Пробивање на кодот за дупчење на тврди карпи: технологијата DTH што ја менува играта.
Според геолошките услови на градежната област, постојат четири главни методи на дупчење кои вообичаено се користат од дупчалки, како што е прикажано на слика 1.
а. Ротациони глави со пневматски или хидраулични погони во комбинација со опрема за удар ја пренесуваат ротационата и ударната енергија низ горниот дел одцевка за дупчење, доставувајќи енергија до дупката за дупчалка преку ударни бранови во цевката за дупчење. Овој метод е ограничен на мали дијаметри и плитки длабочини и генерално се користи во каменоломи, градилишта и подземни рударски операции.
б.Чекани на Down-The-Hole (DTH). се наоѓаат на дното на низата за вежба. Компримираниот воздух влегува во DTH преку жицата на дупчалката, придвижувајќи го клипот во повратно движење што директно влијае на дупчалката, пренесувајќи ја енергијата на ударот на карпата. Овој систем има минимална загуба на енергија и е особено погоден за длабоки дупки, прави дупки и средно цврсти карпи.
в.Дупчење со обратна циркулација (RC).користи DTH за собирање и транспортирање на примероци од карпи од лицето на дупчалката. Сувите и неконтаминирани сечи се пренесуваат преку централната цевка на DTH во уред за собирање примероци, подготвувајќи се за геолошка анализа.
г. Менувач управуван од хидраулични или електрични мотори формира ротирачка моќна глава, применувајќи доволна сила за напојување на триконусната дупчалка преку системот за напојување што се движи нагоре и надолу по дупчалката и цевката за дупчење со дебели ѕидови. Овој метод се користи за помеки карпи или силно споени тврди карпи.
- Принципи и карактеристики на DTH
Формациите дупчени со DTH се речиси целосно способни да ги вклучат сите магматски карпи, метаморфни карпи и седиментни карпи кои се средно тврди или поцврсти. DTH е особено поволен за дупчење на тврди карпи и цврсти слоеви бидејќи тврдиот камен има тенденција да биде кршлив. При ударни оптоварувања, фрактури не само што се случуваат на местото на директното влијание, туку и создаваат скршена зона, што резултира со поголеми фрагменти од карпи. Така, брзината на дупчење е значително поголема во споредба со чистото ротирачко дупчење. Механичкиот модел на Слика 2 ги илустрира различните оптоварувања што делуваат на карпата при ударно ротирачко дупчење.
Дополнително, дупчењето DTH (Down-the-Hole) е високо ефикасно кај формации склони кон отстапување на бушотини, како што се слоеви со добро развиена постелнина и фолијација, или карпести слоеви со нерамна цврстина и многу фрактури. Може значително да го намали отстапувањето на дупнатината и, исто така, да ги надмине тешкотиите при дупчење низ слоевите од чакал и карпите.
Дупчењето DTH беше развиено кон крајот на 19 век и има историја од повеќе од еден век. Иако постојат многу типови на дупчалки за DTH, тие имаат заедничка карактеристика: и механизмот за удар и дупчалката се потопени во дупнатината, со ротација во комбинација со удар за да се скрши карпата. Опремата што се користи за генерирање на силата на удар може да се категоризира според нивниот метод на возење на пневматски, хидрауличен, притисок на масло, електрични и механички типови.
Бидејќи енергијата од ударот доживува значителни загуби за време на преносот и може да предизвика значителна штета на погодените компоненти, генерално е потребно во подлабоките операции на дупчење опремата да влезе во дупката со алатот за дупчење, така што излезната ударна сила може да дејствува директно на дупчалката или јадрото на цевката. Ова ја минимизира загубата на енергија за време на преносот, ја подобрува енергетската ефикасност и ја намалува веројатноста за дефекти на опремата во дупката.
Пневматски DTH, исто така познат како DTH управуван од воздух, доаѓа во многу структурни типови и методи на класификација.
- Според рејтингот на притисок: типови под висок, среден и низок притисок.
- По севкупна структура: не-преку и преку типови.
- Според принципот на работа на вентилот: тип на контролен вентил, тип на слободен вентил и тип на хибриден вентил.
- Според структурата на клипот: клипот со еднаков дијаметар, клипот со нееднаков дијаметар и типовите на клипот во тандем.
- По тип на дистрибуција на воздух: DTH со вентил и DTH без вентил. DTH со вентили може да се подели на типови на плочест вентил, вентил со диск и цилиндрични вентили, додека DTH без вентил може да се подели на тип на издувни гасови од централна прачка, тип на дистрибуција на воздух на клипот и комбинирана дистрибуција на воздух по клип, цилиндар и централна прачка.
- Со миење со дупчиња и метод на испуштање згура: перење со централна дупка, перење со предна дупка и перење со странични дупчиња.
