Алексеев В.В., Соловьев А.С. Автоматизированный электропривод станков шарошечного бурения. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство общего и профессионального образования РФ

Санкт-Петербургский Государственный горный институт

им. Г.В.Плеханова (технический университет)

В.В.АЛЕКСЕЕВ, А.С.СОЛОВЬЕВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ

ЭЛЕКТРОПРИВОД СТАНКОВ

ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1997

УДК 622.233.3:621.34(075.80)

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ: Учебное пособие /

В.В.Алексеев, А.С.Соловьев; Санкт-Петербургский горный

институт. СПб., 1997, 49с. ISBN 5-230-19609-2

В учебном пособии рассмотрены конструкции и электрические схемы

станков шарошечного бурения, а также требования к приводу вращателя,

схемы электропривода вращателя. Даны технические характеристики буровых

станков СБШ-250, БАШ-250, СБШ-200, 2СБШ-200 и других. Рассмотрены

режимы работы, вопросы определения мощности двигателя вращателя, схемы

датчика вибрации и контура, обеспечивающего режим постоянства мощности

привода. Приведены

примеры расчета с применением ПЭВМ мощности

электродвигателя вращателя бурового станка.

Пособие рассчитано на студентов специальности 180400

"Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических

комплексов" и 170100 "Горные машины и оборудование", а также может быть

использовано инженерно-техническими работниками, занимающимися

проектированием и эксплуатацией электрооборудования буровых станков

шарошечного бурения.

Табл.1. Ил. 7. Библиогр.: 10 назв.

Научный редактор проф. А.Е.Козярук

Рецензенты: кафедра систем автоматического управления Санкт-

Петербургского технического университета; к.т.н. Е.В.Распопов (СЗПИ)

институт имени Г.В.Плеханова, 1997 г.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие горной промышленности происходит в значительной

степени на основе внедрения открытых горных разработок. Затраты

на буровые работы составляют до 30 % всех затрат, необходимых

для добычи 1 т полезного ископаемого.

Для сравнительно некрепких пород применяются станки

вращательного, ударно-вращательного бурения, а для пород

высокой крепости, особенно при малых объемах бурения -

станкиударного

бурения. Последние являются наиболее старым

типом станков, сравнительно просты по конструкции и имеют

простейший привод, состоящий из одного нерегулируемого

двигателя, обычно - асинхронного короткозамкнутого. Станки

вращательного (шнекового) бурения применяются на угольных

разрезах и карьерах, где разрабатываются породы невысокой

крепости (до 4...6 по шкале М.М.Протодьяконова).

Из различных способов проходки взрывных скважин

наиболее

широкое распространение в нашей стране, а также за рубежом

получил способ проходки с помощью станков шарошечного

бурения. Поэтому горный инженер-электромеханик должен знать

электромеханическое оборудование станков шарошечного бурения и

четко представлять условия и режимы работы, перспективы

развития, определяющие более высокую производительность.

Если описанию конструкции станков, электрических схем в

литературе уделено

достаточно много внимания [1, 2], то вопросы

построения регулируемых приводов вращателя освещены

значительно меньше. В данном пособии этому вопросу отведено

существенное место.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНКОВ

ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ

ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК

Многообразие физико-механических свойств горных пород,

условий их залегания обусловливают необходимость применения

различных по способу разрушения горных пород типов и

типоразмеров буровых станков. Из различных способов проходки

взрывных скважин на открытых разработках наиболее широкое

распространение получил способ шарошечного бурения.

Рассмотрим

краткую техническую характеристику станков

шарошечного бурения [1, 2].

Все станки шарошечного бурения - самоходные и состоят из

следующих основных видов оборудования (рис. 1): ходовой

тележки, рабочего органа, включающего мачту (вышку), механизм

вращателя бурового става, механизм подачи бурового инструмента

на забой скважины, механизма для наращивания и разработки става,

механизма подъема бурового става, устройства для очистки

скважины

и пылеулавливания или пылеподавления, механизма для

подъема мачты в рабочее и опускания в транспортное положение,

механизма для горизонтирования станка, а также

электрооборудования, машинного помещения и кабины управления.

Ходовая тележка. Тяжелые станки, как правило,

монтируются на гусеничных тележках, а станки среднего и легкого

типов - как на гусеничном, так и на пневматическом

ходу.

Мачта. В большинстве случаев представляет собой

открытую с одной стороны пространственную ферму

прямоугольного сечения. Такое конструктивное решение

облегчает надзор и обслуживание механизмов и питающих

коммуникаций. Мачты крепятся к платформе станков шарнирно и

могут занимать рабочее или транспортное положения. На

большинстве станков, особенно последних выпусков, расположение

мачты консольное, т.е. мачту

устанавливают в конце основной рамы

- платформы станка.

