Методика усовершенствования механизма ударно-поворотного действия и модель взаимодействия его с прочными грунтами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Скрипников Дмитрий Иванович

• Скрипников Дмитрий Иванович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Скрипников Дмитрий Иванович

ВВЕДЕНИЕ

1 МЕХАНИЗМЫ БУРОВЫХ СТАНКОВ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИХ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Виды и классификационные признаки буровых станков

1.1.1 Классификация буровых машин и способов бурения

1.1.2 Бурильно-крановые машины и машины для бурения скважин отечественного производства

1.1.3 Достоинства и недостатки буровых установок

1.2 Физические основы разрушения грунта рабочим органом

ударного, вращательного и комбинированного действия

1.3 Исследование усилий разрушения прочных и мерзлых грунтов

1.4 Выводы по разделу

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МЕХАНИЗМА УДАРНО-ПОВОРОТНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Конструкция механизма ударно - поворотного действия

2.2 Математическое моделирование процесса работы механизма ударно-поворотного действия предлагаемой конструкции

2.2.1 Модель перемещения шайбы по вертикальной канавке

2.2.2 Модель перемещения шайбы по наклонной канавке

2.2.3 Модель перемещения шайбы по дугообразным канавкам

2.3 Выбор параметров механизма ударно-поворотного действия

2.3.1 Выбор величины эксцентриситета

2.3.2 Анализ конструктивных параметров механизма ударно-поворотного действия

2.4 Выбор числа канавок механизма ударно-поворотного действия

2.5 Алгоритм определения геометрических параметров механизма 57 ударно-поворотного действия

2.6 Виды коронок, используемых при бурении

2.7 Исследование работы буровой коронки при разрушении

мерзлых грунтов

2.8 Исследование работы канавок на ударную нагрузку

2.9 Выводы по разделу

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА УДАРНО-ПОВОРОТНОГО ДЕЙСТВИЯ

3.1 Цель и задачи эксперимента

3.2 Экспериментальные исследования по определению коэффициентов трения покоя

3.2.1 Выбор материалов модели и определение коэффициентов трения покоя. Описание экспериментальной установки

3.2.2 Проведение экспериментальных исследований и обработка результатов эксперимента

3.2.3 Анализ результатов эксперимента

3.3 Уточнение параметров механизма поворота

3.4 Разработка модели для количественной оценки механизма ударно-поворотного действия

3.5 Методика экспериментального обоснования выбора геометрических параметров механизма ударно-поворотного действия

3.6 Выводы по разделу

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Анализ технических решений по созданию механизмов ударно -поворотного действия

4.2 Конструкция поворотной шайбы

4.3 Технические условия на изготовление механизма ударно-поворотного действия

4.3.1 Основные параметры механизма ударно-поворотного действия

4.3.2 Технические требования к механизму ударно-поворотного

действия

4.3.3 Требования безопасности

4.3.4 Правила приемки

4.3.5 Методы испытаний

4.3.6 Транспортирование и хранение

4.4 Экономическое обоснование 122 4.4 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика усовершенствования механизма ударно-поворотного действия и модель взаимодействия его с прочными грунтами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Диапазон использования станков и механизированного инструмента с механизмами ударно-поворотного действия нашли широкое применение в горнодобывающей и угольной промышленности, на работах при строительстве и ремонте дорог и аэродромов, разведке и добыче полезных ископаемых. Учитывая, что территория России почти на 80 % занята прочными (многолетнемерзлыми и скальными) грунтами, при проходке которых используют парк буровых станков ударно-поворотного действия или механизированного инструмента, морально устарел и имеет довольно громоздкий привод механизма поворота [1], отличающийся большим числом сопряженных деталей для осуществления поворота буровой штанги.

Следует отметить, что используемые в настоящее время на практике буровые установки производства Канады, Франции, Германии, Китая не имеют существенных конструктивных отличий от буровых машин российского производителя при применении в них механизмов ударно-поворотного действия.

Для снижения громоздкости и материалоемкости существующих механизмов поворота требуется усовершенствование их конструкции, переложив функцию механизма поворота на штангу с перемещающейся по ней шайбе, с дальнейшей возможностью применения предлагаемого устройства в механизмах ударно поворотного действия различных типоразмеров, что позволит снизить себестоимость единицы продукции и упростить их обслуживание.

Реализация усовершенствованного механизма ударно -поворотного действия (МУПД) требует теоретического обоснования его конструктивных параметров с последующим экспериментальным подтверждением проведенных теоретических выкладок. Сказанное выше свидетельствует об актуальности темы исследований.

Степень разработанности темы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования разработки грунтов рабочими органами землеройных машин представлены в трудах В. И. Баловнева, А. Н. Зеленина,

Д. И. Федорова, Л. А. Хмары, А. Г. Савельева, И. А. Недорезова, Ю. А. Ветрова, И. К. Растегаева, Л. А. Сладковой и др. Наиболее полно вопрос разрушения прочных грунтов рассматривается в работах, В. Д. Телушкина, Б. З. Захарчука, Г. А. Шлойдо, Л.А. Сладковой и др.

Разработка многолетнемерзлых и прочных грунтов методом бурения достаточно полно представлена в работах И. К. Растегаева и в трудах 15 ЦНИИИ Инженерных войск Министерства Обороны. Выявлено, что направление проводимых ими исследований были, в основном, связаны с обеспечением эксплуатационных характеристик буровых станков.

Объектом исследования является механизм ударно-поворотного действия буровых станков и инструмента.

Предметом исследования является методика научно-обоснованного выбора рациональных параметров усовершенствованной МУПД при взаимодействии буровой штанги с прочными грунтами различных категорий трудности экскавации и характера выполняемых работ.

Цель работы. Снижение материалоемкости и себестоимости усовершенствованной конструкции механизма ударно-поворотного действия для разрушения прочных грунтов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ состояния вопроса современных технических решений буровых станков и механизмов ударно-поворотного действия при разработке прочных грунтов;

- разработать научно-обоснованную математическую модель работы и методику геометрических выбора параметров усовершенствованного механизма ударно-поворотного действия (МУПД) и алгоритм выбора его параметров при разработке прочных грунтов различных категорий трудности экскавации, с проработкой его отдельных элементов в зависимости от характера выполняемых работ;

- разработать методику проведения экспериментальных исследований и экспериментальную установку и по оценке характеристик

усовершенствованного МУПД и оценить возможность его применения при разработке скальных грунтов;

- провести анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований и разработать модель интенсивности погружения буровой штанги в грунт различных категорий трудности разработки при работе механизма ударно -поворотного действия.

- провести технико-экономическое обоснование эффективности применения механизма ударно-поворотного действия.

Научная новизна исследования. В диссертации осуществлено решение научной задачи по усовершенствования механизма ударно -поворотного действия с разработкой модели его взаимодействия с прочными грунтами с возможностью их применения разработке методики оценки рисков использования электроприводов электромобилей с целью возможности их применения в буровых станках, установках и буровом инструменте

Основными элементами научной новизны исследования являются:

- научно-обоснованная методика и теоретическое обоснование выбора параметров усовершенствованной МУПД с более низкими показателями материалоемкости и себестоимости;

- алгоритм выбора параметров усовершенствованного МУПД в зависимости от физико-механических характеристик материалов усовершенствованной конструкции МУПД и категории прочности грунта;

- методика проведения эксперимента и экспериментальной установки, позволяющие оценить эксплуатационные характеристики МУПД;

- предложения по практической реализации усовершенствованного МУПД с разработкой конструкции поворотной шайбы, для осуществления поворота ударной штанги.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке:

- методики теоретических и экспериментальных исследований по выбору параметров усовершенствованного МУПД;

- алгоритма определения параметров МУПД в зависимости от физико-механических характеристик и размеров буровой штанги, а также категории трудности разработки грунтов.

Практическая значимость работы состоит в:

- подтвержденных экспериментально и теоретически предложениях по созданию МУПД буровой установки с низкой материалоемкостью, предназначенной для разработки прочных грунтов различной трудности экскавации;

- разработке устройства поворотной шайбы МУПД и предложений по ее эксплуатации;

- разработке предполагаемых технических условий на конструкцию МУПД.

Методология и методы исследования. В диссертационной работе

использованы научные основы разработки прочных грунтов методом бурения, методы математического, физического моделирования, теорий планирования эксперимента и комбинаторики, основ теоретической механики и теории механизмов и машин, теорий вероятностей и математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование и алгоритм выбора параметров МУПД с низкой материалоемкостью в зависимости от его конструктивного исполнения и категории прочности грунта;

- методика проведения эксперимента и экспериментальная установка, результаты экспериментальных исследований по оценке работы МУПД;

- предложения практической реализации усовершенствованного МУПД.