2. Определување на структурни шеми на механизмот на влијание
2.1 Механизам за удар без вентил за снабдување со клип
Овој тип на ударен механизам првенствено ги користи премините за гас во самиот клип за снабдување со гас, што резултира со сложена структура на клипот со бројни гасни канали, што ја намалува јачината и животниот век на клипот. Сепак, овој механизам за удар ги интегрира внатрешните и надворешните цилиндри, зголемувајќи ја ефективната работна површина на клипот и зголемувајќи ја енергијата на ударот на механизмот.
2.2 Механизам за удар без вентил за снабдување со клип и цилиндар
Овој тип има едноставна структура која е лесна за производство, има подолг животен век на клипот, а дупките за гас се наоѓаат и на цилиндерот и на клипот. Оваа структура е широко користена во странство.
2.3 Механизам за удар без вентил за снабдување со гас на централната цевка
Во овој механизам, премините за довод на воздух за горната и долната комора се наредени на кружната цевка каде што се лизга клипот. Потребна е голема прецизност при производството и има релативно краток век на траење на централната цевка.
2.4 Страничен механизам за удар на издувните гасови
Таканаречениот страничен издув значи дека патеката на издувните гасови излегува од телото на цилиндерот наместо да поминува низ центарот на дупката за вежба до дното на дупката. Овој тип на механизам за удар обично има многу патеки за довод и издувни гасови на телото на цилиндерот, што доведува до слаба структурна цврстина, потенцијал за надолжни пукнатини од замор и значително губење на притисокот на воздухот, што резултира со неоптимално отстранување на остатоци и ефекти за ладење на дупчалката.
2.5 Механизам за удар на централниот издув
Овој тип на механизам за удар ги исфрла остатоците и гасот директно од центарот на дупката за дупчење до дното на дупката. Директниот проток на воздух не само што ја подобрува ефикасноста на отстранувањето на остатоците, туку ја подобрува и ефикасноста на дупчењето и ладењето, продолжувајќи го животниот век на дупчалката. Овој структурен тип ги заменува бројните надолжни жлебови во внатрешниот цилиндар на механизмите за удар на страничните издувни гасови со прстенест жлеб, што значително ја намалува концентрацијата на стрес во внатрешниот цилиндар. Таа стана широко прифатена структура во последниве години.
Механизам за удар на клипот 2.6 Серија
Серискиот механизам за удар на клипот, исто така познат како ударен удар со двоен клип (глава), го дели цилиндерот во две комори користејќи изолационен прстен. Овој дизајн им овозможува на двете страни на клипот да работат истовремено во ист дијаметар на отворот, што резултира со поголема моќност на удар и поголема фреквенција на удар. Соодветно, постои двоен издувен систем кој ефикасно го отстранува камениот прав од дното на дупката. Сепак, неговиот главен недостаток е неговата сложена структура и потребата за висока прецизност во деловите за обработка; на пример, клипот има до пет површини за парење со поврзани компоненти, што ја ограничува неговата примена и промоција. Затоа, овој дизајн ја прифаќа втората опција, а тоа е механизмот за удар без вентил со комбинирано снабдување со клип и цилиндар. Неговата структура е прикажана на слика 3.
3.Теоретска анализа и релевантни пресметки за ДТХ
3.1 Избор на оперативни параметри**
3.1.1 Должина и тежина на чеканот: Прелиминарниот дизајн одредува должина помала од 4500 mm и тежина помала од 2500 kg.
3.1.2 Дијаметар на чекан: Соодветниот дијаметар на чеканот се одредува врз основа на дијаметарот на дупчењето, поставен на 540 mm.
3.1.3 Дијаметар на дупчење: Ова се однесува на дијаметарот на дупката на купот, генерално помеѓу 550 mm и 600 mm.
3.1.4 Длабочина на дупчење: Според барањата за дизајн на купови, ова е обично помеѓу неколку десетици метри и сто метри.
3.1.5.
3.1.6 Вртежен момент: Максималниот вртежен момент за овој дизајн е поставен на 150 kN·m.
3.2 Пресметка на параметри за дизајн
Дизајнерските параметри за DTH, особено параметрите на перформансите на опремата за удар со DTH, служат како основа за дизајнот на машината и ги дефинираат перформансите на произведената опрема.
3.2.1 Конструктивен притисок P за опрема за удар
Во Кина, притисокот од 0,49 MPa (приближно 5 × 10 ^ 5 Pa) е широко избран како дизајнерски стандард за опрема за пневматско влијание. Имајќи предвид дека DTH за овој дизајн е уред за удар без вентил со голем дијаметар на дупчење и тежок клип, повисокиот воздушен притисок дополнително ќе ги подобри перформансите. Дополнително, воздушните компресори под висок притисок се сè почести, а во согласност со меѓународниот стандард ISO 5941-1979, се избира дизајнерски притисок од 1,6 MPa.
