Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Анализ причин отказов комбинированных и шарошечных долот и основные направления повышения их работоспособности 9
1.2. Обзор и анализ конструкций комбинированных режуще-шарошечных долот 25
1.3. Обзор и анализ конструкций систем смазки шарошечных долот 34
1.4. Обзор и анализ исследований по динамике работы шарошечных органов долот 45
1.5. Цель и задачи исследований .54
Выводы 57
2. Методика и техника проведения исследований 60
2.1. Выбор независимых переменных эксперимента на основе анализа размерностей 60
2.2. План лабораторного эксперимента 65
2.3. Техника проведения лабораторных исследований 70
2.4. Техника и методика производственных исследований 78
Выводы 82
3. Исследование динамики шарошечного и режущего органов комбинированного долота 85
3.1. Алгоритм обработки экспериментальной информации 85
3.2. Исследование динамики работы шарошечного органа комбинированного долота 91
3.3. Анализ работы режущего органа комбинированного долота 108
3.4. Математическая модель динамической системы комбинированного долота с принудительной разгрузкой режущего органа 129
Выводы. 140
4. Повышение работоспособности шарошечных и комбинированных долот 143
4.1. Повышение работоспособности шарошечных органов долот 143
4.2. Повышение работоспособности режущего органа комбинированного долота 157
4.3. Опытная эксплуатация шарошечных долот со смазкой 165
4.4. Результаты испытаний комбинированных долот со смазкой опор шарошек 176
Выводы 185
5. Технико-экономическая эшфективность результатов исследований 188
5.1. Экономическая эффективность применения устройств для автоматической смазки опор шарошечных долот 188
5.2. Экономическая эффективность использования новых конструкций режуще-шарошечного бурового инструмента 191
Выводы. 196
Заключение 198
Литература 201
Приложения 217
- Обзор и анализ исследований по динамике работы шарошечных органов долот
- Техника проведения лабораторных исследований
- Математическая модель динамической системы комбинированного долота с принудительной разгрузкой режущего органа
- Повышение работоспособности режущего органа комбинированного долота
Введение к работе
Актуальность работы. В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г. /116/ особое внимание уделяется рациональным путям добычи природных ресурсов. Наиболее эффективным является открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и интенсивного использования горнотранспортного оборудования.
Затраты на бурение скважин при открытом способе составляют до 30$ от общего объема работ. Интенсификация отработки месторождений при постоянно растущих коэффициентах вскрыши требует всемерного совершенствования процесса бурения. Основным видом бурового оборудования в настоящее время и на ближайшую перспективу являются станки шарошечного бурения. В последние годы при бурении сложноетруктурных пород наряду с шарошечным инструментом используются комбинированные режуще-шарошечные долота (РЩЦ) /125/.
Ввиду низкой стойкости и высокой стоимости долот расходы на инструмент достигают 1/3 стоимости бурения. Улучшение технико-экономических показателей работы буровых станков может быть достигнуто за счет увеличения долговечности долот. Решение вопросов повышения работоспособности бурового инструмента связано с необходимостью установления динамических характеристик работы породоразрушающих органов. Поэтому определение динамических нагрузок на буровом инструменте и разработка способов повышения его работоспособности является актуальной научной задачей.
Цель работы - повышение работоспособности шарошечного и комбинированного бурового инструмента, обеспечивающее улучшение технико-экономических показателей работы буровых станков.
Идея работы. Повышение работоспособности шарошечного и комбинированного инструмента достигается за счет использования лубрикаторов для смазки опор шарошечных органов и реализации адекватных динамических моделей при создании новых конструкций бурового инструмента.
Основные научные положения, защищаемые в диссертации:
- установлены закономерности формирования динамических нагрузок на режущем и шарошечном органах комбинированного долота, позволяющие определить пути повышения его работоспособности и рациональную область применения;
- разработана математическая модель динамической системы комбинированного долота, позволяющая производить выбор его параметров с учетом обеспечения благоприятного динамического режима работы;
- повышение работоспособности шарошечных органов долот обеспечивается применением созданных конструкций лубрикаторов, отличающихся экономичностью и надежностью.