Степень достоверности и апробация результатов обеспечиваются:

- применением научной методологии и использованием классических достижений теории разрушения грунта механизмами ударно-поворотного действия, результаты верификации теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью не ниже 0,95.

1 МЕХАНИЗМЫ БУРОВЫХ СТАНКОВ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИХ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Виды и классификационные признаки буровых станков 1.1.1 Классификация буровых машин и способов бурения

Бурением называется процесс образования специальных выработок цилиндрической формы (скважин и шпуров) путем механического и физического воздействия на грунты [1, 2]. Бурение применяется для ведения подготовительных работ при размещении кабелей, водоотлива, водоснабжения, вентиляции, забивке свай, закладке взрывчатых веществ, выполнении укрепительной цементации при строительстве надземных, подземных сооружений, дорог, заграждений, шахт, туннелей и пр.

Самоходные бурильно-крановые машины широко применяют при создании инфраструктуры в городском строительстве при устройстве свайных оснований зданий и сооружений, опор мостов, трубопроводов, линий электроснабжения и связи, колодцев, ограждений, а также при обустройстве дорог, посадке деревьев и кустарников. Они представляют собой совместно действующее бурильное и специальное крановое оборудование, смонтированное на шасси серийных автомобилей и тракторов, привод которого осуществляется от двигателя базовой машины или самостоятельной силовой установки.

Бурильным оборудованием проходят вертикальные и наклонные скважины способом механического вращательного бурения в талых и сезонно промерзающих грунтах, а специальным крановым - устанавливают в пробуренные скважины сваи, столбы, железобетонные опоры, блоки колодезных облицовок и другие элементы.

Вероятные районы необходимости применения бурового оборудования -Россия, Скандинавия, Канада, Аляска, Юг Южной Америки, Антарктида и горные системы, например, Памира, Тибета, Анд, Альп, Кордильер и др.

Ниже приведены классификационные признаки бурильно-крановых машин [1]:

- по способу бурения бывают механического и физического действия;

- по типу базовой машины бурильно-крановые машины разделяют на автомобильные и тракторные;

- по принципу действия бурильного оборудования - на машины цикличного и непрерывного действий;

- по типу привода бурильного оборудования различают машины с механическим, гидравлическим и смешанным (гидромеханическим) приводами;

- по виду исполнения бурильно-кранового оборудования - на машины с совмещенным (бурильное и крановое оборудование смонтированы на одной мачте) и раздельным (бурильное оборудование смонтировано на мачте, крановое - на стреле) оборудованием;

- по возможности поворота рабочего оборудования в плане машины разделяют на неповоротные и поворотные:

- по расположению рабочего оборудования на базовом шасси - с задним и боковым расположением у неповоротных машин, на поворотной платформе -у поворотных.

Общая классификация буровых машин (БМ):

по мощности и производительности:

- легкие (малогабаритные буровые установки, переносные мобильные станции для бурения, которые можно использовать в условиях ограниченного пространства - в помещении) с приводом от электродвигателя;

- средние - наиболее распространенные в строительстве при сооружении инженерно-геологических скважин, формировании водоносных скважин, при бурении взрывных скважин на карьерах;

- тяжелые - роторные буровые установки типа УРБ-25 производства Щигровское акционерное общество (Геомаш) с глубиной бурения до 1000 м и максимальном диаметре бурения до 800 мм.

К основным параметрам пробуриваемой скважины относятся:

- диаметр бурения (скважины или шпура);

- угол бурения (угол наклона оси скважины к горизонту). К механическим способам бурения относят [2-17]:

- ударное, производящее разработку грунта за счет энергии удара;

- ударно-вращательное;

- вращательно-ударное;

- вращательное;

- колонковое.

Очевидно, что главным параметром бурильно-крановых машин являются максимальная глубина и скорость пробуриваемой скважины, м. К физическим способам бурения относятся:

- термическое;

- гидравлическое;

- взрывное;

- ультразвуковое;

- с применением электрогидравлического эффекта.

Преимущества у приведенных способов механического бурения у всех различные, а к общим существенным недостаткам можно отнести низкую производительность, высокую энергоемкость разработки грунтов. Недостатки физического способа бурения отличаются:

- высокой стоимостью (ультразвуковое, электрогидравлическое);

- высокими энергозатратами (термическое);

- низкая культура производства и наличие дополнительного компрессорного оборудования;

- невозможность работы в условиях городской инфраструктуры и сложность, связанная с технологией ведения работ и обеспечения безопасности (взрывное).

Выбор способа бурения определяется также:

- глубиной выработки;

- физико-механическими свойствами разрабатываемого грунта.

Глубина выработки определяется ее назначением и колеблется от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров (при геолого-изыскательских работах).

Например, при производстве шпуров глубиной до 5 м и неглубоких скважин диаметром до 80 мм, в основном, применяются пневмо-бурильные молотки (перфораторы).

Для бурения скважин диаметром 400 мм и глубиной до 5 м применяются буровые машины (станки) различных конструкций. В строительстве применяются, в основном, самоходные и передвижные станки.

Буровые машины классифицируют:

По способу передвижения на:

- самоходные;

- передвижные;

- стационарные (используются для проходки скважин глубиной

более 50 м).

Бурение неглубоких скважин производится ручным ударно-вращательным способом.

1.1.2 Бурильно-крановые машины и машины для бурения скважин

отечественного производства

В настоящее время ручной способ бурения вытеснен механическим, которое производится при помощи станков и инструментов. Для выполнения буровых работ используются специальные машины, оборудованные различными рабочими органами.

Основные производители этого вида техники в России специализируются на выпуске ударно-поворотных буровых машин. Среди них можно выделить [18-20]:

- «Уралмашзавод» (Екатеринбург), являющегося лидером в производстве тяжелой буровой техники для горной промышленности;

- «Сибэлектротерм» (Новосибирск), как разработчика компактных установок для геологоразведки;

- «Твердосплав» (Москва) - производителя оборудования для бурения скважин малого диаметра;

- «Буровой инструмент» (Пермь), специализирующегося на производстве станков для строительства и водоснабжения;

- ГлавЛенинградстроем разработан станок конструкции треста № 20 для образования скважин глубиной 1-2 метра.

Эти предприятия выпускают как мобильные установки, так и стационарные промышленные модели.

В результате застоя в развитии строительного и дорожного машиностроения в период с 2000 по 2022 годы до сих пор номенклатура машин отечественного производства, например, ударно-канатного и вращательного бурения скважин (таблица 1.1), находящихся в эксплуатации, изменилась незначительно [1, 20-25].

Станки ударно-канатного бурения [2, 9, 11, 13, 14, 18] осуществляют проходку скважин в грунте посредством нанесения ударов по забою буровым снарядом с поворотом снаряда между ударами.

На смену им пришли машины зарубежного производства.

Для бурения скважин глубиной 1,5...3,5 м и диаметром 0,4...0,5 м служит различное буровое оборудование, смонтированное на тракторах, автомобилях и т.п. Например, станок БИК-9 смонтирован на тракторе ДТ-54, БИМ-1 - на автомобиле ГАЗ-бЗА, МРК-1 - на ЗИЛ-157. Перечисленные буровые машины относятся к машинам вращательного действия.

Таблица 1.1 - Технические характеристики машин ударно-канатного бурения скважин

Показатели БС-1М БС-1 БУ-2 БУ-20-2М БУ-20-2У УКС-30М УКС-22М

1 2 3 4 5 6 7

Диаметр скважин, м < 0.8 до 0,8 0,3 0,3 < 0,8 0,5

Масса бурового снаряда, т < 3,0 до 2,8 1,3 1,2 2,5 1,3

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7

Наибольшая

(числитель),

наименьшая (знаменатель) высота подъема бурового 0,95/0,6 1,2/0,6 - - 1,0/0,5 1,0/0,35

снаряда, м

Частота ударов бурового снаряда, мин-1 48-52 48-52 32- 56 52; 56 40; 45; 50 40; 45; 50

Глубина бурения, м До 50 До 30 До 30 До 100 До 30 До 22

Тип бурения ударно-поворотное ударно-поворотное ударно-поворотное ударно-поворотное вращательное вращательное

Главный привод

мощность, кВт 75 32 20 20 40 20

грузоподъемность лебедки, т 5 - - - 3 2

скорость подъема, м/с 0,9 - 1,2-2,0 1,4 1,1-1,4 1,1-1,4

Размеры, м

высота рабочая (числитель), транспортная (знаменатель) 15,1/3,8 15,5/ 3,8 12,1/ 3,5 12,3/3,4 16,3/3,5 12,7/2,75

длина рабочая (числитель), транспортная (знаменатель) 7,1/8,9 7,0/7,0 5,9/ 11,2 5,2/11,6 8,0/10,0 5,8/8,67

ширина 3,46 3,46 2,62 2,62 2,62 2,29

Масса станка, т 28,1 20,8 12,3 10,5 12,7 7,6

Отечественные буровые станки БС-1М, БС-1, БУ-2, БУ-20, УКС-30М и УКС-22М обладают рядом преимуществ, таких как надежность, адаптация к местным условиям и доступность запчастей. Однако они уступают зарубежным аналогам по уровню автоматизации и производительности. Выбор конкретной модели бурового станка зависит от поставленных задач, условий эксплуатации и бюджета.