3.2.2 Моќ на удар
За DTH што се користи за дупчење дупки со голем дијаметар, енергијата на влијанието на дизајнот може значително да флуктуира. Енергијата на удар за овој дизајн се пресметува на следниов начин:
3.2.3 Фреквенција на влијание
Општо земено, при постојана енергија на ударот, фреквенцијата на ударот е пропорционална на излезната моќност на ударното тело. Меѓутоа, кога дијаметарот на цилиндерот е фиксиран, зголемувањето на фреквенцијата на ударот бара намалување на ударот на клипот, што пак ја намалува моќноста на единечниот удар. Штом моќта на еден удар падне под одреден праг, зголемувањето на фреквенцијата нема да даде задоволителни резултати од кршење на карпите. Така, изборот на фреквенцијата на ударот е ограничен од моќноста на ударот.
За пневматски DTH кој работи на проектен притисок од 0,5 MPa, фреквенцијата не треба да надминува 16,8 Hz. Бидејќи DTH работи при проектирани притисоци помеѓу 0,5 и 2,5 MPa, фреквенцијата на удар може значително да се разликува. Почетниот избор на фреквенцијата на ударниот удар може да се пресмета на следниов начин:
f = 10,4 + 7,6P
(2) каде што P е притисокот за напојување на системот. За овој дизајн, P = 1,6 MPa, затоа:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Дизајн на структурни параметри
Главните структурни параметри на DTH вклучуваат дијаметар на отворот на цилиндерот, удар на клипот и димензии на клипот. Зголемувањето на дијаметарот на цилиндерот може да ја подобри моќноста и фреквенцијата на ударот, така што дијаметарот треба да се максимизира во границите на структурната големина. Вообичаено, разликата помеѓу надворешниот дијаметар на DTH и дијаметарот на отворот не треба да биде помала од 15 до 20 mm, а надворешната обвивка на DTH не треба да биде премногу тенка. Затоа, односот на дијаметарот на цилиндарот DTH до дијаметарот на дупчењето е генерално над 0,5.
3.3.1 Работен дијаметар на цилиндерот и структурен удар
Работниот дијаметар D на цилиндерот може да се пресмета на следниов начин:
D = K × D (дупнатина) = (0,57 - 0,68) × D (дупнатина) (3)
За овој дизајн, D(буна) = 600 mm, така што D се зема како 360 mm. Структурниот удар S е емпириски земен како S = 500 mm.
3.3.2 Маса на клипот
Радијалните димензии на клипот се ограничени од големината и структурата на цилиндерот, што овозможува клипови со еднаков или различен дијаметар. Линеарните димензии зависат од тежината на клипот, која исто така е поврзана со брзината што ја има при ударот на дупчалката. Затоа, одредувањето на структурните димензии на клипот е сложен аспект на дизајнот на DTH. Масата на клипот DTH може да се процени на следниов начин:
m = 0,0205D^2,84 (4)
каде што m е масата на клипот во kg; D е работниот дијаметар на цилиндерот во cm.
Замената на D = 36 дава: m = 540 kg.
DTH главно се состои од структура за пренос на вртежен момент и механизам за пневматско влијание. Структурата за пренос на вртежен момент ги поврзува прачката за вежба и DTH, пренесувајќи ротациони сили за сечење и влечење; пневматскиот ударен механизам генерира удар, обезбедувајќи аксијална моќност на ударната дупчалка. Специфичните детали за структурата се прикажани на Слика 3.
Структурата за пренос на вртежниот момент ги поврзува прачката за дупчење и ударниот удар. Горниот спој се поврзува со шипката за дупчење и ударниот удар преку навои на цевките, првенствено за да се обезбеди затегнатост на гасот, а истовремено пренесува вртежен момент и сила на влечење. Повратниот вентил спречува кал и вода да навлезат во ударниот и шипката за дупчење, контролирани со пружина. Седиштето за довод на воздух со шипката за довод на гас функционира за внесување на компримиран воздух во цилиндерот, олеснувајќи го дејството на снабдувањето со гас заедно со цилиндерот и клипот, со што се постигнува комбинирано снабдување со гас. Заштитниот прстен на пружината го спречува клипот да се излизга од цилиндерот при замена на дупчалката.
3.4 Анализа на конечни елементи на DTH дупчалка
Дупчалката DTH е подложена на ударни сили од клипот и вртежен момент од погонската глава. Силата што се врши на клипот од компримиран воздух е дадена со:
F = P × S (5)
каде што P е притисокот на системот во Pa; S е површината на силата на клипот во m².
Така, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Според тоа, силата на удар на дупчалката е:
F' = kF (6)
каде k е коефициентот на влијание; F е силата што ја врши на дупчалката компримиран воздух во N. Така, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Вртежниот момент што се применува на дупчалката DTH од погонската глава е N = 150 kN. Со нанесување F' = 2688 kN и N = 150 kN на дупчалката при фиксирање на долната крајна страна на дупчалката и со употреба на материјал QT500-7 со јачина на отстапување од 320 MPa, се врши анализа на конечни елементи. Специфичните услови за оптоварување и ограничување и поделбата на решетката се прикажани на сликите 4 и 5.
Резултатите од анализата на конечните елементи се прикажани на Слика 6, што покажува дека максималното напрегање е 144,355 MPa, што е помало од јачината на попуштање на QT500-7 (320 MPa), со што се задоволуваат барањата.