т_б – удельные затраты времени в минуту, на бурение 1 м скважины, м/мин, Т_б = 1/V_б;

Т_в.о – удельные затраты времени на вспомогательные операции; Т_в.о  2 мин/м;

К_в – коэффициент использования станка в смену; К_в = 0,40,8;

V_б – начальная скорость бурения, зависящая от способа бурения и вида используемой бурильной машины.

Одной из тенденций развития буровых станков является создание на их базе комплекса технологического оборудования, полностью реализующего конкретную строительную технологию: укрепление грунта, бестраншейную прокладку подземных коммуникаций. Примером бурового агрегата для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций является буровой станок (агрегат) направленного бурения.

Буровые станки, имеющие совокупность механизмов с обособленными приводами, называют буровыми агрегатами.

Буровые станки направленного бурения (рис. 6.18) – самоходные буровые станки вращательного типа на гусеничном шасси, оснащенные рабочим оборудованием для изменения траектории бурения (лафетом), механизмом наращивания штанг и сменными устройствами для их хранения, системой подачи бурового раствора и укладки пластмассовых труб, выносными опорами и автоматическими системами адаптирования, управления и контроля. Область применения – городские условия, исключающие работу открытым способом, технологические возможности – бурение наклонных и криволинейных скважин с их последующим расширением; прокладка трубопровода (полиэтиленовые трубы) под газопровод.

Рис. 6.18. Буровой агрегат направленного бурения:

а) общий вид, б, в) этапы работы (образование

пилотной скважины и её расширение)

6.5.2. Бурильные установки и горнопроходческая техника

Бурильные установки (рис. 6.19) – бурильные машины для образования шпуров, размещаемые на площадках развитых манипуляторов вместе с подающими механизмами, установленными на раме самоходных шасси.

Применяются, в основном, в буровзрывных технологиях проходки и подготовки грунта. В зависимости от крепости пород они могут оснащаться бурильными машинами вращательного, ударного или комбинированного действия. Число манипуляторов: 1-3. Они имеют обширную рабочую зону, позволяющую производить бурение во всех направлениях и уровнях, в том числе и в подошву забоя. Отличаются высокой степенью автоматизации, в том числе и автоматическим разбуриванием по «паспорту буровзрывных работ».

Рис. 6.19. Бурильная установка:

а) общий вид, б) схема манипулятора;

1 – рабочая площадка с бурильной машиной и податчиком, 2 – шарнир

крепления рукояти 18 с телескопической стрелой (6, 15, 16), 3 – датчик

поворота рабочей площадки по углу α₄, 4 – гидроцилиндр подачи рабочей

площадки (l₂), 5 – редукторный привод продольного вращения концевой части

стрелы 15, 6 – телескопическая стрела-основание, 7 – датчик поворота стойки

9 по углу α₁, 8 – датчик продольного вращения поворотной части стрелы

по углу α₃, 9 – стойка поворотная по углу α₁, 11 – гидроцилиндр поворота по

углу α₂ стрелы (подъема-опуска стрелы), 12 – узел сопряжения основания

стрелы с её телескопической частью 15, 13 – двигатель редукторного

привода 5, 14 – гидроцилиндр телескопирования стрелы l₁, 15 – телескопическая

стрела – концевая часть, 16 – концевая площадка телескопической стрелы,

17 – гидроцилиндр поворота рабочей площадки 1 по углу α₄

_{18 - бурильная машина вращательно-ударного бурения}

Наряду с бурильными машинами проходку скважин большого диаметра осуществляют комплексами горнопроходческой техники (на базе горнопроходческих комбайнов (рис. 6.20)) а также проходческими щитами.

Рис. 6.20. Горнопроходческий комбайн:

1 – специальное самоходное шасси, 2 – перегрузочный конвейер, 3 – силовое

оборудование, 4 – породоразгружающее рабочее оборудование стрелового

типа (поворотное, с двумя конусными шарошками), 5 – погрузочная часть

с нагребающими лопатами

Проходческие щиты – комплекс технологического оборудования, обеспечивающий полную механизацию процессов прокладки и крепления стенок тоннелей и скважин

В зависимости от образуемого диаметра их разделяют на макси – свыше 3500 мм, используемые в дорожном строительстве, традиционные горнопроходческие диаметром 2000-3000 мм и микропроходческие диаметром до 2000 мм, используемые в городском строительстве. Применение последних определило название новой технологии – микротоннелирование.

