«В. В. Б огородский В. П. Г аврало О. А. Н едош ивин РАЗРУШЕНИЕ ПК Л А М ЕТО Д Ы, J1 ТЕХН И ЧЕСКИ ...»
Несовпадение центра ручки коловорота с осью вращения кольца связано с пробуксовкой кольца при вращ ении и скалы ва нием верхних слоев керна. Д алее с углублением кольца в лед 1.3. Буровые средства ш тан гу б у р а и р у ч ку к о л о в о р о т а б у д е т с и л ьн о в о д и ть в р а зн ы е сто р о н ы, что з а т р у д н я е т б у р ен и е. Н е б о л ь ш и е (д о 3— 5 см ) о т к л о н ен и я р у ч ки к о л о в о р о т а от ц е н тр а к о л ь ц а м о ж н о у с т р а н и т ь, и зо г нув в е р х н е е и ли н и ж н е е п л еч о к о л о в о р о т а. П р и б о л ь ш и х о т к л о н ен и я х н ео б х о д и м о м е н я т ь к о л о в о р о т.
И н о г д а и з-за н е д о с та т о ч н о п р о ч н о го к р еп л ен и я стоп орн ы х в и н тов м о ж е т н а р у ш и т ь с я п р а в и л ь н о е п о л о ж ен и е р е зц а 7, и он м о ж е т с м е с ти ть с я в в е р х и ли вн и з. П р и м а л о м з а з о р е бур л е г к о в р а щ а е т с я, но не у г л у б л я е т с я. Н а о б о р о т, у в е л и ч ен и е з а з о р а очен ь з а трудн яет вращ ение коловорота. Д л я р е г у л и р о в а н и я п о л о ж ен и я р е зц а и его за к р е п л е н и я в п а з е к о л ь ц а и м ею тся тр и п оп ереч н ы е п р о р е зи, а на р е зц е с о о тв етс тв у ю щ и й вы ступ. З а к р е п л е н и е р е зц а о с у щ е с т в л я е т с я д в у м я сто п о р н ы м и в и н та м и.
Ч а с т о н е и сп р а в н о с т и в р а б о т е к о л ь ц е в ы х б у р о в с в я з а н ы с н а р уш ен и ем ч е т в е р т о го у с л о в и я ;
б у р л е г к о р а б о т а е т т о л ь к о в н а ч а л е, у п о в ер х н о сти. П р и у г л у б л е н и и на 1— 2 см к о л ь ц о п р о в о р а ч и в а е т с я с б о л ьш и м т р у д о м, и бур не у г л у б л я е т с я. Д о того, к а к см ен и ть р е зец, н ео б х о д и м о п р о в е р и т ь з а з о р м е ж д у керн ом и к о л ьц о м, а т а к ж е з а з о р м е ж д у к о л ь ц о м и стен к о й с к в а ж и н ы. В ту и д р у гу ю сто р о н у о т к о л ь ц а з а з о р д о л ж е н б ы ть не м ен ее 2 — 3 мм. П р и м ен ьш ем з а з о р е р а б о т а з а т р у д н я е т с я, т а к к а к ко л ьц о или з а к л и н и в а е т с я, или, с а д я с ь н а к ер н, в р а щ а е т с я вх ол остую. В эт и х с л у ч а я х н ео б х о д и м о у с т а н о в и т ь н овы й р езец.
К а ч е с т в о р а б о т ы к о л ь ц е в ы х б у р о в з а в и с и т от ф и зи к о -м е х а н и ч еск и х сво й ств л ь д а : при о д н и х и тех ж е т е м п е р а т у р н ы х у с л о в и я х бур зн а ч и т е л ь н о л е г ч е в х о д и т в м о р ск о й л е д, чем в пресны й.
П р и п о н и ж ен и и т е м п е р а т у р ы, к о гд а р е зк о в о з р а с т а е т т в е р д о ст ь л ь д а, р е зе ц д о л ж е н б ы ть о ч ен ь о стр ы м, а з а з о р — о со б ен н о точн ы м.