Производительность машин ударного бурения зависит от категории трудности разработки и состояния грунта, энергии и частоты ударов долота, веса бурового снаряда, угла поворота долота между ударами. Технические характеристики станков ударно-канатного действия приведены в таблице 1.1 [2, 13, 14].

Эти машины используют для разрушения грунтов высоких категорий трудности разработки. Как правило, они состоят из силовой установки, бурового снаряда, механизма вращения и подачи бура, рамы с механизмом передвижения и управления (рисунок 1.1). Желонка предназначена для вычерпывания шлама.

1 - буровой инструмент; 2 - канат; 3 - головной блок; 4 - оттяжной блок; 5 - направляющий блок; 6 - барабан лебедки; 7 - балансир; 8 - главный вал; 9 - кривошип; 10 - палец; 11 - шатун; 12 - амортизатор; 13 - мачта; 14 - желонка; 15 - желоночный барабан;

16 - ролик; 17 - тормоз Рисунок 1.1 - Схема станка ударно-канатного бурения

Станки БС-110/25 и СВБ-2 - вращательного бурения используются для проходки вертикальных скважин. Кроме того, станок СВБ -2 может применяться для проходки горизонтально и наклонно (под углом 30о) расположенных скважин.

При ударно-канатном бурении бурильному снаряду сообщается возвратно-поступательное движение при помощи долбежного устройства, и долото разрушает породу.

5

Для бурения скважин при взрывных работах применяются буровые станки ударного, ударно-вращательного и вращательного действия. Рабочим органом этих машин являются молоты. Основное назначение этих машин заключается в креплении трубы-лидера, направлении движения молотов и погружателей в процессе работы, извлечении керна грунта и перемещении его в пределах строительной площадки.

Технико-экономические показатели пневмоударных станков приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Технические показатели пневмоударных станков

Марка Масса Масса Энергия Ход Число Расход

общая, т ударной удара, т м поршня ударов в воздуха, м3/ мин

части, т мин

Паровоздушные молоты двойного действия

С-231 4,65 1,13 1,8 50,8 90-112 17 /1200

С-431 2,26 0,36 0,57 40,6 225 12,7 / -

СССМ-502 1,43 0,18 0,32 22,0 225 7,8 / -

Молоты п ростого действия с полуавтоматическим управлением

СССМ-680 8,65 6,0 8,2 137 30 30 / 1470

СССМ-582 4,3 3,0 3,9 130 30 14 / 700

С-276 4,15 3,0 3,9 130 30 14 / 700

СССМ-570 2,7 1,8 2,7 150 30 10 / 545

Молоты простого действия с ручным управлением

МПВП-8000 8,70 8,0 11,0 137,5 До 20 18 /1220

МПВП-6000 6,81 6,5 8,97 138 До 22 16 /1100

МПВП-4500 4,53 4,25 5,32 125 До 22 11 / 600

МПВП-3000 3,27 3,0 3,75 125 До 30 11 / 550

Для интенсификации процесса бурения используется вибрация, сообщаемая рабочему органу. Вибрационные буровые машины бывают самоходные и навесные на базе трактора или автомобиля. Рабочий орган приводится в действие от двигателя базовой машины. Например, станком БКГМ пробуривается скважина глубиной 1,5...1,7 м за 3 мин. в летнее время года и за 4...4.5 мин - в зимнее время года.

В станках канатно-ударного бурения (рисунок 1.2) горная порода, прочный и мерзлый грунты разрушаются под действием груза весом до 3 т, падающего с высоты 1 м.

а) б)

а - кинематическая схема; б - конструкция.

1 - буровой инструмент; 2 - направляющий блок; 3 - штанга; 4 - оттяжной блок;

5 -головной блок; 6 - канат барабан лебедки; 7 - мачта; 8 - главный вал; 9 - балансир;

10 - палец; 11 -амортизатор; 12 - шатун; 13 - кривошип;14 - желонка; 15 - желоночный барабан; 16 - ролик; 17 - тормоз Рисунок 1.2 - Станок канатно-ударного бурения

Глубина бурения практически ограничивается длиной подъемного каната и достигает 300...500 м при диаметре скважины до 250 мм. Во время бурения в скважину заливают воду, которая смешивается с измельченной породой и образует шлам, удаляемый из скважины полым цилиндром (желонкой) с клапаном на нижнем конце.

Колесные машины типа Урал-4320, КамАЗ-4310, ЗИЛ-462, оснащены дизельными двигателями типа ЯМЗ-236,238, КамАЗ-740, ЗИЛ-645; гусеничные машины и изделия бронетанковой техники - дизельными двигателями типа УТД-20,29, В-46, а также газотурбинными агрегатами типа АП-18Д.

Как говорилось выше, для механического бурения горных пород используют буровые станки канатно-ударного, ударно-вращательного и вращательного действия и бурильные молотки-перфораторы.

При термическом бурении под действием горячих газов, направленных на забой скважины, порода разрушается и выносится в виде мельчайших частиц на поверхность. Рабочим органом этой машины является специальная горелка в виде реактивного сопла, горючая смесь - керосин, кислород и сжатый воздух [2].

Ниже рассмотрена конструкция инструмента ручного термического бурения - РТМИ, разработанного совместно с исследователями военно-инженерной академии имени Куйбышева (ВИА) [19].

Ручной универсальный комплект термомеханического бурового оборудования с приводом работает от систем дизельных двигателей и газотурбинных энегроагрегатов колесных и гусеничных машин.

По результатам экспериментальных исследований установлено, что РТМИ можно производить бурение шпуров в мерзлых грунтах и скальных породах в любое время суток при температуре +50.-50 оС, при этом диаметр скважины равен 42 мм (й = 42 мм), т.е. его использование рационально для бурения шпуров.

Ручной термомеханический инструмент (РТМИ) позволяет осуществлять процесс бурения путем механического, термического и комбинированного термомеханического воздействия (рисунок 1.3) на разрабатываемый грунт (породу).

Механическое воздействие - удар и поворот грунторазрабатывающего инструмента осуществляется за счет энергии, отбираемой от генератора энергоагрегата.

Термомеханическое воздействие на забой осуществляется за счет одновременной реализации термического и механического воздействия в ударно -поворотном или вращательном режимах.

1 - горелка; 2 - кожух; 3 - форсунка; 4 - сопло; 5 - поворотная муфта; 6 - штанга; 7 - привод; 8 - направляющая штанга; 9 - направляющие; 10 - возвратная пружина; 11 - внешний корпус; 12 - наружная труба;

13 - переходники; 14 - шпиндель; 15 - воздушный канал Рисунок 1.3 - Инструмент ручного термического бурения - РТМИ

Известная конструкция РТМИ (рисунок 1.3) включают штангу и смонтированную на ней поворотную муфту, совершающую возвратно-поступательные движения относительно штанги, которые осуществляются при помощи привода.

В качестве привода, как правило, используются пружины растяжения-сжатия, гидроцилиндры, пневмомускулы и т.п. Опускаясь в нижнюю точку, поворотная муфта наносит удары по рабочему органу, сообщая ему энергию, которая передается разрабатываемой среде, разрушая ее.

Известно [13, 26-30 и др.], что процесс разрушения грунта будет протекать наиболее интенсивно, если при каждом последующем ударе о грунт, рабочий орган (коронка) будет поворачиваться на угол

Для гидромолота (пневмомолота) поворот осуществляется в нижней части корпуса, а в РТМИ - относительно направляющей штанги.