Микротоннелирование – это способ продавливания труб малого диаметра (до 1200 мм) с помощью дистанционно управляемых механизированных щитов.

Существует несколько различных систем микротоннелирования, из которых наиболее часто применяется система с гидропригрузом, при которой используется вода или бентонитовая суспензия для удаления разработанного материала от забоя проходческой машины.

С помощью микропроходческих комплексов (рис. 6.21) трубопроводы можно прокладывать в самых различных грунтах, в первую очередь, водонасыщенных и песчаных, содержащих валуны. Микропроходческие комплексы применяют при прокладке трубопроводов различного назначения под насыпями шоссейных и железных дорог, под уличными проездами с интенсивным движением, под зданиями и сооружениями, а также участками, насыщенными подземными коммуникациями, и в кварталах, представляющих историческую ценность. Прокладка трубопроводов при этом характеризуется высокой точностью.

Рис. 6.21. Щитовые проходческие комплексы:

а, б) микрощит со шнеком для отвода породы:

1 – силовое оборудование привода вращателя и гидроцилиндров подачи,

2 – корпус щита, 3 – буровая головка с режущими элементами, 4 – шнековый

транспортирующий орган, 5 – рама, 6 –насосная станция;

в) микрощит с гидротранспортной установкой удаления породы:

1 – рабочий орган с режущими элементами или шарошками (планшайба),

2 – камера бентонитовой суспензии, 3 – камера породоприемная, 4 – заборный

патрубок пульпы, 5 – редуктор, 6 – воздушная камера обеспечивающая

пригруз груди забоя, P>P_атм, 7 – двигатель, 8 – камера с бентонитом,

9 – уровень бентонитового раствора, 10 – люк, 11 – трубопровод удаления

пульпы, 12 – напорная стенка, 13 – главный насос, 14 – блок очистки пульпы

с виброситом, 15 – съемная крышка, 16 – трубопровод очищенной

жидкости, 17 - компрессор

Микропроходческий комплекс представляет собой комплекс технологического оборудования в составе: щитовой машины (микрощита), домкратной установки, оборудования для транспортировки грунта и осаждения пульпы, насосного оборудования для подачи бентонитового раствора и электротельфера для погрузки отдельных секций укладываемого трубопровода.

Основным оборудованием микропроходческого комплекса является щитовая машина диаметром, близким к диаметру прокладываемого трубопровода. Она имеет поворотную головку, в которой размещается рабочий орган для разработки грунта – планшайба роторного типа с резцами или штыревыми элементами ударного действия. Домкратная установка состоит из силового блока, домкратной станции и дополнительного оборудования. Силовой блок включает маслостанцию, станцию управления с комплектом силового, защитного и контрольного электрооборудования. Домкратная станция состоит из основания, на котором монтируют домкратную установку, и передвижной нажимной рамы с центратором. Домкратные установки имеют от 2 до 8 гидравлических домкратов, развивающих усилие от 1400 до 3000 кН. Усилия домкратов передаются с помощью стальной нажимной рамы или стального нажимного кольца.

6.6. Основы теории рабочих процессов бурения

Наиболее удобным показателем, характеризующим физико-меха­ни­ческие свойства горных пород по их трудности разработки, является коэффициент крепости породы f = 0,1_сж (где _сж – предел прочности пород одноосному сжатию, МПа), согласно которому все породы разделены на Х основных категорий: от слабых, отнесенных к I категории (f = 0,3), до крепких, отнесенных к Х категории (f = 20). Кроме него, используют и другие показатели трудности бурения.

мб = 0,5 (сж + ск),

(6.22)

П_б = 0,07 (_сж + _сдв) + 0,7 ,

где _ск, _сдв - пределы прочности пород скалыванию и сдвигу соответственно, МПа;

 - плотность породы, т/м³.

При моделировании рабочих процессов механического бурения резцовым и долотчатым инструментом рассматривается равновесие инструмента от системы активных сил, действующих со стороны привода машины, и реактивных сил – со стороны породы, создающих ее предельное состояние, приводящее к разрушению.

Дата добавления: 2015-07-14