Обзор и анализ технических решений для повышения долговечности и улучшения технологичности элементов ударных узлов бурильных машин

Одним из способов повышения эффективности и экономичности бурильных машин является выбор и обоснование конструктивных параметров элементов ударных узлов с точки зрения требований технологичности и надежности. Ударный узел играет ответственную роль в качестве преобразователя энергии удара в полезную энергию ударного импульса, направленного непосредственно на разрушение какого-либо объекта. Лишь определенная геометрия соударяющихся элементов позволяет обеспечить оптимальный ударный импульс, наиболее эффективно соответствующий свойствам разрушаемого объекта, но ее подбор и обоснование должны включать в себя также отработку с точки зрения технологичности, что зачастую приводит к сложностям, а иногда и в принципе к невозможности использования соударяющихся элементов с геометрией сложнее цилиндра. Неотъемлемой частью ударной системы бурильной машины является породоразрушающий инструмент, конструкция которого также оказывает влияние на эффективность преобразования энергии ударного импульса в полезную энергию разрушения. Раскрываются возможности учета рациональных геометрических параметров ударных узлов в соответствии с требованиями технологичности их изготовления и приводятся варианты технических решений элементов ударных узлов машины, обеспечивающих не только повышение производительности буровых работ, но и сокращение затрат материала и средств на изготовление оборудования.

Теплякова А. В., Азимов А. М., Алиева Л., Жуков И. А. Обзор и анализ технических решений для повышения долговечности и улучшения технологичности элементов ударных узлов бурильных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 9. – С. 120–132. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_120.

Теплякова Анна Васильевна¹ — студент, e-mail: teplyakovanu@mail.ru,
Азимов Амирхон Махмудалиевич¹ — аспирант, e-mail: amirkhon.azimov@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-4062-0584,
Алиева Лейла¹ — аспирант, e-mail: leylasha.1997@mail.ru 
Жуков Иван Алексеевич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: tmmiok@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-9068-3201,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Жуков И.А., e-mail: tmmiok@yandex.ru.

1. Толстунов С. А., Половинко А. В. Определение эффективности применения машин ударного действия при добыче крепких горных пород // Записки Горного института. — 2013. — Т. 205. — С. 36—39.

2. Шадрина А. В., Саруев Л. А. Анализ и научное обобщение результатов исследований ударно-вращательного способа бурения скважин малого диаметра из подземных горных выработок // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2015. — Т. 326. — № 8. — С. 120—136.

3. Юнгмейстер Д. А., Исаев А. И., Ячейкин А. И., Соболева П. Д. Экспериментальные исследования погружного пневмоударника бурового станка // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 3. — С. 28—36. — DOI: 10.25018/0236-14932021-3-0-28-36.

4. Kenneth Omokhagbo Afebu, Yang Liu, Evangelos Papatheou Feature-based intelligent models for optimisation of percussive drilling // Neural Networks. 2022, vol. 148, pр. 266— 284. DOI: 10.1016/j.neunet.2022.01.021.

5. Данилов Б. Б., Смоляницкий Б. Н., Чещин Д. О. Обоснование принципиальных схем отклоняющих устройств в установках горизонтального направленного бурения скважин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2015. — № 3. — С. 106—116.

6. Репин А. А., Тимонин В. В., Алексеев С. Е., Кокоулин Д. И., Попелюх А. И. Повышение мощности малогабаритных погружных пневмоударников // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2016. — № 6. — С. 86—93.

7. Данилов Б. Б., Речкин А. А., Чещин Д. О. Экспериментальное определение местоположения центра поворота корпуса управляемого пневмопробойника // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 7. — С. 116—123. — DOI: 10.25018/02361493-2018-7-0-116-123.

8. Сабитов А. Э., Уразбахтин Р. Ю. Исследование параметров перфораторов-ударников для проходческих комплексов при проведении специальных выработок / Инновации на транспорте и в машиностроении: Сборник трудов IV международной научно-практической конференции. — СПб.: НМСУ «Горный», 2016. — С. 48—51.

9. Родин М. С., Иванов С. Л. Обоснование и выбор параметров устройства для разрушения негабаритов в подземных условиях рудников компании «Де Бирс» // Записки Горного института. — 2009. — Т. 182. — С. 105—109.

10. Andersson H., Sigfridsson E., Simonsson K., Leidermark D., Hilding D., Schill M. Validation of a co-simulation approach for hydraulic percussion units applied to a hydraulic hammer // Advances in Engineering Software. 2019, vol. 131, pр. 102—115. DOI: 10.1016/j.advengsoft.2018.12.001.