Р а б о т а к о л ь ц е в ы м б у р о м, в о т л и ч и е от о с т ал ь н ы х, н е т р е б у е т б о л ьш о го п р а к т и ч е с к о г о п а в ы к а и зн а ч и т е л ь н ы х ф и зи ч еск и х у с и л и й. Д а ж е п ри б у р ен и и с к в а ж и н д и а м е т р о м д о 320 мм р а б о т у м о ж е т л е г к о п р о и зв о д и ть один ч ел о в е к.
Ч т о б ы п р и в ести к о л ь ц е в о й б у р в р а б о ч е е со сто ян и е, н у ж н о п р и со ед и н и ть р у ч к у к о л о в о р о т а к ш та н ге, при чем гр и б о к д о л ж е н н а х о д и т ь с я на о д н о й л и н и и с осью в р а щ е н и я к о л ь ц а. З а т е м с п о м ощ ью ф и к с а т о р а и чеки з а к р е п и т ь к о л о в о р о т и п о с т а в и т ь в р а б о ч ее п о л о ж ен и е р езе ц. Д л я эт о го н у ж н о о с л а б и т ь сто п о р н ы е ви н ты, в ы д в и н у т ь н а 2— 3 мм р е зе ц н а д н и ж н е й п л о ск о стью к о л ь ц а и з а т е м п л о тн о з а к р е п и т ь р е зе ц в и н та м и.
П е р е д н а ч а л о м б у р ен и я с л е д у е т о ч и с ти ть от сн ега ровн ую п л о щ а д к у л ь д а, у с т а н о в и т ь к о л ь ц о н а п о вер х н о сти л ь д а и м е д л е н н о в р а щ а т ь п р о ти в ч ас о в о й с т р е л к и к о л о в о р о т, с о х р а н я я в е р т и к а л ь н о е п о л о ж ен и е ш та н ги. В е р х н я я р у ч к а к о л о в о р о т а (1 ) 78 1. МЕХАНИЧЕСКОЕ РЛЗРУ11ШНИП Л Ь Д А должна все время находиться в центре оси вращ ения кольца. По мере углубления кольца в лед следует усиливать нажим на ручку коловорота. Когда кольцо достигнет глубины 5— 10 см, нужно поднять бур и удалить стружку. Эту операцию следует повторять через каж ды е 5—6 см проходки скважины. Н ельзя допускать скопления большого количества стружки - это препятствует сво бодному вращению штанги. Уплотнившаяся струж ка может при вести д аж е к заклиниванию кольца в скважине.
Рис. 1.58. Бур конструкции МВТУ им. Н. Э. Баумана Д о конца бурения не рекомендуется подлам ы вать керн. Это затруднит удаление стружки, особенно если струж ка сухая и не удерживается на кольце. При случайном подломе керна его сле дует немедленно вынуть. Д л я лучшего удаления стружки можно понемногу подливать в скважину раствор поваренной соли, кото рый, смачивая стружку, делает ее вязкой. Тогда она легко удер живается на кольце. Н ельзя использовать бур для подлома и подъема керна из скважины. Это приводит к порче бура, так как его штанги изготавливаются из тонких труб. Подлом керна, если в этом возникает необходимость, производится легким ударом но деревянному клину, вставленному в кольцевую канавку, а его подъем — с помошью специального штока, который прикрепля ется к запасной штанге. Если толщина льда более 1 м, то ис пользуются основная и запасная штанги, причем предварительно снимают коловорот, на его месте укрепляю т шток, а бур перево рачивают кольцом вверх.
Буры конструкции М В Т У им. Н. Э. Баум ана (рис. 1.58). Экс периментальные буры МВТУ диаметром 250 и 350 мм представ ляют собой перку с горизонтальной режущей кромкой, направ 1.3. Буроныс средства лепной к центру бура. Бур имеет, кроме главной режущей кромки, боковые и верхние режущие кромки, предусмотренные для улуч шения вывода его из лунки при возможных смещениях бура отно сительно лунки.
В центре бура имеется центрирующее сперло. Диам етр сверла у 250-миллиметрового бура 26 мм, а у 360-миллиметрового — 20 мм Перемычка центр.*/ у 250-миллиметрового бура 2 мм, а у 350-миллиметрового — 4 мм.
