Помощь студентам в учебе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗБОРНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА СО СФЕРИЧЕСКИМИ ШАРОШКАМИ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ БУРЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН 9
1.1 Горно-геологические условия. Объемы и способы бурения на карьерах....9
1.2 Тенденции развития техники бурения горных пород 13
1.3 Анализ развития конструкции породоразрушающих инструментов 25
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БУРОВЫХ СТАНКОВ И ИНСТРУМЕНТОВ НА КАРЬЕРАХ РОССИИ 34
2.1 Исследование эффективности эксплуатации буровых станков на карьерах
России 34
2.2 Исследование эффективности эксплуатации буровых инструментов на
карьерах России 44
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗБОРНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА СО СФЕРИЧЕСКИМИ ШАРОШКАМИ 52
3.1 Построение конечно-элементной модели шарошечного долота со сферическими шарошками и определение условий расчета 53
3.2 Исследование напряженно-деформированного состояния шарошечного
долота со сферическими шарошками 59
3.3 Анализ полученных результатов 62
ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 64
4.1 Сетевая модель выполнения работы 64
4.2 Сравнительная оценка себестоимости эксплуатации долот на Восточно-
Бейском разрезе 77
ГЛАВА 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 81
5.1 Общие требования 82
5.2 Буровые работы 91
5.3. Охрана труда 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ БУРЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН 9
1.1 Горно-геологические условия. Объемы и способы бурения на карьерах....9
1.2 Тенденции развития техники бурения горных пород 13
1.3 Анализ развития конструкции породоразрушающих инструментов 25
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БУРОВЫХ СТАНКОВ И ИНСТРУМЕНТОВ НА КАРЬЕРАХ РОССИИ 34
2.1 Исследование эффективности эксплуатации буровых станков на карьерах
России 34
2.2 Исследование эффективности эксплуатации буровых инструментов на
карьерах России 44
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗБОРНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА СО СФЕРИЧЕСКИМИ ШАРОШКАМИ 52
3.1 Построение конечно-элементной модели шарошечного долота со сферическими шарошками и определение условий расчета 53
3.2 Исследование напряженно-деформированного состояния шарошечного
долота со сферическими шарошками 59
3.3 Анализ полученных результатов 62
ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 64
4.1 Сетевая модель выполнения работы 64
4.2 Сравнительная оценка себестоимости эксплуатации долот на Восточно-
Бейском разрезе 77
ГЛАВА 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 81
5.1 Общие требования 82
5.2 Буровые работы 91
5.3. Охрана труда 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
В настоящее время существует множество технических решений по созданию различных видов буровой техники. Однако особое применение в горнодобывающей промышленности нашли станки вращательного бурения шарошечными долотами (СБШ), шнекового бурения с резцовыми коронками (СБР), ударно-вращательного (СБУ), термического (СБО) и комбинированного (СБТМ, СБШК и др.).
Буровые работы на карьерах являются начальным и самым трудоемким процессом в технологии освоения месторождений и добычи полезных ископаемых. Наибольшее распространение на открытых горных работах получил шарошечный способ бурения. Таким способом выполняют до 82,5% всех объемов бурения. На долю шнекового бурения приходится около 17,5%, на долю ударно-вращательного - до 1%. Остальные 0,8% приходятся на термический и ударно-канатный способы. При бурении горных пород применяют три основных типа бурового инструмента: шарошечные долота, ударные буровые коронки и режущие долота.
Большим недостатком шарошечных долот является их низкая адаптируемость к изменяющимся условиям бурения (физико-механическим свойствам пород). Поэтому существует большое разнообразие долот по виду вооружения. Тяжелые энергетические и гидродинамические условия работы, а также конструктивные особенности предопределяют низкую стойкость и повышенный износ шарошечных долот. Средний срок службы шарошечных долот, по данным СКБ СТО, составляет не более 2-3 смен работы.