Производительность РТМИ 00.000 РПУ составляет 1 м/час.

Область применения РТМИ по рекомендацим ВИА очень разнообразна (см. ниже):

- под геодезические центры и межевые знаки;

- свайные фундаменты для низкоэтажных индивидуальных построек;

- выполнение инженерно-земельных работ взрывным способом;

- при рытье котлованов для фундаментов высотных построек, водоемов, укрытий, хранилищ, подземных сооружений;

- при прокладке водных каналов, траншей для газопроводов, водоводов, канализаций, теплотрасс;

- выполнение вскрышных работ при добыче полезных ископаемых;

- при производстве вскрышных работ в зонах стихийных бедствий и т.д.

Вероятные районы необходимости применения РТМИ: Север России,

горные системы Урала и Кавказа.

Из анализа видов техники, применяемой для проходки скважин и шпуров, при взрывных работах, разработке скальных и прочных грунтов, добыче полезных ископаемых и строительных материалов, можно сделать заключение, что машины и механизмы для разработки грунтов подразделяются по принципу действия на: вращательные, ударно-вращательные, ударные, пневмоударные, виброударные.

Основными недостатками ударного бурения являются малая производительность и ограниченность глубины.

В последние годы наряду с усовершенствованием бурильных станков ударного бурения, все большее развитие получает вращательное бурение, в частности роторное и с забойным двигателем. Бурение неглубоких скважин диаметром 100.400 мм и глубиной до 500 мм станками вращательного бурения происходит со скоростью в 5.8 раз большей, чем станками ударного бурения.

Наиболее перспективны для строительства станки вращательного и ударно -вращательного бурения с забойными двигателями, рабочим органом которых служат шарошки или шарошки в комбинации с долотом.

В основе работы машин лежат способы разрушения грунтов, т.е. взаимодействие их рабочих органов с грунтом.

Линейка бурильно-крановых машин и машин для бурения скважин зарубежного производства приведены в Приложении А [1]. Их

классификационные характеристики и принцип действия в полной мере совпадают с машинами отечественного производства.

В предлагаемых зарубежных станках, естественно используются современные технологии, суть которых заключается в:

- автоматизации и цифровых системах управления, что позволяет оператору контролировать параметры бурения в реальном времени, снижая риск ошибок и увеличивая точность проходки скважины;

- дистанционном управление и мониторинге, что позволяет в целях обеспечения безопасности работ в критических условиях, осуществлять бурение удалённо:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Скрипников Дмитрий Иванович, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Сладкова, Л. А. Буровые машины и машины для разработки прочных грунтов : учебное пособие / Л. А. Сладкова, П. А. Григорьев, А. Г. Савельев, Д. И. Скрипников. - Курск : Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2024. - 136 с. -Текст : непосредственный.

2 Бах, А. Н. Техническая энциклопедия. Том III / А. Н. Бах ; под ред. Л. К. Мартенса. - Москва : АО «Советская энциклопедия», 1964. - 955 с. - Текст : непосредственный.

3 Катанов, Б. А. Режущий буровой инструмент : учебное пособие / Б. А. Катанов, М. С. Сафохин. - Москва : Машиностроение, 1976. - 167 с. - Текст : непосредственный.

4 Недорезов, И. А. Прогрессивные методы разработки мерзлых грунтов : учебное пособие / И. А. Недорезов. - Москва : Транспорт, 1969. - 52 с. - Текст : непосредственный.

5 Анисимов, В. С. Самоходные бурильно -крановые машины : учебное пособие / В. С. Анисимов, Д. О. Макушкин, И. Л. Каган. - Москва : Высшая школа, 1982. - 208 с. - Текст : непосредственный.

6 Гришакин, А. А. Разработка гидропневматического реверсивного ударного устройства для пробойника : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.04 / Гришакин Анатолий Александрович. - Новосибирск, 1991. - 18 с. - Текст : непосредственный.

7 Дмитриев, Н. В. Горные и взрывные работы в энергетическом строительстве : учебник / Н. В. Дмитриев, А. И. Зуйков, В. А. Герасимов. -Москва : Недра, 1992. - 287 с. - Текст : непосредственный.

8 Ждановский, А. Н. Безопасное ведение буровых работ при инженерных изысканиях : учебное пособие / А. Н. Ждановский, В. Н. Самохин ; под общ. ред. Ю. Н. Андрианова. - Ленинград : Стройиздат, 1986. - 53 с. - Текст : непосредственный.

9 Исследование машин для свайных и буровых работ : сб. науч. тр. / под ред. А. С. Головачева. - Москва : Транспорт, 1987. - 151 с. - Текст : непосредственный.

10 Костылев, А. Д. Пневмопробойники и машины для забивания в грунт легких строительных элементов : учебное пособие / А. Д. Костылев, К. С. Гурков, Б. Н. Смоляницкий. - Новосибирск : Наука, 1980. - 48 с. - Текст : непосредственный.

11 Машины и оборудование для бурения скважин в грунте и специальных земляных работ : кат.-справ. / Машиностроительный институт. -Москва, 1993. - 672 с. - Текст : непосредственный.

12 Суриков, В. В. Механика разрушения мерзлых грунтов : учебное пособие / В. В. Суриков. - Ленинград : Стройиздат, 1979. - 128 с. - Текст : непосредственный.

13 Растегаев, И. К. Машины для вечномерзлых грунтов : учебное пособие / И. К. Растегаев. - Москва : Машиностроение, 1986. - 215 с. - Текст : непосредственный.

14 Растегаев, И. К. Технология и механизация работ по строительству свайных фундаментов на вечномерзлых грунтов : учебное пособие / И. К. Растегаев. - Ленинград : Стройиздат, 1980. - 128 с. - Текст : непосредственный.

15 Скоморохов, Г. И. Создание и исследование силовой гидропневматической импульсной системы строительных и дорожных машин для разработки прочных пород : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.04 / Скоморохов Г. И. - Ленинград, 1982. - 19 с. - Текст : непосредственный.

16 Добронравов, С. С. Строительные машины и оборудование : справочник / С. С. Добронравов, М. С. Добронравов. - 2-е изд., перераб. и доп. -Москва : Высш. шк., 2006. - 444 с. - Текст : непосредственный.

17 Эксплуатация и техническое обслуживание дорожных машин, автомобилей и тракторов : учебник / под ред. Е. С. Локшина. - Москва : Мастерство, 2002. - 461 с. - Текст : непосредственный.

18 Чеченков, М. С. Современные методы разработки прочных грунтов : учебное пособие / М. С. Чеченков. - Ленинград : Стройиздат, 1980. - 127 с. -Текст : непосредственный.

19 Попов, С. А. Курсовое проектирование по теории механиствов и механике машин : учебное пособие / С. А. Попов, Г. А. Тимофеев ; под ред. К. В. Фролова. - 2-е изд. - Москва : Высш. шк., 1998. - 350 с. - Текст : непосредственный.

20 Белов, П. К. Современные технологии бурения в твердых грунтах / П. К. Белов, С. И. Воронов. - Москва : Горная книга, 2021. - 198 с. - Текст : непосредственный.

21 Гордеев, В. Н. Механика прочных грунтов и методы их разработки / В. Н. Гордеев. - Екатеринбург : УГГУ, 2020. - 312 с. - Текст : непосредственный.

22 Дубровский, А. В. Буровые станки: конструкция и эксплуатация / А. В. Дубровский, М. С. Козлов. - Санкт-Петербург : Недра, 2019. - 245 с. - Текст : непосредственный.

23 Васильев, Г. И. Буровые станки для глубокого бурения / Г. И. Васильев. - Новосибирск : Наука, 2021. - 198 с. - Текст : непосредственный.

24 Иванов, Д. К. Современные буровые станки: конструкция и эксплуатация / Д. К. Иванов. - Екатеринбург : УрО РАН, 2021. - 302 с. - Текст : непосредственный.

25 Дмитриев, А. В. Буровые машины ударного действия / А. В. Дмитриев. - Москва : Машиностроение, 2023. - 156 с. - Текст : непосредственный.

26 Зеленин, А. Н. Машины для земляных работ : учебник / А. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов. - Москва : Машиностроение, 1975. - 422 с. - Текст : непосредственный.

27 Ветров, Ю. А. Машины для земляных работ : учебник / Ю. А. Ветров, А. А. Кархов, А. С. Кондра, В. П. Станевский. - Киев : Высшая школа, 1976. - 367 с. - Текст : непосредственный.

28 Техника и технология подготовки многолетнемерзлых пород к выемке : учебник / В. И. Емельянов [и др.]. - Москва : Недра, 1978. - 280 с. - Текст : непосредственный.

29 Машины для земляных работ : учебник / Н. Г. Гаркави [и др.]. -Москва : Высшая школа, 1982. - 335 с. - Текст : непосредственный.

30 Федоров, Д. И. Рабочие органы землеройных машин : учебник / Д. И. Федоров. - Москва : Машиностроение, 1977. - 288 с. - Текст : непосредственный.

31 Дорожные машины. Часть I. Машины для земляных работ (теория и расчет) : учебник / Т. В. Алексеева [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1972. -504 с. - Текст : непосредственный.

32 ГОСТ 12248.3-2020. Грунты. Определение характеристик прочности и деформируемости методом трехосного сжатия. - Введ. 2021-07-01. - Москва : Стандартинформ, 2020. - 33 с. - Текст : непосредственный.

33 Галдин, В. Н. Алгоритм и некоторые результаты расчета основных параметров рабочего органа при разрушении грунта / В. Н. Галдин // Вестник СибАДИ. - 2011. - Вып. 1(19). - С. 45-52. - Текст : электронный.

34 Устройство для разрушения : патенты : сб. / под ред. Л. А. Сладковой. - Балашиха : ВТУ, 2002. - 20 с. - Текст : непосредственный.

35 Патент 2232858 Российская Федерация, МПК Е21В1/12. Механизм ударного действия / Сладкова Л. А. [и др.] ; заявитель и патентообладатель РУТ (МИИТ). - № 2002128948/03 ; заявл. 29.10.2002 ; опубл. 20.10.2004. - Текст : непосредственный.

36 Сладкова, Л. А. Методика расчета параметров механизма поворотно -ударного действия / Л. А. Сладкова, Д. И. Скрипников // Омский научный вестник. - 2025. — № 1. - С. 5-12. - Текст : непосредственный.

37 Сладкова, Л. А. Механизм поворота рабочего органа бурового станка поворотно-ударного действия и методика расчета его параметров / Л. А. Сладкова, Д. И. Скрипников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2024. - Вып. 9. - С. 55-61. - Текст : непосредственный.

38 Скрипников, Д. И. Экспериментальные исследования механизма поворотно-ударного действия / Д. И. Скрипников, Л. А. Сладкова // Транспортные, горное и строительное машиностроение: наука и производство. -2024. - Вып. 28. - С. 48-54. - Текст : непосредственный.

39 Сладкова, Л. А. Моделирование рабочего процесса механизма поворотно-ударного действия при разработке грунтов / Л. А. Сладкова, Д. И. Скрипников // Транспортное машиностроение. - 2024. - Т. 2024, № 11. - С. 54-63. - Текст : непосредственный.

40 Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики : учебник / С. М. Тарг. - 10-е изд. - Москва : Высшая школа, 1986. - 416 с. - Текст : непосредственный.

41 Справочник машиностроителя : учебник / Н. С. Ачеркан [и др.]. - 3-е изд. - Москва : Машгиз, 1963. - 592 с. - Текст : непосредственный.

42 Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике : учебник / М. Я. Выгодский. - 8-е изд. - Москва : Наука, 1966. - 872 с. - Текст : непосредственный.

43 Крагельский, И. В. Трение и износ : учебник / И. В. Крагельский. — 2-е изд. - Москва : Машиностроение, 1968. - 480 с. - Текст : непосредственный.

44 Чичинадзе, А. В. Определение температуры поверхности трения при кратковременных торможениях / А. В. Чичинадзе // Трение твердых тел. - Москва : Наука, 1964. - С. 85-99. - Текст : непосредственный.

45 Хебда, М. Справочник по триботехнике : учебник / М. Хебда ; под ред. А. В. Чичинадзе. - Москва : Машиностроение, 1990. - 480 с. - Текст : непосредственный.

46 Выгодский, М. Я. Справочник по элементарной математике / М. Я. Выгодский. - Москва : Наука, 1966. - 1276 с. - Текст : непосредственный.

47 Енохович, А. С. Справочник по физике и технике : учеб. пособие / А. С. Енохович. - 3-е изд. - Москва : Просвещение, 1989. - 223 с. - Текст : непосредственный.

48 Алексеева, Т. В. Дорожные машины. Часть 1. Машины для земляных работ / Т. В. Алексеева, К. А. Артемьев. - Москва : Машиностроение, 1972. - 504 с. - Текст : непосредственный.

49 Скрипников, Д. И. Методика создания рабочего оборудования буровых станков / Д. И. Скрипников, Л. А. Сладкова // Инновационное развитие подъемно-транспортного машиностроения : сб. тр. Междунар. форума. - Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. - С. 56-62. - Текст : непосредственный.

50 Федотов, Г. И. Технологии бурения в экстремальных условиях / Г. И. Федотов. - Москва : Машиностроение, 2020. - 204 с. - Текст : непосредственный.

51 Иванов, М. Н. Детали машин : учебник / М. Н. Иванов. - Москва : Высшая школа, 1991. - 382 с. - Текст : непосредственный.

52 Сладкова, Л. А. Исследования и испытания наземных транспортно-технологических машин : учебное пособие / Л. А. Сладкова. - Москва : МГУПС (МИИТ), 2016. - 275 с. - Текст : непосредственный.

53 Зорин, В. А. Надежность механических систем. Техническая диагностика / В. А. Зорин. - Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2021. - 380 с. - Текст : непосредственный.

54 Саутин, С. Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии : учебное пособие / С. Н. Саутин. - Ленинград : Химия, 1975. - 48 с. -Текст : непосредственный.

55 Жулай, В. А. Испытания и исследования наземных транспортно-технологических машин : методические указания / В. А. Жулай. - Воронеж : ВГТУ, 2017. - 46 с. - Текст : непосредственный.

56 Сладкова, Л. А. Конструкция механизма ударно-поворотного действия / Л. А. Сладкова, Д. И. Скрипников // 100 лет кафедре Наземные транспортно-технологические средства : сб. тр. Всерос. науч.-практ. конф. -Москва : РУТ (МИИТ), 2024. - С. 145-148. - Текст : непосредственный.

57 Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин : учебник / И. И. Артоболевский. - 4-е изд. - Москва : Наука, 1988. - 640 с. - Текст : непосредственный.

58 Сараханова, Е. В. Модель синтеза геометрии стержней при продольном ударе / Е. В. Сараханова, И. А. Жуков // Проблемы машиноведения : сб. тр. XIX Междунар. конф. - Москва : ИМАШ РАН, 2007. - С. 89-95. - Текст : непосредственный.

59 Аксенова, Е. Н. Общая физика. Механика : учебник / Е. Н. Аксенова. -2-е изд. - Санкт-Петербург : Лань, 2018. - 128 с. - Текст : непосредственный.

60 Сладкова, Л. А. Моделирование усилий в опорах машин основного технологического назначения на примере стрелового самоходного крана / Л. А. Сладкова, П. А. Григорьев, В. В. Крылов // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. - 2019. - № 4. - С. 516-522. - Текст : непосредственный.

61 Сладкова, Л. А. Алгоритм расчета элементов опорно-поворотного устройства при работе в условиях отрицательных температур / Л. А. Сладкова, В. В. Фокин // Известия СибАДИ. - 2020. - № 4. - С. 36-43. - Текст : непосредственный.

62 Патент 1348160 СССР, МПК В25В21/02. Ударно-импульсный механизм / Моисеев Н. В. ; заявитель и патентообладатель ВНИИстройдормаш. -№ 3742856/25-08 ; заявл. 04.11.1985 ; опубл. 30.10.1987, Бюл. № 40. - Текст : непосредственный.

63 Положительное решение по заявке 2024131394 от 20.10.2025. Ударно-поворотный механизм / Сладкова Л.А., Скрипников Д.И., Чалова М.Ю.; заявитель и патентообладатель Российский университет транспорта ; заявл. 18.10.2024.

64 Патент 1661398 СССР, МПК F23C1/08. Ударно-поворотный механизм / Ярунов А. М. ; заявитель и патентообладатель МВТУ им. Баумана. - № 4305602 ; заявл. 15.09.1987 ; опубл. 07.07.1991, Бюл. № 25. - Текст : непосредственный.

65 Патент 308864 СССР, МПК В25В21/02, F16H33/02. Гайковерт с ударно-импульсным механизмом / Длин В. П. ; заявитель и патентообладатель ВНИИСМИ. - № 1379957/25-28 ; заявл. 31.10.1969 ; опубл. 01.01.1971, Бюл. № 22. - Текст : непосредственный.

66 Патент 1610155 СССР, МПК F16H35/00. Механизм с периодическим изменением скорости вращения ведомого вала / Комов А. В., Волосевич Г. В. ; заявитель и патентообладатель ЛПИ им. Калинина. - № 4382855/25-11 ; заявл. 02.12.1988 ; опубл. 30.11.1990, Бюл. № 44. - Текст : непосредственный.

67 Патент 1158802 СССР, МПК F16H27/00. Механизм прерывистого вращения и фиксации ведомого звена / Давыдов Ю. А., Мельник В. А. ; заявитель и патентообладатель ВНИИКПМ. - № 3648598/25-11 ; заявл. 09.01.1981 ; опубл. 30.05.1985, Бюл. № 20. - Текст : непосредственный.

68 Патент 82745 Российская Федерация, МПК В25В21/02. Ударно-поворотный механизм / Жерелов О. А., Смагер И. В., Лазарев С. П. ; патентообладатель ООО «Техмаш». - № 2009102010/22 ; заявл. 23.01.2009 ; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13. - Текст : непосредственный.

69 Патент 2095234 Российская Федерация, МПК В25В21/02. Поворотно-ударный механизм / Стихановский Б. Н. ; патентообладатель ЗАО «Буровой инструмент». - № 95114775/28 ; заявл. 15.08.1995 ; опубл. 10.11.1997, Бюл. № 31. - Текст : непосредственный.

70 Патент 52442 Российская Федерация, МПК В25В21/02. Перфоратор кумулятивный / Тулаев А. И. ; патентообладатель ООО «Спецтехника». - № 2005133464/22 ; заявл. 28.10.2005 ; опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9. - Текст : непосредственный.

71 Патент 72686 Российская Федерация, МПК В25В21/02. Механизм поворота / Панкратов Э. Н., Карасев Р. Н., Шумский В. В., Ильин А. С. ; патентообладатель ОАО «Машиностроительный завод». - № 2007142785/22 ; заявл. 19.11.2007 ; опубл. 27.04.2008, Бюл. № 12. - Текст : непосредственный.

72 ГОСТ 1.3-2018. Межгосударственная система стандартизации. Технические условия на продукцию. Общие требования к содержанию, оформлению, обозначению и обновлению. - Введ. 01.02.2019. - Москва : Стандартинформ, 2019. - 15 с. - Текст : непосредственный.

73 Федеральный закон от 29.06.2015 № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». - Москва, 2015. - Текст : непосредственный.

74 ГОСТ 2.114-2016. Единая система конструкторской документации. Технические условия. - Введ. 01.07.2017. - Москва : Стандартинформ, 2016. - 18 с. - Текст : непосредственный.

75 ГОСТ 12.2.232-2012. Система стандартов безопасности труда. Оборудование буровое наземное. Общие требования безопасности. - Введ. 01.01.2014. - Москва : Стандартинформ, 2013. - 24 с. - Текст : непосредственный.

76 ГОСТ 26698-93. Станки буровые подземные. Общие технические условия. - Введ. 01.01.1995. - Минск : ИПК Издательство стандартов, 1995. - 28 с. - Текст : непосредственный.

77 ГОСТ 26698.1-93. Станки для бурения взрывных скважин на открытых горных работах. Общие технические условия. - Введ. 01.01.1995. -Минск : ИПК Издательство стандартов, 1995. - 32 с. - Текст : непосредственный.

78 РД 08-272-99. Требования безопасности к буровому оборудованию для нефтяной и газовой промышленности. - Утв. постановлением Госгортехнадзора России от 17.03.1999 № 19. - Москва, 1999. - 45 с. - Текст : непосредственный.

79 Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности : утв. приказом Ростехнадзора от 15.12.2020 № 534. - Москва, 2020. - 156 с. - Текст : непосредственный.

80 ГОСТ 24070.01-86. Изделия горного машиностроения. Общие технические требования. - Введ. 01.01.1987. - Москва : Изд-во стандартов, 1986. -12 с. - Текст : непосредственный.

81 ГОСТ 2.601-2019. Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы. - Введ. 01.02.2020. - Москва : Стандартинформ, 2019. - 24 с. - Текст : непосредственный.

82 ГОСТ 12.3.033-84. Система стандартов безопасности труда. Строительные машины. Общие требования безопасности. - Введ. 01.07.1985. -Москва : Изд-во стандартов, 1984. - 16 с. -Текст : непосредственный.

83 ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. - Введ.

01.01.1992. - Москва : Изд-во стандартов, 1991. - 12 с. - Текст : непосредственный.

84 ГОСТ 12.4.051-87. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Общие технические требования. - Введ. 01.07.1988. - Москва : Изд-во стандартов, 1987. - 8 с. - Текст : непосредственный.

85 ГОСТ 12.1.003-2014. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. - Введ. 01.01.2016. - Москва : Стандартинформ, 2015. - 20 с. - Текст : непосредственный.

86 ГОСТ 12.0.004-2015. Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения. — Введ. 09.06.2016. - Москва : Изд-во стандартов, 2016. - 42 с. - Текст : непосредственный.

87 ГОСТ 12.1.012-2004. Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования. - Введ. 01.07.2008. - Москва : Стандартинформ, 2005. - 20 с. - Текст : непосредственный.

88 ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.1989. - Москва : Изд-во стандартов, 1988. - 49 с. - Текст : непосредственный.

89 ГОСТ 12.2.106-85. Система стандартов безопасности труда. Машины и механизмы, применяемые при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых. Общие требования безопасности. — Введ. 01.01.1987. - Москва : Изд-во стандартов, 1985. - 20 с. - Текст : непосредственный.

90 ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования. - Введ. 01.01.1971. - Москва : Изд-во стандартов, 1969. - 72 с. - Текст : непосредственный.

91 ГОСТ 22352-77. Гарантии изготовителя. Установление и исчисление гарантийных сроков в стандартах и технических условиях. Общие положения. -

Введ. 30.06.1977. - Москва : Изд-во стандартов, 1977. - 9 с. - Текст : непосредственный.

92 Баумана, В. А. Строительные машины: Справочник в 2 т. / Под общ. ред. доктора техн. наук проф. В. А. Баумана и инж. Ф. А. Лапира. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1976. - Текст : непосредственный.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

БУРОВЫЕ СТАНКИ ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Рисунок А.1 - Станок геотермального Рисунок А.2 - Станок колонкового бурения бурения

Рисунок А.3 - Пневмоперфоратор Рисунок А.4 - Гидравлическая сваебойная

установка

Продолжение приложения А

Рисунок А.5 - Гидравлическая роторная Рисунок А.6 - Буровая установка ХСМО буровая установка для буронабивных свай

Рисунок А.7 - Буровая установка для Рисунок А.8 - Ультразвуковой станок

инженерно-строительных работ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК

Таблица Б.1 - Результаты патентного поиска

№ п/п

Выходные данные

Схема

Описание

1

2

4

Патент 1348160 Ударно-импульсный механизм. МПК В 25 В21/02

Опубликовано: 30 .10.1987. Бюл. № 40

Автор: Моисеев Н.В. Заявлено 04.11.85

МПК: B25B 21/02

Ударно-импульсный механизм, содержащий корпус, размещенные в нем шпиндель наковальню с двумя торцовыми кулачками, ведущий вал и установленный на нем возможностью совместного вращения и относительного осевого перемещения ударник торцовыми кулачками,

подпружиненный сторону

шпинделя-наковальни, отличающийся тем, что, с целью повышения энергии ударного импульса, он снабжен упругой пластинчатой муфтой, ведомая полумуфта которая установлена на ведущем валу и выполнена с радиальными пазами, ведущая полумуфта предназначена для

присоединения к приводу и выполнена со сквозными V-образными пазами на торце, обращенном в сторону ведомой полумуфты, упругими

пластинами, один конец которой закреплен в радиальном пазу, другой свободно размещен в V-образном пазу, и охватывающей ударник втулкой с торцовыми кулачками для взаимодействия с кулачками шпинделя-наковальни, связанной с ударником с возможностью фиксированного углового положения количество

3

1

1

2

4

кулачков последнего четное и кратно трем и по крайней мере в 2 раза больше количества кулачков втулки

Патент 1661398 Ударно-поворотный механизм. МКИ F23 C1/08

Автор: Ярунов А.М. Заявлено 4305602 от

15.09.1987 опубл. 07.07.91 Бюл. № 25

Ударно-поворотный механизм, включающий

корпус, подпружиненные

толкатели, ролик кулачок с комбинированным рабочим профилем и тыльной частью, шатуны и ползуны,

промежуточное и ведомое звенья, кинематически

связанные между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы механизма при одновременном улучшении технологичности его

изготовления, механизм имеет стержень со штырем, расположенным перпендикулярно оси стержня, причем комбинированный рабочий профиль выполнен на торце кулачка, а в его тыльной части выполнены продольные пазы для взаимодействия со штырем стержня, при этом один из ползунов расположен на стержне, а другой установлен с возможностью взаимодействия с тыльной частью кулачка, который установлен на стержне с возможностью возвратно-

поступательного перемещения вдоль его оси, при этом ролик установлен на промежуточном звене

3

2

2

4

Патент: 308864. Гайковерт с

ударно-импульсным механизмом МПК: В25В 21/02, Б16Н 33/02

Опубл. 01.01.1971 Бюл. 22 № Авторы: Длин В.П.

Заявл. 1379957/25-28 от 31.10.69

Гайковерт с ударно-импульсным механизмом,

содержащий ударник

стаканного типа, связанный с приводным валом через приводное звено, выполненное в виде упорного подшипника, установленного наклонно

относительно оси гайковерта, и наковальню, жестко

соединенную со шпинделем, отличающийся тем, что, с целью исключения кромочного удара при зацеплении ударника с наковальней, он снабжен гильзой, свободно сидящей на приводном валу,

подпружиненной в сторону приводного звена и имеющей винтовые V-образные канавки шариками, уложенными в канавки гильзы, и ответными V-образными канавками,

выполненными на внутренней поверхности ударника так, что гильза и ударник образуют несамотормозящуюся винтовую пару.

Гайковерт по п. 1, отличающийся тем, что гильза снабжена скользящей шпонкой например шариковой, для соединения с приводным валом.

Гайковерт по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью реверсирования, V-образные винтовые канавки гильзы и ударника выполнены в виде расходящихся ветвей, сопряженных прямолинейным участком

1

3

4

2

4

Патент 1610155 Механизм с

периодическим изменением скорости вращения ведомого вала. МПК F16H 29/12 Заявл. 4611950/2528

Опубл. 30.11.1990 Бюл 44

Авторы: Волосевич Г.В., Комов А.В.

МПК:

Механизм с периодическим изменением скорости вращения ведомого вала, содержащий корпус, ведущий вал с зубчатым колесом, ведомый вал с двумя зубчатыми колесами, одно из которых установлено на нем с возможностью проворота в окружном направлении и зацеплено с зубчатым колесом ведущего вала, а другое -жестко, и связанное с установленным с

возможностью проворота

зубчатым колесом ведомого вала водило с шарнирно размещенным на нем зубчатым сектором, зацепленным с другим колесом ведомого вала и имеющим копирный ролик для взаимодействия с копиром, установленным в корпусе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, механизм снабжен кинематически связанным с водилом толкателем, также шарнирно связанным с зубчатым сектором и подпружиненным между ними, а шарнир связи толкателя и зубчатого сектора расположен по отношению к копирному ролику с другой стороны от линии, проходящей через шарнир размещения зубчатого сектора на водиле и зону зацепления зубчатых сектора и колеса

1

3

5

2

4

Патент RU

2039241 С1 Ударно-поворотный механизм МПК E21B 1/14, B25D 11/10, E21B

6/06Авторы:

Селихов С.В. , Ларюков Б.И. , Ярунов А.М. , Пасечник П.Н.

Заявлен: 4684999/03 от 03.05.19890публ.: 09.07.1995 Патентообладатель: Новосибирский государственный технический университет

Использование: в машинах ударно-поворотного действия при бурении шпуров. Сущность изобретения:

механизм содержит корпус, соосно расположенные в нем шпиндель, и стержень, подпружиненные рессорами толкатели, которые

посредством рычагов связаны с двумя ползунами, один из которых установлен для взаимодействия со

шпинделем, и дисковой кулачок для взаимодействия с толкателями. Для повышения надежности работы на стержне размещена

полумуфта, торцевая

поверхность которой имеет коническую форму, а дисковый кулачок установлен на стержне и подпружинен относительно полумуфты, причем один из ползунов установлен на дисковом кулачке, а другой на полумуфте с возможностью вращательного и

поступательного движений.

Недостатком прототипа является низкая надежность из-за возможности нанесения ударов криволинейной

поверхностью кулачка по ролику промежуточного звена при заклинивании

инструмента в породе или обрабатываемом материале при его извлечении из пробуренного отверстия с невыключенным двигателем

1

3

6

2

4

Патент RU

2095234 С1. Поворотно-ударный механизм. Автор

Стихановский Б.В. Заявл. 15.08.1995. опубл. 10.11.1997 МПК В25D 13/00

Поворотно-ударный механизм содержит корпус, размещенный в нем двигатель, боек с ударным торцем, поворотный узел с приводным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с ударным торцем бойка, держатель рабочего органа. Корпус выполнен с винтовыми пазами. Поворотный узел включает буксу с зубьями, расположенную по

направляющим между

корпусом и держателем рабочего органа. Приводной элемент выполнен из трех частей, одна часть - с выступами, расположенными в винтовых пазах корпуса, боковые поверхности второй части и держателя рабочего органа охвачены

соответствующими пружинами, одни торцы которых оперты на корпус, а другие - соответственно на приводной элемент и буксу, третья часть - с коническими зубьями, сопряженными с зубьями буксы. Даны еще три варианта выполнения

поворотно-ударного механизма Недостатком известного механизма является сложность практической реализации

намотки двигателя для осуществления одновременных поступательных и

вращательных движений

бойка-якоря-ротора

1

3

7

2

4

Патент RU 82745 U1 Ударно-

поворотный механизм Авторы патента: Жерелов О.А., Смагер И.В.,

Лазарев С.П. МКИ

E21B1/12 (E21B 1/02, E21B 1/38). Заявл.

2009102010/22 от 203.01.2009. Опубл. 10.05.2009

Ударно-поворотный механизм, содержащий корпус, размещенные в нем стопорное устройство, кинематически

с

ним механизм,

и кожух, корпусу

связанный геликоидальный ударно-

поворотный узел, прикрепленный к ударно-поворотного механизма с размещенной в нем буровой штангой, отличающийся тем, что стопорное устройство

выполнено в виде муфты свободного хода, включающей звездочку с зубьями,

впадины которых выполнены по эвольвентной кривой и опирающейся на упорный

подшипник, установленной с возможностью заклинивания ее в корпусе роликами при

повороте в одну сторону и свободного вращения - при повороте в другую сторону,

геликоидальный механизм выполнен в виде шарикового винтового механизма,

образованного винтовым

хвостовиком ударника с тремя винтовыми канавками

арочного профиля и тремя шариками, входящими

одновременно в гнезда внутренней

обоймы звездочки и канавки ударника, установленного в осевое отверстие звездочки с

возможностью осевого

перемещения с одновременным поворотом, а ударно-

поворотный узел выполнен в виде шлицевого соединения буровой штанги с

ударником, имеющим для нанесения удара фланец

1

3

8

1

2

4

Патент RU

52442 И1

Перфоратор кумулятивный . Автор: Тулаев А.И. Опубл.

27.03.2006 Бюл. № 9.

Заявл. 133464 от 28.10.2005.

Полезная модель относится к кумулятивным перфораторам и предназначена для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных, газовых и

нагнетательных скважинах. Технический результат

выражается в обеспечении получения одновременно

перфорационных отверстий с углами между ними, с размерами и глубиной перфорации пласта,

соответствующими характеристикам и свойствам пласта. Сущность полезной модели характеризуется

совокупностью признаков, включающих, по крайней мере, один корпус, один модуль в виде каркаса для размещения в нем кумулятивных зарядов, соединенных между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура,

кумулятивные заряды,

обеспечивающие получение больших отверстий, и кумулятивные заряды,

обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, выполненные в одинаковых корпусах и размещенные в гнездах с фиксаторами кумулятивных зарядов, в последовательности задаваемой с учетом свойств и характеристик пласта.

Чередование зарядов возможно в любых вариациях (в шахматном порядке, в зависимости от строения пласта, с чередованием не только двух, но и трёх, четырёх типов зарядов)_

3

9

2

4

10

Патент RU 72 686 и1. Механизм поворота.