Геометрия бура (углы), ° Главный задний — a t..................................................................................... Торцовый задний - а 2................................................................................... Заострения — | 3.................................................................................................. Передний — у.................................................................................................. Резания — 6...................................................................................................... Трехперовой бур конструкции В Н И Р О (рис. 1.59). Этот бур представляет собой трехлопастную конструкцию со сменными но жами и забурником. Режущ ие ножи могут быть установлены под разными углами резания. В зависимости от длины ножей д и а метр бура может изменяться и быть равным 250, 310 и 390 мм.
Бур состоит из фигурного держ ателя, на котором при помощи конуса и двух гаек укрепляются три ножа. Снизу держ ателя на резьбе крепится трехлопастный забурник. Бур навинчивается при помощи переходника.
Технические характеристики Диаметр бура, м м................................................................................. 250, 310, Число зубьев..................................................................................... 13, 16, режущих подрезных..................................................................................... 3, 3, Длина режущей кромки одного зуба, мм основного..................................................................................... 5, 5, подрезного..................................................................................... 8, 8, Длина режущей кромки, мм суммарная, без забурника.................................................. 74, 89, общая.............................................................................................. 224, 239, Зубья бура расставлены по спирали в шахматном порядке от центра к периферии. Ближайш ий к центру зуб является самым заглубленным (длинным). Следующий зуб находится на другом пере. Он смещен к периферии относительно предыдущего зуба и имеет несколько меньшее заглубление. На третьем пере следую 1. МЕХАНИЧЕСКОЕ РА ЗРУ Ш ЕНИИ ЛЬ ДА щий (третий) зу б опять смсщ си к периферии и имеет ещ е меньш ее заглубление, и так д а л е е по опирали последовательн о на к а ж дом пере д о крайнего периферийиого зу ба.
Постепенное уменьшение заглубления зубьев при вращении бура создает угол при вершине бура 2ср=170°.
Рис. 1.59. Общий вид трехперового бура конструкции ВНИРО [147].
t — п ерех о дн и к д л я к р еп л ен и я к ш п ин делю л ь д о б у р а ;
2 — ю р е ж у щ и е н о ж и ;
3 — к р еп еж н ы е гай ки ;
4 ф и гурн ы й Д (е р ж а д те л ь ;
5 — за б у р н и к.
Рис. 1.60. Ручной механический виброударный бур [147].
1 — д е б а л аи с н ы й в о зб у д и те л ь ко л е б а н и й ;
2 — ш н ек ;
3 - м е т чик;
4 — ви н т с во зр ас та ю щ и м ш аго м ;
5 — свер л о.
В ручном инструменте перспективно применение ударного в р а щающегося резца (типа конусного сверл а), обеспечивающего кон такт с материалом по необходимой поверхности за счет предва рительного среза части льда в режиме вращ ения с использованием эффекта циклического развития трещин отрыва (рис. 1.60). Это энергетически более выгодно [7].
Сверло, проходящее по центру инструмента, является шнеком для удаления крошки из-под метчиковой части, прорезывающей щель под винт в режиме виброудара с возрастаю щ им шагом. Винт с возрастающим шагом отрывает крупные куски льда. Д л я их удаления используется пневмотранспорт с мельницей, которая 1.3. Буровые средства к р о ш и т л е д. М е т ч и к и в и н т п о л у ч а ю т эы е р п п о от р а б о т ы д е б а л а н с н ого в о зб у д и т е л я к о л е б а н и й [ 7 ].
Л е д о б у р Т о м с к о го ры бт рест а (р и с. 1.6 1 ). И з п р и м ен я ю щ и х ся с т а н к о в ы х м е х а н и ч е с к и х б у р о в н а и б о л е е у д о б н ы й, н ад е ж н ы й и эк о н о м и ч н ы й, о со б ен н о, п ри н е б о л ь ш и х о б ъ е м а х р аб о т.
Рис. 1.61. Ледобур конструк ции Томского рыбтреста [145].