Некоторые станки, особенно тяжелого и среднего типов,

имеют центральное расположение мачты, что по сравнению с

консольным при одном и том же весе станков дает возможность

Рис.1

создать большее давление на забой скважины, т.е. повышает

коэффициент использования веса станка. Однако при центральном

расположении мачты имеются следующие технологические

недостатки: невозможно бурить скважины в непосредственной

близости от бровки уступа, трудно бурить наклонные скважины,

увеличивается длина станка в транспортном положении и пр.

Подъем мачты в рабочее и опускание в

транспортное

положение почти у всех станков производятся с помощью

гидравлических цилиндров.

Механизм вращения бурового инстру-

мента. У большинства станков скорость вращения

инструмента изменяется от 0 до 150 об/мин. Передача вращения

буровому инструменту производится как при верхнем

расположении вращателя (на мачте), так и на раме станка, т. е.

ротором с ведущей штангой

или механизмом с продольным

шпинделем и зажимным патроном. В последнем случае вес мачты

значительно снижается.

Механизм подачи инструмента на за-

бой скважины. Чаще всего подача инструмента на забой

осуществляется гидравлическим способом, что обеспечивает

регулирование нагрузки и достаточную степень упругости. При

этом подъемно-спускные операции при сборке и разборке бурового

става производятся

установленными на станках специальными

лебедками.

Устройство для очистки забоя и

пыле- улавливания. На всех станках продукты разрушения

удаляют сжатым воздухом, нагнетаемым компрессорами в скважину

через буровой став. Охлаждая шарошечное долото, воздух по

затрубному пространству выносит буровую мелочь к устью

скважины, где крупные фракции оседают, более мелкие частицы

породы и пыль

отсасываются вентилятором в пылеприемный

бункер, а запыленный воздух выбрасывается в атмосферу.

При бурении скважин в силикозоопасных породах для

подавления пыли на станках устанавливают тканевые фильтры или в

воздушную струю вспрыскивают воду, и скважина продувается

воздушно-водяной смесью.

Установка станка в рабочее положение, т.е.

горизонтирование, осуществляется с помощью установленных на

станках трех, реже четырех гидравлических домкратов.

Электрооборудование. Станок питается

электроэнергией от низковольтной сети переменного тока

напряжением 380 В или высоковольтной сети напряжением 6000 В с

помощью гибкого кабеля.

Станки шарошечного бурения имеют многодвигательные

приводы. Общая установленная мощность электрооборудования

станка СБШ-250МН составляет около 400 кВт. Станок имеет

главный привод вращателя мощностью 68 кВт и ряд

вспомогательных приводов:

- привод маслостанции, питающий гидросистему

горизонтирования станка и подачи бурового става (10 кВт и 13 кВт

соответственно);

- привод компрессора для продувки буровой скважины

(200 кВт);

- привод вентилятора отдува пыли, выдуваемой из скважины

(10 кВт);

- приводы хода

, раздельные для каждой гусеницы (по 22 кВт);

- двигатель охлаждения (4,5 кВт) и маслосистемы

компрессора (1 кВт).

Кроме того, имеется ряд вспомогательных приводов системы

вентиляции, циркуляционной системы отопления и т.п. с

двигателями мощностью менее 1 кВт.

Питание станка напряжением 380 В производится от

карьерной передвижной трансформаторной подстанции мощностью

не ниже 400 кВА с помощью гибкого кабеля

КРШК 3x150 + 1x50.

Все приводы, кроме привода вращателя, имеют

низковольтные асинхронные короткозамкнутые двигатели. Опыт

эксплуатации карьерных станков с нерегулируемым приводом

(например, П25) показал, что более перспективным является

применение регулируемых приводов постоянного или переменного

тока. Это позволяет менять режимы бурения при изменении

крепости буримых пород, их трещиноватости в периоды

забуривания.

Для предотвращения воздействия атмосферных осадков

оборудование на станках тяжелого и среднего типов расположено в

машинном помещении.

Управление процессом бурения и всеми вспомогательными

операциями осуществляется из кабины машиниста (оператора).

Буровые станки БАШ-250 и БАШ-320

Самоходные буровые агрегаты шарошечного бурения БАШ-

250 и БАШ-320 выполнены с центральным расположением рабочего

органа и предназначены

для бурения вертикальных скважин по

крепким породам.

Станок БАШ-250 смонтирован на гусеничном ходу с

независимым приводом гусениц. Вращение от электродвигателя на

ведущую звездочку гусеницы передается через червячно-

цилиндрический редуктор и цепную передачу. На осях гусеничного

хода установлена платформа, на которой смонтировано все

оборудование станка, расположенное следующим образом.

В передней части платформы

находится кабина управления,

в которой установлены: преобразовательный агрегат; барабан

подачи; маслонасосная станция гидроуправления; силовой

понижающий трансформатор; пульт управления бурением,

подъемом, опусканием мачты и горизонтированием станка.