Достоверность научных положений обосновывается и подтверждается;
- рациональным планированием эксперимента с использованием анализа размерностей;
- методами обработки экспериментальной информации с привлечением теории статистической динамики и реализации на ЭВМ специально разработанного алгоритма расчета статистических характеристик динамических параметров;
- удовлетворительной сходимостью расчетных показателей с экспериментальными данными (погрешность до 20$);
- положительными результатами опытно-промышленной эксплуатации разработанных конструкций нового бурового инструмента.
Новизна и научное значение работы:
- получена зависимость смещения режущего органа комбинированного долота и усилия на нем от условий и режимов бурения;
- установлено влияние параметров режимов и условий бурения комбинированным долотом на динамическую нагруженность его шарошечного органа;
- на основании полученных закономерностей формирования динамических нагрузок обоснованы рациональные режимы бурения и область применения режуще-шарошечного долота;
- разработана математическая модель динамической системы комбинированного долота, используемая для проверки динамических свойств проектируемого бурового инструмента.
Практическая ценность заключается в разработке:
- устройств для принудительной автоматической смазки опор шарошечных долот;
- лубрикаторов для подачи консистентной и жидкой смазки в опоры комбинированных долот;
- режуще-шарошечных долот избирательного действия, обеспечивающих при бурении крепких пород отвод режущего органа от забоя и предотвращение аварийного его износа.
Методика проведения исследований. В работе использованы результаты лабораторных, теоретических и промышленных исследований с применением основных положений анализа размерностей и теории инженерного эксперимента, методов статистической динамики, математического аппарата теории колебаний и теории случайных функций. Экспериментальная часть исследований выполнена на специальном стенде в лаборатории бурения кафедры горных машин ИЛИ, а также в условиях угольных, рудных и россыпных месторождений ПО "Востсибуголь", "Красноярскуголь", "Якуталмаз и "Северовос-токзолото".
Обработка массивов статистической информации, полученной в результате экспериментов, проводилась на ЭВМ с помощью специально разработанного программного обеспечения.
Реализация выводов и рекомендаций работы. На основании опытной эксплуатации разработано техническое задание на создание устройства автоматической смазки опор шарошечных долот, утвержденное Минутлепромом СССР.
По результатам теоретических и промышленных исследований разработано техническое задание на создание комбинированного долота 2РВД-215,9, утвержденное Минутлепромом СССР.
Разработанные конструкции систем смазки шарошечных долот прошли широкую промышленную проверку в ПО "Красноярскуголь", "Востсибутоль" и "Якуталмаз". Годовая экономическая эффективность от их применения составляет 564Qf8250 руб. на один станок.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на Всесоюзной научной конференции "Физика горных пород и процессов" (г.Москва, МГИ, 1974 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Механизация открытых горных работ" (г.Иркутск, 1974 г.); на научно-практической конференции "Комплексное экономическое и социальное развитие Магаданской области в ближайшей и долгосрочной перспективе" (г.Магадан, 1980 г.); на Всесоюзном совещании по открытым горным работам (г.Челябинск, 1982 г.); на научном семинаре "Механизация и автоматизация горных работ" (г.Новочеркасск, 1983 г.); на ежегодных научно-технических конференциях Иркутского политехнического института (г.Иркутск, ИЛИ, 1974-1984 гг.); на Всесоюзной научной конференции "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов" (г.Москва, МГИ, 1984 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции по буровзрывным работам "Комплексная механизация ведения буровзрывных работ на горных предприятиях" (г. Красноярск, 1984 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе получено 4 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 146 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 22 таблицы, список литературы из 131 наименования и II приложений.
Исследования по повышению работоспособности бурового инструмента для шарошечных станков проводились согласно координационному плану НИР Минвуза СССР на I98I-I985 гг. (приказ № 798 от 31.07.81), координационному плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области породоразрушающего бурового инструмента ВНИИБТ, составленному на основе постановления ГКНТ СССР и Госплана СССР от 29.12.81 № 515/271, а также отраслевому плану Союззолото Минцветмета СССР по проблеме КП-І9Г.