I — д в и га т е л ь бензо м о то р но й пилы « Д р у ж б а-6 0 » ;
2 — ручки у п р а в л е н ия;
3 — н ап р а в л я ю щ и е б у р а ;
4 — « ш п и н д е л ь » ;
5 — о п о р н ая пласти н а;
6 — бур.
Технические характеристики Наибольшая глубина бурения, м м............................................................................. Диаметр лунки, м м......................................................................................................... Скорость бурения, м / м и н..............................................................................................0, Время бурения луики при толщине льда 70—80 см (с учетом перехода на другую луику), м и н.................................................................................................. 2— Механизм подачи б у р а.................................................................................................. руч ной Мощность двигателя (при 5200 об/мин), к В т................................................... 2, Масса ледобура (без саней), к г............................................................................. Л е д о б у р о б с л у ж и в а ю т д в а ч е л о в е к а : б у рен и е б езо п асн о при т о л щ и н е л ь д а не м ен ее 20 см.
Л е д о б у р со сто и т и з д в и г а т е л я б ен зом о то рн о й пи лы « Д р у ж б а 60», д о п о л н и т е л ь н о го р е д у к т о р а с р у ч к а м и у п р а в л е н и я, н а п р а в л я ю щ и х б у р а, ш п и н д ел я (ш т о к а ) б у р а, со б ств ен н о б у р а, опорн ой м е та л л и ч е с к о й п л а с т и н ы и сан ей. Л е д о б у р м о н ти р ую т в за д н е й ч асти сан ей на оп орн ой м е та л л и ч е с к о й п л асти н е.
Б у р со сто и т и з ш ести гр ан н о й сту п и ц ы, на кон ц е которой н а в и н ч и ваю т з а б у р н и к и п р и в а р и в а ю т д в а д е р ж а т е л я, п р е д н а з н а ч ен н ы е д л я к р е п л е н и я гр еб ен ки и н о ж а. Н о ж и гр е б е н к а съ ем н ы е.
П ри в р а щ е н и и б у р а гр е б е н к а р а з р ы х л я е т то л щ у л ь д а, а н о ж, и м ею щ и й остру ю п р я м о л и н ей н у ю р е ж у щ у ю кромку, скалы вает р а зр ы х л е н н ы й л ед.
6 Заказ I* 82 1. МЕХАНИЧ ЕСК ОЕ Р А З Р У Ш Е Н И Е Л Ь Д А Л Н а санях ледобур может переводиться из рабо чего положения в транспортное (на рисунке транс портное положение показано пунктиром).
При устройстве лупок лед сначала пробуривают на глубину 25—30 см, затем бур поднимают, ча стично очищая при этом лунку от ледяной стружки, снова опускают бур, бурят следующие 15—20 см льда, поднимают бур и так далее. Чем толще лед, тем труднее пробуривать нижние его слои, следовательно, тем чаще нужно поднимать бур. Д л я облегчения р а боты после пробуривания.45—50 см льда рекомен дуется несколько раз поднять бур до тех пор, пока лунка полностью не очистится от ледяной стружки.
Запрещ ается за один прием пробуривать лед тол щиной более 30 см, так как это приводит к заеданию бура в лунке и может привести к поломке машины.
Ледобур Томского рыбтреста заменяет примерно десять рабочих, освобождая их от тяж елого труда.
Стоимость разработки лунки при толщине ледя ного покрова 80 см равна 40 коп, т. е. примерно в 3 раза меньше, чем при выполнении работ обыкновен ными пешнями [145].
М еханический бур конструкции армейской на учно-исследовательской лаборатории полярны х райо нов США (рис. 1.62). Это шестиметровый агрегат, массой 100 кг. Верхняя треть бурового комплекса занята мотором и передаточным механизмом, сред няя — контейнером ледовой стружки, нижняя — центральным валом и режущей коронкой. П о кабелю со стальной оплеткой трехфазный ток напряжением 380 В от электромотора мощностью 1,5 кВт по дается на двухметровый центральный вал, вращ аю щийся внутри стационарной наружной трубы. Д лина кабеля 720 м, диаметр 22 см, масса 1 м погонной длины 0,75 кг. Л ебедка приводится в движение элек тромотором мощностью 5 кВт посредством ремен ной передачи. Средняя скорость движения бура Рис. 1.62. Разрез американского механического бурильного агре гата [194].
