Обоснование структуры и рациональных конструктивных параметров перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента

Представлен один из способов совершенствования принципа работы и конструкции перфоратора, который заключается в изменении траектории внедрения бурового инструмента в породный массив с осевой на винтовую. Внедряясь в породный массив с поворотом в сторону плоскости образования потенциально крупного скола, инструмент формирует в нем дополнительные растягивающие и сдвигающие напряжения, что позволяет более эффективно использовать энергию удара на отделение породы от массива. Представлена структурная и компоновочная схемы перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента, обеспечиваемого дополнительным храповым механизмом и хвостовиком бура с геликоидальной нарезкой. На основании ранее выполненных исследований и проведенных расчетов дополнительных элементов перфоратора определены кинематические и конструктивные параметры, обеспечивающие необходимые запасы прочности. Для выявления опасных сечений наиболее нагруженных деталей методом конечно-элементного анализа выполнен статический анализ напряжений. Представлен рабочий инструмент в виде однолезвийной буровой коронки с ассиметричной твердосплавной пластиной, обеспечивающей уменьшение энергоемкости разрушения породы в 1,15 раза, чем при использовании коронки с симметричной пластиной. Предлагаемая модернизация перфоратора не повлечет существенных изменений основных элементов и параметров серийно выпускаемых перфораторов.

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.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-35-90079.

Сысоев Николай Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: sysoevngmo@gmail.com,
Гринько Антон Александрович¹ — аспирант, e-mail: nextdingo@mail.ru,
Гринько Дмитрий Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: dingo17@mail.ru,
¹ Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.

Гринько А.А., e-mail: nextdingo@mail.ru.

1. Алимов О. Д., Дворников Л. Т. Бурильные машины. — М.: Машиностроение, 1976. — С. 295.

2. Лукьянов В. Г., Крец В. Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник для СПО. — М.: Изд-во Юрайт, 2016. — 342 с.

3. Крапивин М. Г., Раков И. Я., Сысоев Н. И. Горные инструменты. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1990. — 256 с.

4. Хазанович Г. Ш. Актуальные направления научных исследований горнопроходческого оборудования // Горное оборудование и электромеханика. — 2018. — № 2(136). — С. 41—45.

5. Юнгмейстер Д. А., Уразбахтин Р. Ю., Мельников Д. А. Горные машины с модернизированными конструкциями ударных исполнительных органов / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник научных статей XV Международной научно-технической конференции. — 2017. — С. 124—128.

6. Юнгмейстер Д. А. Модернизация гидравлических бурильных головок // Горное оборудование и электромеханика. — 2017. — № 4. — С. 8—13. https://elibrary.ru/item.asp? id=29421819.

7. Сысоев Н. И., Гринько Д. А., Гринько А. А. Совершенствование ударно-поворотного способа бурения / Актуальные проблемы недропользования-2020: материалы международной научно-практической конференции. — Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2021. — 276 с.

8. 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.

9. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т. 2. 8-е изд., перераб. и доп. / Под ред. И.Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 912 с.

10. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т. 2. 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1979. — 559 с.

11. Nawar M. T., Arafa I. T., Elhosseiny O. M. Numerical damage evaluation of perforated steel columns subjected to blast loading // Defence Technology. 2021. DOI: 10.1016/j. dt.2021.03.019.

12. Liu S., Luo Y., Jia H. Vibration mechanism and characteristics analysis of drill rod when drilling roof bolt hole // Journal of China University of Mining and Technology. 2016, vol. 45, pp. 893–900.

13. Karasawa H., Ohno T., Miyazaki K., Eko A. Experimental results on the effect of bit wear on torque response // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016, vol. 84, pp. 1–9.

14. Davide Piovesan, Phanindra Alladi Analysis of an energy saving ratchet-based ankle exoskeleton / ASME 2016 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference IDETC2016. August 21—24, 2016, Charlotte, North Carolina.

15. Wael Kassem Strut-and-tie modelling for the analysis and design of RC beam-column joints // Materials and Structures. 2016, vol. 49, no. 8, pp. 3459—3476.

16. Сысоев Н. И., Гринько А. А. Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии клина на горную породу / Результаты исследований-2020: материалы V Национальной конференции профессорско-преподавательского состава и научных работников. — Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2020. — 282 с.