Авторы Панкратов Э.Н., Карасев Р.Н., Шумский В.В. Ильин А.С. Заявл.; 2007142785/22, от

19.11.2007 Опубл.:

27.04.2008 Бюл. 12

Механизм поворота,

содержащий приводной двигатель, вал которого через переходную муфту связан с ведущим валом двухступенчатого или

одноступенчатого редуктора в котором выходная, наиболее нагруженная, ступень выполнена в виде волнового редуктора с промежуточными телами качения, включающего генератор волн,

контактирующий с

промежуточными телами качения расположенными в пазах сепаратора и контактирующими с

профильным венцом,

причем сепаратор жестко связан с выходным валом. Двухступенчатый волновой редуктор с

промежуточными телами качения может быть выполнен

дифференциальным, включающим совмещенные генераторы первой и второй ступеней, контактирующие с телами качения расположенными в пазах совмещенных сепараторов первой и второй ступеней, при этом профильный венец первой ступени связан с корпусом, а профильный венец второй ступени связан с выходным валом.

Недостатком механизма являются большие габариты, так как из-за малого количества зубьев передачи, находящихся в зацеплении до 1,5), для обеспечения высокого крутящего момента_

1

3

2

4

11 Патент 2340544. Механизм поворота МПК Класс B66C23/84 Потапов В.А., Тимин

Ю.Ф., Макаров П.Е. Заявл.: 200706-22 Опубл: 10.12.2008

Конструкция этого

механизма поворота

представляет собой пример обычного проектирования, в основу которого положен принцип функционирования механизма.

Механизм поворота,

содержащий гидромотор, на валу которого установлено водило с, по крайней мере, одновенцовыми сателлитами, входящими в зацепление с двумя коронными колесами, первое из которых, неподвижное, закреплено редуктора, подвижное, выходным выполнено

в корпусе а второе, связано с валом или с ним одной деталью, отличающийся тем, что подвижное коронное колесо установлено в одном подшипнике качения и

одном

скольжения,

рабочей,

поверхностью

скольжения

наружная

подвижного

колеса, а

поверхностью

внутренняя

подшипнике причем подвижной подшипника является поверхность коронного неподвижной является поверхность

корпуса редуктора.

Механизм поворота по п.1, отличающийся тем, что для случая аварийного

отключения основного

привода водило имеет зубчатый венец, в зацепление с которым может входить пробка-шестерня, которая устанавливается в данном случае в отверстие заливной пробки и может вращаться с помощью гаечного ключа

1

3

2

4

12

Патент ЯШ64364Ш. Механизм поворота

Заявленная конструкция

механизма поворота кровати-трансформера обеспечивает плавный поворот лежака кровати-трансформера и

компенсацию веса лежака за счет возможности

одновременного воздействия упругого элемента растяжения (пружины) и упругого элемента сжатия (газлифта).

Механизм поворота кровати-трансформера,

характеризующийся тем, что содержит корпус для крепления к неподвижной детали кровати-трансформера, на котором шарнирно закреплен рычаг для крепления к подвижной детали кровати-трансформера и внутри которого одним своим концом закреплены упругий элемент растяжения и упругий элемент сжатия, при этом другим своим концом упругий элемент растяжения и упругий элемент сжатия закреплены через оси крепления к рычагу, причем на корпусе выполнена прорезь для прохождения оси крепления упругого элемента сжатия.2. Механизм поворота кровати-трансформера по п. 1, характеризующийся тем, что упругий элемент растяжения представляет собой пружину.3. Механизм поворота кровати-трансформера по характеризующийся упругий элемент представляет собой или пружину Механизм поворота трансформера по характеризующийся рычаг представляет образную пластину с

п. 1, тем, что сжатия газлифт сжатия.4. кровати-п. 1, тем, что собой Г-поворотную отверстиями для

крепления к подвижной детали

1

3

ПРИЛОЖЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Таблица В.1 - Результаты проведения экспериментальных исследований коэффициента трения дерева по дереву (сочетание материалов 1 - 1)

№ опыта Измеряемые Коэффициент Угол, а, Статистические

величины, м трения, ц град. характеристики

к Ь 52

1 28,15 100 0,2934 16,785 0,1147

2 26,7 100 0,2771 14,97 0,0303

3 27,02 100 0,2806 15,128 0,0037

4 28,83 100 0,3011 17,142 0,3354

5 24,62 100 0,254 14,38 0,8269

6 28,5 100 0,2973 15,915 0,2139

7 27,01 100 0,2805 15,125 0,0041

8 28,7 100 0,2996 16,545 0,2843

9 25,2 100 0,2604 15,748 0,496

Накопленные суммы 244,73 2,544 141,74 2,3092

Среднее значение величины, h ср, мм 27,192

Расчетное значение критерия Кохрена 0,3581

Табличное значение критерия Кохрена при доверительной вероятности 0,95 0,639

Среднее значение коэффициента трения, ц 0,2827

Величина относительной ошибки, 8 0,156318643

Таблица В.2 - Результаты проведения экспериментальных исследований коэффициента трения стекло по стеклу (сочетание материалов 2 - 2)

№ опыта Измеряемые Коэффициент Угол, а, Статистические

величины, м трения, ц град. характеристики

к Ь 52

1 23,5 100 0,241770699 13,785 1,703858

2 23 100 0,23633602 12,97 2,196608

3 24,5 100 0,252701566 14,128 0,905858

4 24,5 100 0,252701566 14,736 0,905858

5 24,2 100 0,249413505 14,138 1,119008

6 21,1 100 0,215859856 12,915 4,639058

7 23,1 100 0,237421357 14,125 2,093058

8 22 100 0,225525401 13,545 3,369608

9 23 100 0,23633602 13,748 2,196608

Накопленные суммы 208,9 2,148 124,09 19,129522

Среднее значение величины, h ср, мм 23,21

Расчетное значение критерия Кохрена 0,242507785

Табличное значение критерия Кохрена при доверительной вероятности 0,95 0,639

Среднее значение коэффициента трения, ц 0,2387

Величина относительной ошибки, 8 0,145791381

Таблица В.3 - Результаты проведения экспериментальных исследований коэффициента трения картон по дереву (сочетание материалов 3 - 1)

№ опыта Измеряемые Коэффициент Угол, а, Статистические

величины, м трения, ц град. характеристики

h L S2

1 31 100 0,326062985 17,785 1,812608

2 30,5 100 0,320259618 16,97 1,367858

3 27,5 100 0,286028032 15,328 0,011858

4 27 100 0,280414504 15,736 0,004608

5 31,7 100 0,334238153 18,138 2,540258

6 25 100 0,25819889 15,915 0,600608

7 30 100 0,314485451 17,125 0,985608

8 27 100 0,280414504 15,545 0,004608

9 30 100 0,314485451 17,748 0,985608

Накопленные суммы 259,7 2,714587589 150,29 8,313622

Среднее значение величины, к ср, мм 28,85555556

Расчетное значение критерия Кохрена 0,305553705

Табличное значение критерия Кохрена при доверительной вероятности 0,95 0,639

Среднее значение коэффициента трения, ц 0,301620843

Величина относительной ошибки, 8 0,22750025

Таблица В.4 - Результаты проведения экспериментальных исследований коэффициента трения картон по стеклу (сочетание материалов 3 - 2)

№ опыта Измеряемые Коэффициент Угол, а, Статистические

величины, м трения, ц град. характеристики

h L S2

1 31 100 0,326062985 17,785 1,812608

2 30,5 100 0,320259618 16,97 1,367858

3 26 100 0,269260232 15,828 0,177608

4 27 100 0,280414504 14,736 0,004608

5 31,7 100 0,334238153 18,138 2,540258

6 25 100 0,25819889 15,115 0,600608

7 30 100 0,314485451 16,125 0,985608

8 26 100 0,269260232 15,545 0,177608

9 30 100 0,314485451 17,248 0,985608

Накопленные суммы 257,2 2,686665517 147,49 8,652372

Среднее значение величины, h ср, мм 28,57777778

Расчетное значение критерия Кохрена 0,293590937

Табличное значение критерия Кохрена при доверительной вероятности 0,95 0,639

Среднее значение коэффициента трения, ц 0,298518391

Величина относительной ошибки, 8 0,22750025

Таблица В.5 - Результаты проведения экспериментальных исследований коэффициента трения дерева по стеклу (сочетание материалов 1 - 2)

№ опыта Измеряемые Коэффициент Угол, а, Статистические

величины, м трения, ц град. характеристики

к Ь 52

1 22 100 0,225525401 12,785 3,369608