J — ко н ец к а б е л я ;
2 — у зе л п о д веск и ;
3 — б л о к о р и ен т и р о в к и ;
4 — м отор;
5 — б л о к п ер ед ато ч н о го м е х а н и зм а ;
6 — с о ед и н и т е л ь н а я м у ф т а ;
7 — к о н т ей н ер д л я л ед ян о й с т р у ж к и ;
8 — за т в о р ;
9 — ц ен т р ал ь н ы й в а л ;
10 — в н у т р ен ний р а зъ е м -п р е д о х р а н и т е л ь, 11 — р е зц ы с в е р л а.
1.3. Буровые средства вверх и вниз 25 м/мин. Д ва резца па режущей коронке в нижней части вала прорезает кольцевую бороздку шириной 1,5 см, а ле дяная струж ка поднимается по спирали шнека и скапливается в контейнере, который опорожнивается после каждого цикла бу рения.
Длина керпа, выбуриваемого за 1 цикл, составляет 2 м, при диаметре 90 см. Общая глубина скважины, пробуренной в ледни ковом льду в Исландии, составила 415 м [194].
Л ьдобурильны й агрегат конструкции Ферштута— Пащ енко (рис. 1.63). Агрегат представляет собой передвижную несамоход ную установку, состоящую из бензинового двигателя Л-6 мощно стью 4,4 кВт бурового и тягового устройства. Все узлы смонтиро ваны на металлических санях сварной конструкции.
Технические характеристики Назначение................................................................................. пробивка лунок во льду и тяга невода Глубина бурения льда, м м................................................... д о Диаметр лунки, м м.................................................................... 300— Скорость бурения (в зависимости от конкретных усло вий), м / с..........................................................................................5— Тяговое усилие, к г..................................................................... Скорость тяги (при номинальном числе оборотов дви гателя), м / м и н.............................................................................26, Регулировка скорости тяги................................................... изменение подачитопли ва в двигатель Двигатель..................................................................................... бензиновый, марки JI- Мощность двигателя, к В т........................................................4, Частота вращений, об/мин двигателя......................................................................... бурового ш п и н д е л я........................................................ турачек.............................................................................. Количество т у р а ч е к..................................................................... Диаметр турачек, м м................................................................. Масса агрегата, к г..................................................................... На санях предусмотрена площ адка для бурильщика и устрой ство для фиксации агрегата на льду. Агрегат обеспечивает буре ние льда толщиной до 50—60 см, однако нормально он работает при толщине льда до 30 см. При дальнейшем бурении шпиндель сильно вибрирует, требуется большое усилие для подачи бура.
Работа на льдобурильном агрегате производится следующим образом.
После пуска двигателя агрегат должен проработать на холо стом ходу 10— 15 мин. Затем приступают к бурению лунок. В про цессе бурения агрегат обслуживают моторист и бурильщик. Аг 6* 1. МЕХАНИЧ ЕСК ОЕ РА З Р У Ш Е Н И Е Л Ь Д А 1.3. Буровые средства р е г а т п о д в о д я т к м есту б у р ен и я, б у р и л ь щ и к с т ан о в и т с я н а ф и к са то р н у ю п л о щ а д к у и, п о в о р а ч и в а я р у ч к у п о д а ю щ е го м е х а н и зм а, н а ч и н а е т б у р ен и е. П о о к о н ч а н и и б у р ен и я (к о г д а р е зк о у м е н ь ш а ется у с и л и е п о д а ч и ) б у р и л ь щ и к п о д н и м а е т б ур в и сход н ое п о л о ж ен и е, ф и к с и р у е т его о т с а м о п р о и зв о л ь н о г о о п у с к а н и я п ри п о м ощ и з а п о р а и с х о д и т с ф и к с а т о р и о й п л о щ а д к и. А г р е г а т а в т о м а ти ч ески о с в о б о ж д а е т с я от к р е п л е н и я, и его м о ж н о п е р е в о зи ть к м есту б у р е н и я сл е д у ю щ е й л у н к и.