Проектирование новых видов буровых инструментов обеспечит увеличение их наработки на отказ, снизит энергозатраты бурового станка и как следствие позволит добиться уменьшения стоимости бурения 1 метра взрывной скважины.
Однако, в настоящее время, острым становится вопрос не проектирования долота, а создание промышленного образца, т.к. это требует значительных материальных ресурсов. Наиболее сильно, влиянию этого фактора подвержены научные школы на базе институтов. Так, для доведения конструкции долота до требуемых параметров, часто требуется создание 2¬3х и более промышленных образцов.
В настоящее время, при проектировании новых видов буровых инструментов, целесообразно использовать программные средства типа САЕ. Связано это с высокой доступностью этих систем, а также их относительной простотой и ценой.
CAE-продукты становятся удобнее в эксплуатации, их внедрение на предприятии позволяет производить изделия лучшего качества.
CAЕ системы применяются во многих отраслях промышленности:
- автомобильная промышленность;
- аэрокосмическая промышленность;
- энергетика;
- машиностроение и станкостроение;
- судостроение;
- оборонная промышленность;
- полупроводниковая промышленность;
- гражданское и промышленное строительство;
- химическая промышленность;
- производство товаров массового потребления;
- медицинская промышленность;
- телекоммуникационная отрасль;
Функции САЕ систем довольно разнообразны:
- расчет установившихся и переходных процессов;
- моделирование полей физических величин;
- анализ прочности;
- расчет собственных частот и форм колебаний;
- анализ устойчивости;
- решение задач теплопередачи;
- исследование акустических явлений;
- анализ нелинейных статических процессов;
- анализ нелинейных динамических процессов;
- расчет критических частот и вибраций роторных машин;
- анализ частотных характеристик при воздействии;
- спектральный анализ.
В рамках настоящей выпускной квалификационной работы выполнен расчет и анализ напряженно-деформированного состояния элементов разборного шарошечного долота со сферическими шарошками на стадии его проектирования с использованием конечно элементных технологий моделирования в программной среде ANSYS.
Буровые работы на карьерах являются начальным и самым трудоемким процессом в технологии освоения месторождений и добычи полезных ископаемых. Наибольшее распространение на открытых горных работах получил шарошечный способ бурения. Таким способом выполняют до 82,5% всех объемов бурения. На долю шнекового бурения приходится около 17,5%, на долю ударно-вращательного - до 1%. Остальные 0,8% приходятся на термический и ударно-канатный способы. При бурении горных пород применяют три основных типа бурового инструмента: шарошечные долота, ударные буровые коронки и режущие долота.
Большим недостатком шарошечных долот является их низкая адаптируемость к изменяющимся условиям бурения (физико-механическим свойствам пород). Поэтому существует большое разнообразие долот по виду вооружения. Тяжелые энергетические и гидродинамические условия работы, а также конструктивные особенности предопределяют низкую стойкость и повышенный износ шарошечных долот. Средний срок службы шарошечных долот, по данным СКБ СТО, составляет не более 2-3 смен работы.
Проектирование новых видов буровых инструментов обеспечит увеличение их наработки на отказ, снизит энергозатраты бурового станка и как следствие позволит добиться уменьшения стоимости бурения 1 метра взрывной скважины.
Однако, в настоящее время, острым становится вопрос не проектирования долота, а создание промышленного образца, т.к. это требует значительных материальных ресурсов. Наиболее сильно, влиянию этого фактора подвержены научные школы на базе институтов. Так, для доведения конструкции долота до требуемых параметров, часто требуется создание 2¬3х и более промышленных образцов.
В настоящее время, при проектировании новых видов буровых инструментов, целесообразно использовать программные средства типа САЕ. Связано это с высокой доступностью этих систем, а также их относительной простотой и ценой.
CAE-продукты становятся удобнее в эксплуатации, их внедрение на предприятии позволяет производить изделия лучшего качества.
