УДК 69.002.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЕЛИЧИНЫ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
ПРИ РАБОТЕ ВИНТОВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

, ,

Саратовский государственный технический университет имени

        В данной статье представлены результаты теоретических исследований по определению зависимости крутящего момента, реализуемого на погружение винтового рабочего органа с забурником от геометрических параметров рабочего органа и физико – механических свойств грунта.

       Ключевые слова: грунт, крутящий момент, винтовой рабочий орган, геометрические параметры, физико-механические свойства грунта

ETERMINATION OF THE DEPENDENCE OF THE TORQUE OF THE TORQUE UNDER THE WORK OF THE SCREW WORKING BODY

Martyuchenko I. G., Boykov E. V., Kolesnikov A. Y.

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

       This article presents the results of theoretical studies to determine the dependence of the torque applied to the immersion of a screw working member with a backstop from the geometric parameters of the working member and the physical and mechanical properties of the soil.

       Keywords: ground, torque, screw working body, geometric parameters, physical and mechanical properties of the soil

В последнее время всё большее развитие получают снаряды для проходки скважин с самозавинчивающимся рабочим органом. В состав таких рабочих органов входит наконечник с размещенной на нем винтовой лопастью. При взаимодействии таких винтовых рабочих органов с прочными и мерзлыми грунтами возникает необходимость в обеспечении высокого крутящего момента для преодоления сил сопротивления грунта. Эта проблема зачастую решается путем бурения лидерной скважины, в которую завинчивается винтовой рабочий орган. Решением данной проблемы может являться размещение забурника перед винтовым наконечником (рис. 1). Таким образом, в процессе работы будет образовываться лидерная скважина, облегчающая завинчивание винтового рабочего органа. Такое  тело винтового наконечника применяется также в винтовых анкерах, сваях, буровом и мерзлоторыхлительном инструменте [1-4].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рисунок 1 – Оборудование для образования скважин: 1 – лидер; 2 – винтовая лопасть;
3 – забурник; 4 – резец; 5 – расширитель; 6 – электродвигатель; 7 – грунтозацеп

При работе такого комбинированного инструмента крутящий момент, необходим для внедрения рабочего органа в грунт, и будет определяться как (рис. 2)


где:

момент сопротивления на бурение лидерной скважины;

крутящий момент завинчивания винтового рабочего органа.

Рисунок 2 – Схема взаимодействия рабочего оборудования с грунтом

Проведенные исследования процесса взаимодействия винтового рабочего органа и забурника с грунтовой средой, позволяют установить общий характер деформации грунта в области, как винтовой поверхности, так и области забурника и аналитические  зависимости сил сопротивления грунта погружению рабочего органа. Полученные зависимости позволяют определить силовые режимы, необходимые для завинчивания рабочего органа и бурения лидерной скважины перед ним.

Крутящий момент сопротивления на бурение лидерной скважины буром режущего типа определяется как:

где:

количество режущих сторон забурника;

удельное сопротивление грунта вдавливанию;

радиус винтовой лопасти;

радиус лидерной скважины;

коэффициент трения грунта о сталь;

угол при вершине забурника.

Крутящий момент на завинчивание винтового наконечника определяется как

где: – радиус сердечника; – количество витков винтовой лопасти на коническом участке винтового инструмента; �� – 1/2 угла при вершине граничного конуса; �� – угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти к оси вращения; �� – 1/2 угла при вершине конического сердечника; �� – угол внутреннего трения грунта; – параметр, характеризующий возрастание сопротивления грунта смятию с увеличением деформации; �� – угол подъема средней винтовой линии прямого геликоида, лежащего в основе винтовой лопасти; �� – угол трения грунта о материал рабочего органа; – относительное приращение радиуса винтовой линии, лежащей на конической поверхности в основании винтовой лопасти; – относительное приращение радиуса винтовой линии, лежащей на конической поверхности на торце винтовой лопасти; �� – угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти к оси вращения;  с – напряжение внутреннего сцепления грунта.

– сила сжатия грунта для верхней поверхности винтовой лопасти;

сила сжатия грунта для нижней поверхности винтовой лопасти;

сила сжатия грунта усеченным наконечником, тело которого образовано поверхностью усеченного конуса вращения;

Подставляя найденные значения крутящего момента для завинчивания винтового рабочего органа и момента на бурение лидерной скважины получена формула для определения крутящего момента исследуемого винтового рабочего органа с забурником:

Анализ полученной функции показывает, что применение забурника в составе винтового рабочего органа  позволяет снизить величину крутящего момента на 29%, при этом на крутящий момент для разбуривания грунта приходится 37%, на завинчивание 63%. Рациональными параметрами являются угол при вершине забурника и его диаметр, равный половине диаметра лопасти .

Список литературы

1. Пат. 2530063 Российская федерация, МПК Е02F5/18. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов способом прокола / , , ; заявитель и патентообладатель Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» № 000/03;заявл. 26.06.2013; опубл. 10.10.2014.

2. А. с. 863831 СССР, МПК Е 21В4/04 Устройство для образования скважин / (СССР). № 000/22-03; заявл. 08.08.79; опубл. 15.09.81, Бюл. №34. – 3 с.: ил.

3. Заявка на патент 2017115278 Российская Федерация, МПК Е02F5/18. Оборудование для образования скважин / , .; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет имени  

4. Винтовые рабочие органы машин для разработки мерзлых грунтов: монография. – М.:ИНФРА-М, 2014. – 200 с.