П родолж ительность п о д го то в к и к б у р ен и ю с уч етом п е р е м е щ ен и я а г р егата от одной лунки к д р у го й 20— 25 с. Т а к и м образом, врем я на буре ние одной л у н к и р а в н о при д ан н о й т о л щ и н е л ь д а п р и м ер н о 1 м ин. П р и р у ч ной р а б о т е з а т р а т а в р е Рис. 1.64. Буры конструкции Г. Н. Измайлова и И. А. Кор мииа (а ), конструкции Г. М.
Бровкина (б) [147].
мени на п о д го то в к у о дной л у н к и с о с т а в л я е т 2— 3 мин.
Л ь д о б у р и л ь н ы е а г р е г а т ы Ф е р ш т у т а — П а щ е н к о и м ею т р я д су щ еств ен н ы х н е д о с т а т к о в : м е х а н и зм п о д а ч и б у р а н есо вер ш ен ен, ч ас т о т а в р а щ е н и я б у р а в е л и к а — 1100 о б /м и н, п оэтом у, к о гд а бур д о с т и г а е т в о д ы, п р о и с х о д и т м гн о в ен н ы й ее в ы б р о с н а п о в ер х н о сть л ь д а, что з а т р у д н я е т р а б о т у. Д и а м е т р т у р а ч к и (170 м м ) н ед о стато ч ен.
П ри п р о в ед ен и и и с п ы т а н и й п р о в е р е н а р а б о т а 16 р а зл и ч н ы х б у ров. В ч и сл е их б у р ы И з м а й л о в а и К о р м и н а (рис. 1.64 а ), Б р о в к и н а (р и с. 1.64 6 ), б у р Б а р а б и н с к о г о р ы б о з а в о д а Н о в о си б и р ск о го Г осры бтреста и др.
Н а и л у ч ш и е р е з у л ь т а т ы п о л у ч ен ы при и сп ы тан и и б у р о в Б р о в к и н а и Б а р а б и н с к о г о р ы б о з а в о д а. П р и н ц и п р а б о т ы п о сл ед н его о с н о в а н на в ы к а л ы в а н и и к у ск о в л ь д а. С т р у ж к а п ри б урен и и п о л у ч а е т с я к р у п н о й, п о д а ч а б у р а п р о и с х о д и т б ез б о л ьш и х у си л и й ;
с т р у ж к а х о р о ш о в ы б р а с ы в а е т с я п р и б у р ен и и л ь д а д о 300 м м ;
б у р ен и е м о ж н о п р о и зв о д и ть д о 500 м м.
1. МЕХАНИЧЕСКОЕ Р А З Р У Ш Е Н И Е Л Ь Д А Л ьдобурильны й агрегат Л Б-1 (рис. 1.65). Н а основе опыта эксплуатации первой серии льдобурильных агрегатов конструкции Ферштута—Пащенко Гипрорыбпром по техническому заданию В Н И РО разработал новый вариант льдобурильного агрегата.
Рис. 1.65. Льдобурильный агрегат конструкции Гипро рыбпрома ЛБ-1 [147].
1 — ш т у р в а л ;
2 — сто й к а ;
3 — р ы ч аги ;
4 — о т к и д н а я п л о щ а д к а ;
5 — бур;
6 — п ер о б у р а ;
7 — т я ги ;
8 — у п о р ы ;
9 — сан и.
Технические характеристики Назначение.............................................................................................. пробивка лунок во льду и тяга невода Предельная глубина бурения льда, м м....................................... Диаметр лунки, м м..................................................................................до ' Число оборотов бура, о б / м и н............................................................ Подача б у р а.............................................................................................. ручная Рабочий орган тягового устройства.............................................. две турачки Диаметр турачек, м м............................................................................. Скорость тяги, м / м и н............................................................................. 12 и Тяговое усилие, к г..................................................................................до П р и в о д........................................................................................................... от двигателя Л- Мощность двигателя, к В т.....................................................................4, Частота вращения, о б / м и н................................................................. 1.3. Буровые средства Масса агрегата, к г.................................................................................... Габариты, мм длина..................................................................................... с откиднойп л о щ а д к о й............................................................... ширина........................................................................................ высота........................................................................................ Льдобурильный агрегат представляет собой такж е несамоход ную передвижную установку, смонтированную на фундаментных металлических сварных санях.