Обзор и анализ исследований по динамике работы шарошечных органов долот
). Максимальный износ диаметра цапфы равен 4,15 мм. По отношению к остальным элементам опоры цапфа оказывается также наиболее изношенной. На беговых дорожках шарошек контактные напряжения распределяются более равномерно, поэтому износ их по диаметру также происходит равномерно и составляет для данного типа долот от 0,42 до 1,08 мм. При увеличении люфта увеличивается и проскальзывание опорных роликов. При определенном износе роликов по диаметру и торцу, а также изменении диаметров беговых дорожек подшипника и возникновении радиального люфта создаются условия для поворота роликов на некоторый угол и появляются следы износа схватыванием. Последняя стадия, приводящая к заклиниванию шарошек, - разворот роликов на 90. Радиальный люфт шарошек на опорах, соответствующий предельному износу элементов опоры составил 5,2 6 мм.
Эффективность работы вооружения шарошек косвенно оказывает влияние и на работоспособность опоры. Увеличение внедрения зубьев благоприятно сказывается на работе подшипников. При этом уменьшается коэффициент динамичности работы опор за счет упругих свойств породы. При внедрении зубьев в породу имеет место объемное разрушение. Износ вооружения при этом и энергоемкость процесса меньше, чем при поверхностном истирании зубьями породы.
На основании проведенного анализа теоретических и экспериментальных исследований /11,17,27,44,46,53,55,60,62,63,70,71, 81,83,93,103,123/ и др. можно выделить два основных пути повышения работоспособности бурового инструмента для шарошечных станков - конструктивный и технологический (эксплуатационный). Конструктивные направления включают в себя: а) создание новых типов вооружения; б) разработку новых схем и усовершенствование существующих -опорных подшипников шарошек; в) улучшение качества изготовления долот; г) создание долот с принципиально новой схемой обработки забоя; д) применение долот с продувкой опор сжатым воздухом; е) совершенствование аэродинамики долот; ж) герметизацию опор. Усовершенствование вооружения долот ведется как в направлении повышения износостойкости единичного зуба, так и по пути эффективности воздействия зубьев долота на забой скважины. Одной из мер, предпринятых в этом направлении, явилось создание долот типа ТЗ с клиновыми твердосплавными зубками. Использование долот с таким вооружением в абразивных породах позволило повысить их стойкость в отдельных случаях в 2 раза.
МГИ и ВНИИБГ /88/ проведены работы по выбору рациональной величины притупления зубьев долот для бурения твердых пород.. При бурении неабразивных и малоабразивных пород и доломитов были испытаны долота с различным притуплением зубков. Наиболее оптимальным оказалось притупление зубков 3 4 мм.
Схема размещения зубьев на поверхности шарошек играет главную роль в обработке забоя. В частности, это касается образования ступенчатой формы забоя и повышения эффективности работы периферийных венцов, которые играют основную роль в формировании диаметра скважины и являются наиболее загруженными по сравнению с остальными венцами. Для увеличения эффективности поражения забоя путем частичного разрушения выступов рейки испытыва-лись долота с раздавливателями между зубьями периферийных венцов шарошек /27/, а также с зубьями Т-, П-, Ш и Г-образной формы. Применение таких зубьев способствует улучшенной калибровке скважины и дополнительному разрушению рейки, однако, увеличенная поверхность контакта ведет к уменьшению удельного давления на забой и, соответственно, снижению эффективности разрушения породы. Основным направлением в совершенствовании вооружения следует считать создание равнопрочных зубьев на всех венцах и шарошках одного долота.
Конструктивные изменения в схеме опор подшипников шарошек весьма ограничены. Существует 4 основных схемы подшипников: Р-Ш-Р (ролик-шарик-ролик), Р-Ш-Ш (ролик-шарик-шарик), (шарик-шарик-шарик (Ш-Ш-Ш), Р-Ш-С-П (ролик-шарик-опора скольжения-под-пятник). Исследования работоспособности опор, выполненных по этим схемам, свидетельствуют о преимуществах опор типа Ш-Ш-Ш для турбинного бурения, а Р-Ш-С-П - для роторного. При этом рекомендуются размеры осевых зазоров: между торцом шарошки и козырьком лапы - 2 2,5 мм; между периферийными роликами и смежным уступом шарошки - 3+3,5 мм; между торцом шарошки и буртом беговой дорожки - 0,00 0,5 мм. Практическое использование вышеуказанных рекомендаций по величине допустимых зазоров позволило увеличить проходку на долото в условиях нефтепромыслового бурения на 18$, а механическую скорость бурения - на 36$ /8/.
В современных долотах диаметром 269,9 и 320 мм для горнорудной промышленности с целью разгрузки замкового подшипника от осевой составляющей предусматриваются упорные твердосплавные подпятники. Для подвода смазочного или продувочного агента в нагруженные зоны беговых дорожек цапф и к подшипникам скольжения имеются дополнительные каналы.
Проведенные обмеры шарошечных долот и их отработка в одинаковых условиях выявили влияние отклонения параметров долот от ГОСТ 20692-75 на их работоспособность. Основными причинами конструктивных отказов явились разновысотность шарошек, а также осевой и радиальный люфты /11,62/. Аналогичные результаты /38/ получены нами при обследовании долот, используемых на угольных и россыпных месторождениях. Разность высоты зубьев шарошек достигала 2,5 3,0 мм, а разность уровней шарошек - 4 мм. Такие отклонения от размеров, предусмотренных ГОСТом на долота, приводят к значительному разбросу стойкости долот в одних и тех же условиях. При бурении по вскрышному уступу пласта "Гигант" разреза "Черногорский" наработка до отказа для долот одного типа отличалась в два раза и более. Неравномерность приложения нагрузки на отдельные секции долота ведет к преждевременному отказу одной или двух секций при работоспособных остальных. Несоосность долота с осью вращения приводит к колебаниям крутящего момента и увеличению коэффициента динамичности усилий, действующих на опорные подшипники.
Техника проведения лабораторных исследований
Большинство карьеров угольных, рудных и россыпных месторождений, расположенных в условиях Сибири, Севера и Северо-Востока, имеют сложноструктурное строение с чередованием, пород различных физико-механических свойств. Наличие в толще буримых пород прослойков или линз крепостью до 12+14 исключает использование режущего бурового инструмента. Каждый же тип шарошечных долот имеет довольно узкий диапазон эффективной работы по крепости породы. Наибольшие осложения возникают при бурении шарошечными долотами глиносодержащих пород, а также многолетнемерз-лых пород, являющихся сложными образованиями из различных компонентов, находящихся в разном фазовом состоянии. Процесс разрушения зубьями шарошек породы с подобными свойствами зачастую приводит к нарушению режима очистки скважины от буровой мелочи, что неизбежно вызывает снижение работоспособности опор и вооружения шарошек. Для эффективного бурения скважин по породам с диапазоном крепости от І до 12+14, наиболее характерных для условий месторождений Сибири и Северо-Востока, целесообразно применение комбинированных режуще-шарошечных долот (РШД). Наиболее широко известны и апробированы конструкции РШД Кузбасского и Иркутского политехнических институтов /34, 35,36,39,40,41, 42,43,48,49,50,51/. Созданы различные типы РВД, отличающиеся как по схемам воздействия породоразрушающих органов на забой, так и по конструкции. Имеются также попытки разработки статической модели взаимодействия шарошечного и режущего органов с забоем при различных условиях и режимах бурения /121/. Проводятся работы в направлении исследования комбинированного долота как источника динамического возмущения в буровом ставе /77/.
Первые разработки комбинированных РДЩ конструкции КузПИ представлены долотами НІЩ-І, РЩД-2, РПЩ-3, РЩД-4 и РЩД-5 с двумя и тремя шарошками /52/. В таких долотах принята раздельная схема обработки забоя. Периферийная часть обрабатывается шарошками, а центральная - режущим органом. Обосновывается это тем, что зубья шарошек, расположенные на венцах, приближенных к вершине, наименее эффективно разрушают породу вследствие низких окружных скоростей и, соответственно, минимальной энергии удара зубьев по породе. В то же время резцы, находящиеся на максимальном радиусе, имеют наибольший путь трения, что приводит к увеличению интенсивности их износа. В такой конструкции опережающая часть скважины бурится режущим органом, а шарошки расширяют ее до нужного диаметра. Долота этой конструкции испытыва-лись по породам крепостью f = 5 6, при этом был сделан вывод, что при использовании их может быть достигнуто увеличение механической скорости бурения на 30 50$ по сравнению с шарошечными. Анализ конструкции таких долот свидетельствует о том, что они непригодны для бурения пород крепостью / 6 вследствие низкой стойкости режущего органа и разделения области работы режущего и шарошечного органов долота.
Кузбасским политехническим институтом разработаны также комбинированные долота ДКВР-2І4 и ІК-РЩД-2І4 (рис. 1.4) /50/. Долото ДКВР-2І4 состоит из двух лап I с шарошками 2 и подвижной обоймы 3 с лапами, оснащенными режущими дисками 4 и имеющими возможность перемещаться внутри корпуса долота. При такой конструкции в качестве режущего органа приняты вращающиеся резцы 4, что позволяет обеспечить равномерность износа режущих элементов. Использование режущего органа ввиде вращающихся дисков основано на периодическом повороте их вокруг осей крепления, что обеспечивает равномерность их износа. Однако, при заклиниваши диска на оси неизбежен аварийный его износ, поскольку он будет работать только одним своим сектором. Кроме того, форма забоя, образованная дисковыми резцами, не совпадает с профилем забоя, формируемым шарошками долота, что приводит к неравному нагружению шарошек и режущего органа.
В конструкции долота ІК-РЩЦ-2І4 (рис. 1.4,6) в качестве режущего органа используются резцы 5 типа РК-8Б, закрепленные в лопастях 6, которые опираются на тарельчатые пружины 7. Резцы выступают над шарошками на 15 20 мм и обрабатывают только четвертую часть общей площади забоя скважины. Перемещение двух режущих лопастей происходит независимо друг от друга. При испытаниях таких долот было пробурено около 500 м скважин по породам крепостью = 1 5 с чередованием прослойков с /= 8+10. При этом механическая скорость бурения оказалась в 1,5, а стойкость долота - в 2,5 раза выше, чем серийного - ІК-2І4СТП /49/. Конструкции долота присущи следующие недостатки: - в долоте используются лапы с шарошками от серийного трехшарошечного долота Ш2І5, ЭСТПВ, в котором предусматривается равноценное участие всех трех шарошек в сплошной обработке забоя. Исключение одной из шарошек вызывает ухудшение условий обработки забоя вследствие уменьшения коэффициента перекрытия забоя; - поскольку режущий орган обрабатывает только часть забоя, то на мягких породах основную работу по разрушению совершает менее эффективный в этих условиях шарошечный орган. При этом шарошки имеют неравномерную нагрузку, что ухудшает условия работы их опор.
Математическая модель динамической системы комбинированного долота с принудительной разгрузкой режущего органа
Смазка опор в сочетании с продувкой позволяет уменьшить засорение подшипников шарошек продуктами разрушения, создавая экран между цапфой и шарошкой. Воздушно-масляная эмульсия предотвращает сухое трение при работе элементов качения и охлаждает их, создавая нормальный температурный режим при работе долота. Воздушно-масляная смесь, создавая достаточную смазочную пленку, обладает в то же время значительной экономичностью по сравнению со смазкой одним маслом.
Московским горным институтом и ДФДК разработано несколько модификаций воздушно-масляных лубрикаторов /109/, отличающихся тем, что с целью образования однородной смеси они снабжены специальными завихрителями в виде вращающейся турбинки (рис. 1.10,а), неподвижного направляющего винта (рис.1.10,6) и направляющей розетки (рис. І.І0,в). В этих конструкциях масляный резервуар расположен в буровой штанге I, откуда, под действием сжатого воздуха смазочный агент попадает в смесительную камеру 2 через дозирующее устройство 3. Проходя через завихри-тель 4,5 или 6, оба компонента образуют воздушно-масляную смесь, которая через продувочные каналы 7 поступает в опоры долота. Эти конструкции также имеют существенные недостатки. Подача масла в них не отключается при прекращении бурения, а наличие вращающихся частей внутри лубрикатора ведет к снижению надежности при его эксплуатации.
МГИ совместно с ОКБ СГО разработан и апробирован снаряд для станков СВД-250, обеспечивающий непрерывную подачу смазки в опоры шарошечного долота и пылеподавление водой, поступающей через форсунки в затрубное пространство /60,123/. Дуровой снаряд (рис. I.II) муфтой I соединен с насосной 2 и компрессорной установками. Воздух на продувку скважины проходит через внутренние трубы 4 бурового снаряда, воздействуя при этом на смазочный материал, располагающийся в резервуаре 5. При этом смазка поступает в полость над долотом 6, где смешивается с воздухом и подается в опоры шарошек. Одновременно с этим воздушно-водяная смесь по зазору между внутренними трубами и штангой поступает в затрубное пространство выше призабойнои зоны. С целью экономичного расхода смазки устройство снабжено дозирующим устройством 7, а для направления масла в каналы лап служит масло-отражательная втулка 8.
Испытания бурового снаряда на породах с f = I5-KL8 показали увеличение проходки на долото 243-ОКП на 30$, а скорости бурения - на 12% /60/. Конструкция этого устройства обладает преимуществами, к числу которых относятся: увеличенная емкость масляного резервуара, позволяющая работать без пополнения его в течение ЗСК-40 ч; регулируемая подача смазочного материала; удаление зоны мокрого пылеподавления от призабойнои зоны. Однако, такое устройство имеет ряд недостатков. Конструктивная сложность изготовления, связанная с необходимостью разделения пылеподавляющего, продувочного и смазочного агентов, приводит к снижению долговечности устройства, работающего под воздействием значительных статических и динамических нагрузок. Конструкция ослаблена системой каналов и трубопроводов, требующих, соответственно, сложных уплотнений, а подвод воздуха и воздушно-водяной смеси к вращающейся штанге предопределяет наличие специальной соединительной муфты. Анализ рассмотренных конструкций систем смазки опор шарошечных долот показывает не-, достаточную их надежность и экономичность в работе.
Процесс бурения скважины шарошечным станком сопровождается стационарными колебаниями, т.е. вынужденными, установившимися колебаниями с широким спектром частот, вызванными реакцией забоя на воздействие долота, неровностью забоя, изогнутостью оси бурового става, дебалансом, а также наложением сложных колебаний инерционных масс и волновых процессов в буровом ставе. Ввиду отсутствия исследований по динамике работы режуще-шарошечного долота, рассмотрим работы, проведенные в области определения динамических свойств механических систем при бурении шарошечными долотами.
Вопросы стационарной динамики буровых станков достаточно полно освещены в работах В.Ф. Горбунова, С.Г. Зайченко, Л.И. Кантовича, Б.Н. Кутузова, Ю.П. Марасанова, И.Э. Наринского, Р.Ю. Подэрни, Ratike Woif-Шеіег , А.Д. Сепиашвили /21,30,31, 45,56-59,65-68,74,89,90,102,129,131/ и др. Исследования, проводимые в этой области, можно разбить на две большие группы. Первая - определение динамической устойчивости буровых станков. Работы, проводимые в этой области, преследуют цель выбора зон устойчивой работы колебательных систем станка и методов улучшения динамических характеристик последних. Вторая группа исследований охватывает работы в области определения источников и видов колебаний, генерируемых при работе шарошечного долота на забое, с целью увеличения эффективности воздействия породораз-рушающего инструмента.
