Манипуляторы. 
Взрывные работы

Манипуляторы одни из основных механизмов, механизирующих тяжелую операцию перестановки перфоратора. Манипуляторы можно монтировать на буровых каретках, на корпусах погрузочных машин и на распорных колонках. Известно большое количество различных конструкций манипуляторов. По принципу работы привода их можно разделить на механические, гидравлические, пневматические и комбинированные (рис. 1.14).

Механические манипуляторы (рис. 1.14, а) операцию подъема или перемещения стрелы с автоподатчиком и перфоратором производят с помощью винтового, реечного или канатио-подъёмного механизма.

(домкрата), обеспечивая жесткую фиксацию буровой машины в заданном рабочем положении.

Гидравлические манипуляторы обладают наиболее высокими эксплуатационными качествами. Механизируя все вспомогательные операции при бурении, они легко могут быть переведены на управление с некоторого расстояния (дистанционное), что улучшает условия работы бурильщика, так как в этом случае исключается вредное действие на человека вибраций буровой машины и немного снижается воздействие шума. На рис. 1.14, б приведена кинематическая схема гидравлического манипулятора, обеспечивающего перемещение и установку автоподатчика с перфоратором в любом положении. Масло под давлением подаётся от гидронасосной установки, смонтированной на буровой каретке, в цилиндры гидродомкратов.

Пневматические манипуляторы (рис. 1.14, в) также могут обеспечить механизацию вспомогательных операций при перфораторном бурении. Однако здесь для фиксирования перемещаемого элемента в заданном положении требуются зажимы или фиксаторы. Если при работе требуется сохранить автоподатчик с перфоратором в заданном положении при перемещении стрелы манипулятора, то применяются корректоры (1.14, г).

Автоподатчики автоматизируют операцию подачи пневматического перфоратора вперед при бурении и назад после окончания бурения.

Автоподатчики по принципу работы можно разделить на следующие группы и подгруппы:

• 1. Телескопные автоподатчики:
  • а) с неподвижным поршнем;
  • б) с неподвижным цилиндром и движущимся поршнем;
  • в) шагающие;
  • г) канатные.
• 2. Моторные автоподатчики:
  • а) с подающим винтом и гайкой;
  • б) с подающей цепью.
• 3. Вибрационные автоподатчики.
• 4. Дифференциально-винтовые автоподатчики.

По применяемой энергии автоподатчики бывают пневматические, электрические, гидравлические или комбинированные пневмогидравлические и электрогидравлические. Практическое значение в настоящее время имеют автоподатчики, работающие на пневматической энергии.

3 — стрела; 4 — автоподатчик с перфоратором

Кинематические схемы автоподатчиков показаны на рис. 1.15.

Телескопный автоподатчик с неподвижным поршнем, полый шток которого крепится в корпусе воздуховпускной коробки, получает сжатый воздух от шахтного воздухопровода через шланг и внутреннюю полость коробки крана (рис. 1.15, а). Если окно а совпадает с каналом полого штока, то сжатый воздух попадает в переднюю полость цилиндра, заставляя последний двигаться вперед. В это время задняя полость цилиндра с помощью выточки на пробке и кольцевой полости, имеющейся между внутренней и наружной трубками штока, через выпускное окно сообщается с атмосферой.

При повороте ручки крана в положение II сжатый воздух поступает в заднюю полость цилиндра, производя реверсирование подачи, передняя полость цилиндра через выточку в пробке крана и окно будет поставлена на выхлоп воздуха. При слишком большом усилии подачи, развиваемом автоподатчиком, вызывающем снижение работоспособности перфоратора, давление воздуха в цилиндре можно понизить, нажимая кнопку разгрузочного клапана 6.

Величина усилия подачи, развиваемого механизмом, определяется по формуле где к — коэффициент потерь давления воздуха, равный 0,85. .0,9; F- рабочая площадь поршня, см²; F — среднее рабочее давление воздуха в цилиндре телескопа, принимаемое равным 0,85…0,90 от манометрического давления сжатого воздуха, МПа; ц — КПД механизма, обычно равный 0,8…0,9.

Телескопный автоподатчик с неподвижным цилиндром имеет подвижный поршень, шток которого соединен с держателем перфоратора (рис. 1.15, б). Питание сжатым воздухом передней и задней полости цилиндра производится через трубки, а и б. При положении ручки / воздушного крана происходит подача перфоратора вперед, при положении ручки II — подача назад.

Телескопный шагающий автоподатчик (рис. 1.15, в) имеет небольшую длину подачи (150. .300 мм). При работе шток поршня упирается упором в планки, имеющиеся на салазках, а цилиндр передвигается вперед вместе с перфоратором на длину подачи. Затем поршень втягивается в цилиндр, делая шаг, и процесс возобновляется.

Автоматическое шагание осуществляется с помощью золотникового воздухораспредслсния.

Усилие подачи вперед, развиваемое шагающим телескопом, можно определить по формуле.

При этом где D — диаметр цилиндра в см; d — диаметр штока, см.