Рис. 1.66. Бур льдобурильного агрегата ЛБ-1 [147].
Агрегат имеет ряд преимуществ по сравнению с первым в а риантом конструкции Ферштута и Пащенко. Более надежно р а з общение бура и турачек при помощи фрикционных муфт. Н ад еж нее механизм подачи бура;
высота агрегата и длина шпинделя меньше. Н аличие откидной площадки облегчает доступ к буру для его установки.
Агрегат снабжен буровым инструментом (рис. 1.66). Наличие лопастей у бура улучш ает условия выброса стружки из лунки.
Самоочистка лунки происходит при бурении на глубину до 250— 300 мм. При бурении льда на большую глубину необходимо 1— 2 раза очищать лунку от стружки, поднимая бур.
При помощи лопастей, имеющихся на буре, стружка поднима ется на поверхность льда и под действием центробежной силы р а з брасывается.
Л едобур конструкции Н. Е. Ш ляева (рис. 1.67). Ледобур скон струирован для Сибири, Севера и Д альнего Востока и смонтиро ван на тракторе КД-35.
Технические характеристики Глубина бурения льда, с учетом снежного покрова, мм 1400— Диаметр лунки, м м................................................................................. до Подача бура.............................................................................................. механическая Скорость бурения, м м / с......................................................................... I. МЕХАНИЧ ЕСК ОЕ Р А З Р У Ш Е Н И Е Л Ь Д А Частота вращения бура, о б / м и н........................................................ Привод.......................................................................................................от трактора К Д - Габариты коробки редуктора, мм длина.............................................................................................. ширина.......................................................................................... высота.......................................................................................... Рис. 1.67. Схема ледобура конструкции Н. Е. Шляева [147].
I — в а л ;
2, 16 — ц и л и н д р и чески е ш естер н и ;
3 — к о н и ч е с к а я ш е с те р н я;
4 — р у к о я т к а ;
5 — п о ло вин а ку л ач ко в о й м у ф ты ;
6 — в а л ;
7 — к у л а ч к о в а я м у ф т а ;
5 — ходо во й винт (ш п и н д ел ь л е д о б у р а );
9 — с т а к а н ;
10, 13 — ш естерн и;
I I — ш ионки;
12 — винты ;
14 — га й к а ;
15 — н и ж н я я к р ы ш к а р е д у к т о р а ;
17 — к о н и ч ес к а я зу б ч а т а я ш естер н я.
Буровой механизм закреплен в задней части трактора на спе циальной площадке, выполненной в виде санок. Бур закреплен на шпинделе и представляет собой четыре лопасти, на двух из кото рых закреплены сменные режущие пластинки. Н а режущ их п л а стинках сделаны вырезы вразбеж ку. Л опасти выполнены в виде части шнека. Диам етр бура 400 мм. К буру с нижней стороны прикреплен забурник диаметром 160 мм. Забурник вбуривается в лед первым, чем обеспечивается устойчивое положение основ ного бура.
В процессе бурения выброса ледяной стружки из лунки не происходит. Стружка удаляется лишь при выходе бура из лунки.
1.3. Буровые средства В это время выбрасывается и немного воды из лунки. В резуль тате бурения образуется ледяная крошка в виде крупинок.
Все управление ледобуром сосредоточено в кабине трактори ста, который является одновременно и бурильщиком.
Испытания ледобура этой конструкции проведены на оз. Чаны.
Толщина ледяного покрова была 700— 1050 мм, толщина снежного покрова 250—400 мм. Температура воздуха от — 10 до — 18 °С.
При испытании пробурено около 400 лунок.
Хронометраж показал, что продолжительность бурения одной лунки (с учетом обратного хода бура) в зависимости от толщины льда в указанных ранее пределах колеблется от 28 до 35 с, а время на бурение одной лунки с учетом перехода трактора от одной лунки к другой (на расстояние 20 м ), включения и выклю чения бура составляет 56—70 с.