В средней части платформы расположены: ротор с

приводом; мачта с навешенными на ней рабочей штангой с

вертлюгом и крон-блоком, поворотной кассетой; гидроключ;

гидроцилиндры подъема

и опускания мачты; механизм канатно-

гидравлической подачи; переносный пульт управления спуско-

подъемными операциями; с левой стороны мачты (по ходу движения

станка) - пылеулавливающая установка, с правой стороны -

распределительное устройство электрооборудования и поворотная

кассета сменных круглых штанг; с задней стороны мачты -

механизмы подъема. В задней части платформы (в помещении

компрессорной) установлены три компрессора

и пульт управления

компрессорами, а под платформой, по бортам ее,

смонтированы приводы гусеничного хода.

Буровой став вращается ротором через шестигранную

рабочую штангу, которая с вертлюгом перемещается по

направляющим и постоянно находится на мачте. Ротор приводится

во вращение электродвигателем постоянного тока. Принятая

система электропривода ротора позволяет плавно изменять скорость

вращения бурового става. Подъем и спуск рабочей штанги

производится главным подъемом, а спуск в скважину и подъем

сменных штанг - вспомогательным. Подвод штанг

на ось бурения и

отвод их производятся поворотной кассетой, снабженной приводом.

Резьбовые соединения (замки) бурового става свинчиваются и

развинчиваются гидроключом и столом ротора. Осевое давление

бурового става на забой создается посредством канатно-

гидравлической подачи следующим образом. На вертлюге

расположены два блока, охватываемые канатом, один конец которого

закреплен на барабане лебедки

подачи, а другой - на штоке цилиндра

подачи. При поступлении масла под давлением в нижнюю полость

цилиндра подачи шток получает поступательное движение вверх. Так

как барабан подачи застопорен храповым механизмом, то усилие на

штоке вызовет равные усилия на двух ветвях каната, проходящего

через блоки вертлюга. Равнодействующая этих усилий и будет

определять осевое

давление на забой, передаваемое буровому ставу

через упорный конический роликоподшипник вертлюга.

По окончании рабочего хода шток выдвигается полностью

вниз (холостой ход), автоматически включается электродвигатель

барабана подачи для выборки слабины каната, наматываемого на

отстопоренный барабан, после чего автоматически продолжается

последующая подача инструмента на забой.

С помощью гидросистемы производятся горизонтирование

станка, подъем

и опускание мачты, поворот кассеты с буровыми

штангами, фиксация штанг, свинчивание и развинчивание

резьбового соединения штанг, создается осевое давление на буровой

инструмент.

Питание гидросистемы рабочей жидкостью (маслом)

осуществляется из бака, откуда она по двум магистралям через

запорные клапаны поступает к насосам основной маслонасосной

станции и далее через предохранительные клапаны - к панели

притычными золотниками. От устья скважины с помощью

вентилятора буровая мелочь и пыль проходят через циклон и

батарейные циклоны и осаждаются в бункерах, а воздух через

выхлопную трубу, выведенную к верхней части мачты,

выбрасывается в атмосферу.

Электроэнергией буровой станок снабжается от сети

трехфазного переменного тока напряжением 3000...6000 В при

помощи гибкого кабеля. Исполнительные электродвигатели, за

исключением электродвигателя ротора, питаются

переменным током

от трансформатора.

В восьмидесятые годы появился интерес к скважинам

диаметром 320 мм и более. Институтом Гипроникель создан

опытный станок БАШ-320 еще более тяжелого типа. Техническая

характеристика буровых станков конструкции института

Гипроникель приведена ниже:

Параметры БАШ-250 БАШ-320

Диаметр бурения, мм 243-269 289;295;320

Глубина бурения, м до 27,5 до 30

Направление бурения, град 90 90

Коэффициент крепости буримых пород по

шкале М.М.Протодьяконова

12-16

12-20

Способ подачи бурового инструмента на

забой

Канатно-гидравлический

Ход подачи бурового инструмента, м 10,68 9,0

Осевое давление на забой скважины

(плавно регулируемое), кН

до 400

до 700

Максимальная

скорость подачи бурового

инструмента, м/ч

111

Скорость вращения бурового

инструмента, об/мин

25-150

0-200

Крутящий момент на буровом

инструменте, Нм

4400

Скорость главного подъёма, м/мин 8,0 9,6

Скорость вспомогательного подъёма,

м/мин

16,0

19,2

Способ удаления буровой мелочи из

скважины

Сжатым воздухом

Расход сжатого воздуха, м

/мин 30,9 40,5

Давление сжатого воздуха, Мпа 0,6 0,3

Пылеулавливание Сухое

Ход станка Гусеничный

Скорость передвижения, км/ч 0,57 0,75