• 2 — цилиндр; б — телескопный с неподвижным цилиндром и движущимся поршнем: 1 — поршень; 2 — держатель; в — телескопный, шагающий:
• 1 — поршень; г — пневматический канатный: 1- канатик; 2 — поршень;

Рис. 1.15 (окончание). Кинематические схемы автоподатчиков: д — моторный, винтовой: 1 — гайка подачи; 2 — винт; е — моторный цепной:

• 1 — цепная передача; 2 — мотор; ж — вибрационный:
• 1 — переключатель подачи; 2 — рейка зубчатая; з — дифференциальный винтовой;
• 1 — гайка подачи; 2 — привод подачи; 3 — винт

Телескопный канатный автоподатчик вместо штока имеет канат (рис. 1.15, г). Канат крепится к головке поршня, проходит через уплотнённые отверстия в крышках цилиндра и присоединяется к держателю перфоратора.

Сжатый воздух с помощью крана направляется по каналам трубок а и б в правую или левую полость цилиндра телескопа, создавая соответствующее перемещение головки поршня и подачу перфоратора. При конструировании телескопных автоподатчиков расчёт основных параметров производится, исходя из полной величины усилия подачи.

Моторный винтовой автоподатчик оснащен роторным призматическим двигателем, вращательное движение которого преобразуется с помощью винтовой пары в поступательное движение перфоратора (рис. 1.15, д).

Величину усилия подачи, развиваемого механизмом, можно определить по формуле где М — величина крутящего момента по подающей гайке, кН; d_c — средний диаметр винта подачи, см; а — угол подъёма резьбы, градус; г| - КПД механизма.

Величина крутящего момента может быть замерена или определена по формуле где N — мощность мотора ав гоподатчика, кВт; п — число оборотов гайки в 1 мин.

Скорость подачи где t — шаг винта, см.

В моторном цепном автоподатчике (рис. 1.15, е) вращательное движение от мотора через червячный редуктор передается на ведущую звёздочку пластинчатой цепи. Цепь, прикрепленная концами к держателю перфоратора, перемещает его вперед или назад в зависимости от направления движения, создаваемого мотором. Натяжение цепи регулируется натяжным устройством. Усилие подачи, развиваемое автоподатчиком, можно определить по формуле.

Скорость подачи, которую может развивать автоподатчик, определится по формуле.

где d — диаметр ведущей звездочки, м; п — число оборотов ведущей звездочки в 1 мин.

Вибрационный автоподатчик (рис. 1.15, ж) использует собственные колебания перфоратора, возникающие вследствие действия в машине знакопеременных сил. При этом механизм погашает одно направление колебаний, оставляя свободным второе направление. Сумма колебаний в одну сторону создает движение подачи перфоратора.

В практике известно несколько конструкций вибрационных автоподатчиков, применявшихся при перфораторном бурении. Парой, фиксирующей колебания перфоратора, может быть упор и рейка, винт и гайка с нссамотормозящсйся резьбой, система клиньев и др.

Величина усилия подачи виброподатчика.

где F₂ — площадь поршня перфоратора, на которую давит воздух при ходе назад, см²; Р' — среднее рабочее давление воздуха перфоратора, МПа; г) — КПД механизма.

Скорость подачи, развиваемая механизмом, равна скорости бурения. Скорость реверсирования.

где и — частота ударов поршня в 1 мин; т — масса поршня; М" — масса перфоратора и его держателя (вместе); г| - коэффициент потерь, г) = 0,7. .0,8.

Дифференциально-винтовой автоподатчик использует вращение поворотной буксы перфоратора или поворотного винта, которое передаст на подающую гайку (рис. 1.15, з). Одна из цапф подающего винта зажата тормозом с силой, обеспечивающей нормальную работу перфоратора при бурении.

Усилие подачи дифференциально-винтового автоподатчика.

где Мщ, — крутящийся момент, развиваемый перфоратором, Н • см; г_с — средний радиус подающего винта, см; а — угол подъёма резьбы подающего винта; г| - КПД механизма. Скорость подачи.

где t — шаг винта, мм; п — число оборотов подающей гайки в 1 мин; п₂ — число оборотов подающего винта в 1 мин.

При малых скоростях бурения число оборотов гайки снижается и приближается к скорости вращения винта.

Автомаслёнки обеспечивают смазку всех трущихся элементов пневматического перфоратора. Автоматическая подача масла осуществляется за счет всасывания масла из резервуара, которое создается за счет перепада давления в струе сжатого воздуха, проходящего по каналу, имеющему сужения или расширения. Засасываемое масло подхватывается струей воздуха и, поступая в перфоратор, производит смазку.

Качественную смазку обеспечивают магистральные автомаслёнки, имеющие объём масла, достаточный для восьмичасовой работы перфоратора. Смазочные масла, соответствующие условиям работы пневматических ударных машин, должны обладать прочностью слоя смазки не ниже 60 МПа, малой кислотностью, отсутствием механических примесей, температурой застывания нс выше рабочей температуры машины (-10 °С) и способностью деэмульсироваться с водой. Такими качествами обладают средние индустриальные масла 12, 20, 30 и 45. Консистентные смазки рекомендуются для трущихся пар, имеющих невысокие скорости движения.