Повышение работоспособности режущего органа комбинированного долота
Проведенный анализ размерностей показывает, что на величину смещения режущего органа и частоту перемещений комбинированного долота при его работе на забое комплексное влияние оказывают крепость пород / , усилие предварительного поджатия пружины , усилие подачи Р , частота вращения долота /Z . Для получения закономерностей, охватывающих эти факторы с достаточной убедительностью, каждому из них нужно придать не менее 5 значений. Если пользоваться классическими планами эксперимента, то потребуется 5 =625 комбинаций эксперимента. Для сокращения количества опытов используем факторный план в виде греко-латинского квадрата. Это план эксперимента, в котором 4 фактора располагаются таким образом, что каждый уровень каждого фактора сопоставляется лишь один раз с каждым уровнем трех остальных факторов.
Диапазон изменения факторов, влияющих на процесс бурения, необходимое количество уровней и рациональные интервалы между значениями исследуемых величин определяются, исходя из реальных условий бурения и технических возможностей лабораторного оборудования. Частота вращения бурового става на станках шарошечного бурения обычно находится в пределах 0,8 2,5 с х и ограничивается порогом вибрации. При лабораторных исследованиях целесообразно изменять частоту вращения на уровнях 0,83; 1,25; 1,67; 2,08 и 2,33 с . Исходя из технических возможностей бурового стенда и максимально возможной нагрузки на комбинированное долото, предельное значение усилия подачи на забой принимаем 102 кН при промежуточных уровнях 34; 56; 79; 90 кН. Режуще-шарошечное долото обладает широким диапазоном его использования по крепости буримых пород. Минимальную крепость буримого блока берем исходя из условий применения режущего бурового инструмента - / = 3; а максимальную / = 14 - из условий применения шарошечных долот. Между ними располагаются уровни -f = 5; 8; II. руководствуясь проведенными ранее исследованиями по разработке конструкции комбинированного режуще-шарошечного долота /121/, усилие предварительного поджатия пружины долота задаем на уровнях 5;7;9;11 и
Следует иметь ввиду, что принимая факторный план, мы заранее предполагаем результат как произведение функций независимых Эти выражения включают результаты, полученные при анализе размерностей. Используем греко-латинский квадрат при выбранных уровнях факторов (табл. 2.3). После проведения эксперимента при указанных 25 комбинациях условий получим значения зависимой переменной У . Далее берем логарифмы результатов, вычисляем среднее и антилогарифмы соответственно изменениям /г и Р (табл. 2.4). После нахождения антилогарифмов строим 4 точечные зависимости. Они аппроксимируются плавными кривыми, каждая из которых описывается своим уравнением. Поскольку формулы получены путем суммирования логарифмов (т.е. найдено среднее геометрическое), следует полагать, что общая формула должна быть произведением частных функций. Значит, искомую эмпирическую формулу получим перемножением частных функций /96, 127/. Следует иметь ввиду, что полученные кривые нельзя использо вать для нахождения, например, амплитуды смещения при заданном осевом усилии, поскольку они построены по усредненным, а не дис кретным значением. Для того, чтобы можно было вычислить конкрет ные значения (У при любом сочетании / ,/7, /, воспользуемся формулой /127/ 6 К$(р)@/,)[$#)($f) , где У - результат эксперимента при совместном воздействии независимых переменных; Spfinfij/Sf - результаты опытов по каждой из переменных. По известным уже результатам эксперимента вычисляем неизвестную постоянную. Kg . Значения ее нужно вычислить для каждой комбинации греко-латинского квадрата. После этого найдем среднее значение /С$ и максимальное отклонение относительно среднего, которое соответствует неопределенности результатов и эксперимента в целом. После нахождения среднего значения Ks можно отыскать любое значение бк при комбинации условий Ра , п , /У , у , которые не рассматривались в таблице. Для полученной эмпирической формулы К& является нормирующим коэффициентом. Метод математического планирования экспериментов позволяет значительно сократить количество опытов по сравнению с классическими планами и повысить точность результата, поскольку для получения зависимости от одной из переменных используется вся совокупность данных.