11. Керимов З. Э. Гидравлические машины ударного действия и их практическое применение // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2019. — № 10. — С. 481—489.

12. Dong Ge, Zhongwei Suo, Jianming Peng, Kun Bo, Jingqing Cheng, Pengyu Zhang Dynamic responses of a fluidic hammer with hydraulic-damping-device // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 200, article 108243. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.108243.

13. Eremjants V. E., Niu V. V. About selection of parameters of hydraulic vibro-impact machines for surface cleaning // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2016, no. 2, pр. 20—24.

14. Лагунова Ю. А., Митусов А. А., Решетникова О. С. Специфические особенности эксплуатации механизмов ударного действия // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горно-шахтного и нефтепромыслового оборудования. — 2016. — Т. 1. — С. 72—75.

15. Репин А. А., Алексеев С. Е., Попелюх А. И. Методы повышения надежности деталей ударных машин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2012. — № 4. — С. 94—101.

16. Лазуткин С. Л., Лазуткина Н. А. Определение рациональных параметров исполнительных элементов ударной системы адаптивного ударного устройства // Современные наукоемкие технологии. — 2019. — № 5. — С. 58—63.

17. Iungmeister D. A., Korolev R. I., Karlov V. A. Improvement of shock system of hydraulic drill to increase drilling intensification // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 194, no. 3, article 032006. DOI: 10.1088/1755-1315/194/3/032006.

18. Павлов Е. В. Исследование конструкторско-технологических особенностей базовых деталей пневмоударников и породоразрушающего инструмента // Известия ЮгоЗападного государственного университета. Серия: Техника и технологии. — 2013. — № 3. — С. 68—76.

19. Павлов Е. В. Обеспечение механических свойств ротационных деталей, работающих в условиях ударных нагрузок // Актуальные проблемы в машиностроении. — 2016. — № 3. — С. 324—329.

20. Попелюх П. А., Попелюх А. И. Повышение надежности деталей ударных машин с помощью изотермической закалки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). — 2012. — № 4(57). — С. 79—82.

21. Кызыров К. Б., Митусов А. А., Решетникова О. С. Проектировочные исследования параметров гидромолота для горной и строительной промышленностей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 9. — С. 220—226. — DOI: 10.25018/0236-1493-2018-9-0-220-226.

22. Гринько А. А., Сысоев Н. И., Гринько Д. А. Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии долота на горную породу // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 102—115. — DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-102-115.

23. Aldannawy H., Rouabhi A., Gerbaud L. Percussive drilling: Experimental and numerical investigations // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022, vol. 55, no. 3, pp. 1555—1570. DOI: 10.1007/s00603-021-02707-5.

24. Болобов В. И., Ле Тхань Бинь, Чупин С. А., Плащинский В. А. Зависимость наработки пики гидромолота от износостойкости ее материала // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 68—79. — DOI 10.25018/0236-14932020-5-0-68-79.

25. Болобов В. И., Ле Тхань Бинь Закономерности разрушения материала ударника при повторяющихся единичных ударах // Записки Горного института. — 2018. — Т. 233. — С. 525—533. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.525.

26. Сысоев Н. И., Гринько А. А., Гринько Д. А. Обоснование структуры и рациональных конструктивных параметров перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 7. — С. 113—124. — DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_113.

27. Жуков И. А., Смоляницкий Б. Н., Тимонин В. В. Повышение эффективности погружных пневмоударников на основе оптимизации формы соударяющихся деталей // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — № 2. — С. 37—42. — DOI: 10.15372/FTPRPI20180205.

28. Жуков И. А., Тимофеев Е. Г., Молчанов В. В. Моделирование продольных колебаний сложных бойков ударных систем // Научное обозрение. — 2015. — № 5. — С. 90—93.

29. Zhukov I. A., Repin A. A., Timofeev E. G. Automated calculation and analysis of impacts generated in mining machine by anvil blocks of complex geometry // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 134, article 012071. DOI: 10.1088/1755-1315/134/1/012071.

30. Жуков И. А., Дворников Л. Т. Патент РФ № 2484944. Ударник бурильной машины. — 2013. — Бюл. № 17.

31. Караманиц Ф. И., Громадский А. С., Кузьменко Д. И. Создание и исследование новых коронок для бурения компенсационных шпуров и скважин в скальных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 2. — С. 175—184. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-2-0-175-184.