Определение зависимости величины крутящего момента при работе винтового рабочего органа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЕЛИЧИНЫ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИ РАБОТЕ ВИНТОВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

Мартюченко И.Г., Бойков Е.В., Колесников А.Ю.

Аннотация

В данной статье представлены результаты теоретических исследований по определению зависимости крутящего момента, реализуемого на погружение винтового рабочего органа с забурником от геометрических параметров рабочего органа и физико - механических свойств грунта.

Ключевые слова: грунт, крутящий момент, винтовой рабочий орган, геометрические параметры, физико-механические свойства грунта

This article presents the results of theoretical studies to determine the dependence of the torque applied to the immersion of a screw working member with a backstop from the geometric parameters of the working member and the physical and mechanical properties of the soil.

Keywords: ground, torque, screw working body, geometric parameters, physical and mechanical properties of the soil

В последнее время всё большее развитие получают снаряды для проходки скважин с самозавинчивающимся рабочим органом. В состав таких рабочих органов входит наконечник с размещенной на нем винтовой лопастью. При взаимодействии таких винтовых рабочих органов с прочными и мерзлыми грунтами возникает необходимость в обеспечении высокого крутящего момента для преодоления сил сопротивления грунта. Эта проблема зачастую решается путем бурения лидерной скважины, в которую завинчивается винтовой рабочий орган. Решением данной проблемы может являться размещение забурника перед винтовым наконечником (рис. 1). Таким образом, в процессе работы будет образовываться лидерная скважина, облегчающая завинчивание винтового рабочего органа. Такое тело винтового наконечника применяется также в винтовых анкерах, сваях, буровом и мерзлоторыхлительном инструменте [1-4].

Рисунок 1 - Оборудование для образования скважин: 1 - лидер; 2 - винтовая лопасть; 3 - забурник; 4 - резец; 5 - расширитель; 6 - электродвигатель; 7 - грунтозацеп

При работе такого комбинированного инструмента крутящий момент, необходим для внедрения рабочего органа в грунт, и будет определяться как (рис. 2)

где: момент сопротивления на бурение лидерной скважины;

крутящий момент завинчивания винтового рабочего органа.

Рисунок 2 - Схема взаимодействия рабочего оборудования с грунтом

Проведенные исследования процесса взаимодействия винтового рабочего органа и забурника с грунтовой средой, позволяют установить общий характер деформации грунта в области, как винтовой поверхности, так и области забурника и аналитические зависимости сил сопротивления грунта погружению рабочего органа. Полученные зависимости позволяют определить силовые режимы, необходимые для завинчивания рабочего органа и бурения лидерной скважины перед ним.

Крутящий момент сопротивления на бурение лидерной скважины буром режущего типа определяется как:

где: количество режущих сторон забурника;

удельное сопротивление грунта вдавливанию;

радиус винтовой лопасти;

радиус лидерной скважины;

коэффициент трения грунта о сталь;

угол при вершине забурника.

Крутящий момент на завинчивание винтового наконечника определяется как

где: - радиус сердечника; - количество витков винтовой лопасти на коническом участке винтового инструмента; ?? - 1/2 угла при вершине граничного конуса; ?? - угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти к оси вращения; ?? - 1/2 угла при вершине конического сердечника; ?? - угол внутреннего трения грунта; - параметр, характеризующий возрастание сопротивления грунта смятию с увеличением деформации; ?? - угол подъема средней винтовой линии прямого геликоида, лежащего в основе винтовой лопасти; ?? - угол трения грунта о материал рабочего органа; - относительное приращение радиуса винтовой линии, лежащей на конической поверхности в основании винтовой лопасти; - относительное приращение радиуса винтовой линии, лежащей на конической поверхности на торце винтовой лопасти; ?? - угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти к оси вращения; с - напряжение внутреннего сцепления грунта.

- сила сжатия грунта для верхней поверхности винтовой лопасти;

сила сжатия грунта для нижней поверхности винтовой лопасти;

сила сжатия грунта усеченным наконечником, тело которого образовано поверхностью усеченного конуса вращения;

Подставляя найденные значения крутящего момента для завинчивания винтового рабочего органа и момента на бурение лидерной скважины получена формула для определения крутящего момента исследуемого винтового рабочего органа с забурником:

Анализ полученной функции показывает, что применение забурника в составе винтового рабочего органа позволяет снизить величину крутящего момента на 29%, при этом на крутящий момент для разбуривания грунта приходится 37%, на завинчивание 63%. Рациональными параметрами являются угол при вершине забурника и его диаметр, равный половине диаметра лопасти .

Список литературы

винтовой забурник геометрический грунт

1. Пат. 2530063 Российская федерация, МПК Е 02F5/18. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов способом прокола / Ю.Д. Тарасов, А.К. Николаев, Г.С. Панченко, Д.С. Густов; заявитель и патентообладатель Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" №2012109312/03;заявл. 26.06.2013; опубл. 10.10.2014.

2. А.с. 863831 СССР, МПК Е 21В 4/04 Устройство для образования скважин / Н.Е. Ромакин (СССР). №2807480/22-03; заявл. 08.08.79; опубл. 15.09.81, Бюл. №34. - 3 с.: ил.

3. Заявка на патент 2017115278 Российская Федерация, МПК Е 02F5/18. Оборудование для образования скважин / И.Г. Мартюченко, Е.В. Бойков.; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

4. Мартюченко И.Г. Винтовые рабочие органы машин для разработки мерзлых грунтов: монография. - М.:ИНФРА-М, 2014. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru