Изнашивание металлов раздробленными горными породами
При взаимодействии деталей машин и инструментов с раздробленными рыхлыми горными породами наблюдаются следующие особенности их изнашивания. Масса обломков, перемещаясь относительно поверхности металла, изнашивает эту поверхность.
Обломки горной породы попадают между трущимися поверхностями. При этом могут иметь место высокие контактные давления и, как результат, пластическое деформирование и царапание поверхности металла. Обломок может внедриться в более мягкую поверхность, т.е. перейти в закрепленное состояние, и интенсивность изнашивания противоположной поверхности существенно возрастет.
Абразивные частицы могут двигаться вместе с потоком жидкости или газа и при контакте с поверхностью деталей и инструментов изнашивают их. Этот процесс получил название гидроабразивное изнашивание.
Определение показателей абразивности горных пород. Классификации по абразивности
Абразивность горных пород обусловливает долговечность бурильного и породоразрушающего инструментов и, следовательно, оказывает большое влияние на выбор техники и технологии бурения. Для определения показателей абразивности применяют два метода: метод изнашивания эталонного стержня (метод "сверления") и метод изнашивания вращающегося диска.
Метод изнашивания эталонного стержня разработан в Институте горного дела им. А.А. Скочинского. Схема метода приведена на рис. 4.37 а. В качестве эталона металла принят стержень 1 из стали «серебрянка» диаметром 8 мм с плоскими торцами. В одном из торцов на глубину 10…12 мм просверлено отверстие диаметром 4 мм (рис. 4.37 б).
|
|
|
Рис. 4.37. Схема изнашивания эталонного стержня (а) и конструкция стержня (б)
При испытаниях каждым концом стержня 1 по 10 мин. «сверлят» плоскую поверхность горной породы 2 при частоте вращения 400 об/мин и под нагрузкой F = 157 Н. Показатель абразивности подсчитывают по формуле
аэ = 
, (4.77)
где Wi – износ обоих торцов за одно парное испытание, мг; n – число парных испытаний. По показателю аэ все горные породы разделены на восемь категорий абразивности, характеристики которых приведены в табл. 4.12.
Метод «сверления» широко распространен в горнорудной промышленности и используется при решении вопросов выбора породразрушающих инструментов с непрерывным контактом их элементов вооружения с забоем (например, лопастные долота, коронки и др.).
Метод изнашивания вращающегося диска разрабатывался по инициативе Л. А. Шрейнера применительно к работе инструментов с периодическим контактом элементов вооружения с забоем, характерным для шарошечных ин-струментов.
|
|
|
Таблица 4.12
Классификация горных пород по показателю абразивности, определяемому методом «сверления»
| Категория | Название категории | а э,мг/10мин |
| 1 | Весьма малоабразивные | < 5 |
| 2 | Малоабразивные | 5–10 |
| 3 | Ниже средней абразивности | 10–18 |
| 4 | Среднеабразивные | 18–30 |
| 5 | Выше средней абразивности | 30–45 |
| 6 | Повышенной абразивности | 45–65 |
| 7 | Высокоабразивные | 65–90 |
| 8 | В высшей степени абразивные | > 90 |
Образцы металла 1 (см. рис. 4.35) готовят из долотных сталей или твердого сплава, т.е. из того металла, по отношению к которому определяют абразивность горной породы. Диаметр диска 30 мм, ширина рабочей поверхности 2,5 мм. Промывка и охлаждение водой.
Показатели абразивности определяют по областям изнашивания. В первой области в качестве показателя использован угловой коэффициент А0 уравнения (4.74), физический смысл которого – скорость изнашивания при Nуд = 1 Вт/мм2. Испытания рекомендуется проводить при Nуд = 0,2…0,3 Вт/мм2 и определять показатель абразивности по формуле
| а 11 = а/ N уд , | (4.78) |
где а и Nуд –измеренные значения скорости изнашивания и удельной мощно-сти трения при испытании; первая цифра индекса показателя область из-нашивания, вторая – условная удельная мощность.
|
|
|
Для второй области изнашивания в качестве показателей абразивности предложены две величины скорости изнашивания: а21 при Nуд = 1 Вт/мм2 и а25 при Nуд = 5 Вт/мм2 (в индексах при а цифра 2 означает вторую область изнаши-вания, а цифры 1 и 5 – значения Nуд). Параметры уравнений изнашивания для соответствующих горных пород определяются из уравнений (4.72) или (4.73) в соответствии с подгруппой горной порды.
В таблице 4.13 приведена классификация горных пород по названным показателям абразивности по отношению к цементированной закаленной стали марки 20ХН3А. Все горные породы разделены на 12 категорий, которые объединены в три группы по четыре категории в каждой.
К группе малоабразивных горных пород относятся галоидные,сульфатные и карбонатные отложения без существенной примеси кварца и халцедона.
Таблица 4.13
Классификация абразивности осадочных горных пород по отношению к закаленной стали
| Группы горных | Категории | Скорости изнашивания стали, мм/ч | |||||
| пород | |||||||
| а 11 | а 21 | а 25 | |||||
| Малоабразивные | 1 | < 0,006 | < 0,01 | < 0,1 | |||
| (неабразивные)
| 2 | 0,006–0,010 | 0,01–0,05 | 0,1–0,3 | |||
| 3 | 0,010–0,014 | 0,05–0,10 | 0,3–0,6 | ||||
| 4 | 0,014–0,018 | 0,10–0,20 | 0,6–1,0 | ||||
| Средней | абразив- | 5 | 0,018–0,020 | 0,20–0,32 | 1,0–1,2 | ||
| ности | 6 | 0,020–0,023 | 0,32–0,50 | 1,2–1,5 | |||
| 7 | 0,023–0,026 | 0,50–0,80 | 1,5–2,0 | ||||
| 8 | 0,026–0,030 | 0,80–1,20 | 2,0–2,8 | ||||
| Высокоабра- | 9 | 0,030–0,040 | 1,20–1,80 | 2,8–4,2 | |||
| зивные | (абразив- | 10 | 0,040–0,060 | 1,80–2,60 | 4,2–6,5 | ||
| ные) | 11 | 0,060–0,100 | 2,60–4,00 | 6,5–10,0 | |||
| 12 | > 0,100 | > 4,00 | > 10,0 | ||||
К группе пород средней абразивности относены те же отложения,что в первой группе, но с примесью кварца и халцедона до 30 % (кварц и халцедон алевритовой фракции), а также глины и аргиллиты.
К группе высокоабразивных горных пород относены карбонатные и обломочные отложения с примесью кварца и халцедона песчаной фракции, алевролиты и мелкозернистые песчаники. Средне- и крупнозернистые кварцевые песчаники относятся к 12 категории.
Таким образом, в заключение следует подчеркнуть, что определяющими факторами абразивности осадочных горных пород являются содержание и фракция кремнистых минералов. Чем больше их содержание и крупнее фракция, тем выше абразивность горных пород.
Определение показателей абразивности методом изнашивания вращающегося диска приближенно моделирует изнашивание стального вооружения шарошечных долот и позволяет проводить прямые оценочные расчеты его долговечности при промывке скважины водой и водными растворами.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 443; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!