CAЕ системы применяются во многих отраслях промышленности:
- автомобильная промышленность;
- аэрокосмическая промышленность;
- энергетика;
- машиностроение и станкостроение;
- судостроение;
- оборонная промышленность;
- полупроводниковая промышленность;
- гражданское и промышленное строительство;
- химическая промышленность;
- производство товаров массового потребления;
- медицинская промышленность;
- телекоммуникационная отрасль;
Функции САЕ систем довольно разнообразны:
- расчет установившихся и переходных процессов;
- моделирование полей физических величин;
- анализ прочности;
- расчет собственных частот и форм колебаний;
- анализ устойчивости;
- решение задач теплопередачи;
- исследование акустических явлений;
- анализ нелинейных статических процессов;
- анализ нелинейных динамических процессов;
- расчет критических частот и вибраций роторных машин;
- анализ частотных характеристик при воздействии;
- спектральный анализ.
В рамках настоящей выпускной квалификационной работы выполнен расчет и анализ напряженно-деформированного состояния элементов разборного шарошечного долота со сферическими шарошками на стадии его проектирования с использованием конечно элементных технологий моделирования в программной среде ANSYS.
В первой главе дипломной работы рассмотрены объемы и способы бурения на карьерах. Также рассмотрено современное состояние эксплуатируемых в настоящее время буровых станков и инструментов. Сделаны соответствующие выводы.
Во второй главе представлен анализ эффективности эксплуатации буровых станков и инструментов, в результате чего выявлены достоинства и недостатки эксплуатации отечественной и зарубежной техники бурения, а также даны рекомендации по критериям их выбора.
В третьей главе представлено исследование «Напряженного состояния элементов разборного бурового инструмента со сферическими шарошками на стадии его проектировании». Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы: 1. Исследуемое долото выдерживает прилагаемые к нему нагрузки без возникновения участков с критическими значениями напряжений в конструкции долота, а следовательно, оно обладает достаточным запасом прочности и износостойкости, а также пригодно для эффективной эксплуатации при бурении горных пород с коэффициентом крепости f = 8-12, с учетом режимных параметров, принятых в исследовании и соответствующих паспортным значениям станков шарошечного бурения.
В четвертой главе произведено сравнение годовых материальных затрат на долота эксплуатируемые в условиях Восточно-Бейского угольного разреза и затрат на разборное долото со сферическими шарошками. В результате сравнения выявлено, что эксплуатация предлагаемого долота, даст минимальный годовой экономический эффект 714980 руб. и максимальный 2749980 руб. по сравнению с долотами, эксплуатируемыми на горнодобывающем предприятии.
В пятой главе рассмотрены общие правила безопасности и предложены соответствующе меры и способы для ее обеспечения.
Во второй главе представлен анализ эффективности эксплуатации буровых станков и инструментов, в результате чего выявлены достоинства и недостатки эксплуатации отечественной и зарубежной техники бурения, а также даны рекомендации по критериям их выбора.
В третьей главе представлено исследование «Напряженного состояния элементов разборного бурового инструмента со сферическими шарошками на стадии его проектировании». Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы: 1. Исследуемое долото выдерживает прилагаемые к нему нагрузки без возникновения участков с критическими значениями напряжений в конструкции долота, а следовательно, оно обладает достаточным запасом прочности и износостойкости, а также пригодно для эффективной эксплуатации при бурении горных пород с коэффициентом крепости f = 8-12, с учетом режимных параметров, принятых в исследовании и соответствующих паспортным значениям станков шарошечного бурения.
В четвертой главе произведено сравнение годовых материальных затрат на долота эксплуатируемые в условиях Восточно-Бейского угольного разреза и затрат на разборное долото со сферическими шарошками. В результате сравнения выявлено, что эксплуатация предлагаемого долота, даст минимальный годовой экономический эффект 714980 руб. и максимальный 2749980 руб. по сравнению с долотами, эксплуатируемыми на горнодобывающем предприятии.
В пятой главе рассмотрены общие правила безопасности и предложены соответствующе меры и способы для ее обеспечения.