Шпиндельные вращатели получили широкое распространение в буровых станках колонкового бурения скважин на твердые полетные ископаемые. Основными элементами такого вращателя являются шпиндель с проходным отверстием и зажимными патронами, приводная втулка от которой шпиндель получает вращение, и редуктор состоящий из конической пары шестерен, связывающий вращатель с коробкой передач и обеспечивающий отбор мощности на вращение.
При углублении скважины зажимные патроны испытывают осевые нагрузки под действием веса бурового снаряда или механизма подачи и крутящего момента на вращателе. При ликвидации осложнений в скважине на зажимные патроны обычно действует только осевая нагрузка, создаваемая гидроцилиндрами механизма подачи. Поэтому расчет патронов рекомендуется производить по наибольшей силе, определяемой по формулам
(12.99)
F2≥Qmax (12.100)
где F1 - сила от воздействия на кулачки патрона осевой нагрузки и крутящего момента, Н; Кс - коэффициент запаса страгивающей силы (принимают 1,3....2; чем выше грузоподъемная сила подъемной установки, тем значение Кс); Qном - номинальная грузоподъемная сила буровой установки, Н; Рпри - осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, Н; Мвр - момент на вращателе при бурении скважины, Н·м; d - диаметр бурильной трубы, зажимаемой кулачками патрона, м; F2 -страгивающая сила от воздействия на кулачки патрона усилия гидроцилиндров механизма подачи при их работе в качестве домкратов, Н; Qmаx - максимальная грузоподъемная сила установки, H.
Среднее удельное давление на бурильной трубе
(12.101)
где l - длина плашек зажимного пафона, м.
Параметры шпиндельных вращателей определяют исходя из требований, предъявляемых технологиями бурения:
- диаметр проходного отверстия шпинделя определяется максимальным диаметром применяемых бурильных труб с учетом зазора 3-5 мм для обеспечения свободного прохода их через шпиндель;
- длина хода шпинделя влияет на время, затрачиваемое на его перекрепление. Этот парамеф обычно выбирают в пределах 400-600мм (большее значение в станках для бурения более глубоких скважин);
- частотная характеристика оценивается диапазоном изменения частот вращения и диапазоном регулирования, числом частот в диапазоне и значениями промежуточных частот;
- диапазон регулирования частоты вращения, определяемый с отношением
(12.102)
где nmax и nmin - максимальное и минимальное значение частоты вращения. Их выбирают такими, чтобы возможно полнее удовлетворять требованиям основного технологического процесса при бурении процессу разрушения горных пород.