При помощи ледобура можно осверливать майны. Пробивка лунки в сравнении с ручным трудом ускоряется более чем в 10 раз.
Ледобуром конструкции Ш ляева сверлят лунки глубиной до 1400— 1500 мм. Однако применение этого ледобура лимитируется тем, что он смонтирован на тракторе КД-35, для которого тре буется много горючего. Кроме того, для его обслуживания нужно содержать тракториста.
Больш ая масса трактора вместе с ледобуром позволяет вво дить его в эксплуатацию только при наличии толстого льда (30 см) и вы нуж дает снимать при начавшемся таянии льда, что сокращ ает срок пользования средствами механизации.
Несамоходный льдобурильны й агрегат м одели 26 (рис. 1.68).
Р. И. Пшеничников и И. Н. М орозов разработали конструкцию льдобурильного агрегата (модель 26).
М отоледобур — несамоходная передвижная установка. Смон тирован он на металлических санях и рассчитан на бурение (свер ление) лунок глубиной до 1250 мм, диаметром 320 мм.
М отоледобур состоит из двигателя ЗИ Д -4,5 серии А, станины, редуктора, подающей штанги со штурвалом, режущего инстру мента (бура) и турачки (ш пиля).
Бур (рис. 1.69) состоит из стального шестигранного остова, к которому приваривают шнековую лопасть, предназначенную для выбрасывания ледяной стружки и для крепления трех режущих ножей. Конструкция бура доступна для быстрой заточки, так как имеет съемные ножи. Ножи крепят на трех перьях, располож ен ных по окружности под углом 120°. К аж дое перо с ножами распо ложено под углом 55° к вертикальной оси остова. Сменный нож крепят к перу бура двумя болтами. Н ож и бура имеют разные ре жущие кромки. Лезвие одного из ножей выполнено в виде зубча I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РА ЗРУ Ш Е Н! 112 Л Ь ДЛ \ Рис. 1.68. Несамоходный льдобуриль ный агрегат модели 26 конструкции Пшеничникова и Морозова [53].
/ — м е х а н и зм п о д ач и ;
2 — б у р о в а я к о л о н ка;
3 — ту р а ч к а ;
4 — редуктор;
5 ~ д в и га т е л ь ;
6 — ф и к с ат о р ;
7 — саыи;
8 — бур.
* Рис. 1.69. Бур агрегата модели [53].
/ — ш н е к о в а я л о п а с т ь ;
2 — н о ж и ;
3 — перо;
4 — п ер ка;
5 — остов.
1.3. Буровые средства той гребенки трехгранного профиля, что позволяет срезать лед.
Второй нож имеет выступающую режущую наружную кромку и служит для скалывания льда в удаленной от центра части. Третий нож своей выступающей режущей внутренней кромкой скалывает лед, расположенный под центральной частью бура. Ножи изготов лены из инструментальной стали У-8.
В нижней части остова закреплен на резьбе двухлопастный нож-перка. Концы ножей перки выступают ниже центра. Диаметр бура 314 мм.
У правление мотоледобуром при бурении лунок во льду осуще ствляют ручкой переключения редуктора и штурвалом механизма подачи бура.
К недостаткам агрегата следует отнести несовершенство кон струкции бура, большое усилие его подачи, смещение при буре нии из-за неудачной конструкции винтовых фиксаторов.
Агрегат предназначен в основном для механизации подледного лова рыбы в средней полосе страны. При эксплуатации в Сибири к нему приспособили бур конструкции Ш ляева, что позволило ус корить бурение лунок. Скорость бурения в зависимости от кон кретных условий достигает 0,5 м/мин.
Облегченный ледобур (О Л Б-42) (рис. 1.70). Выпускается се рийно с 1965 г. В отличие от модели 26 предназначен для бурения льда в районах, где толщина льда 600—800 мм и толщина снежного покрова не превышает 400 мм. В этом ледобуре предусмотрена механическая подача бура и его подъем с увеличенной скоростью, что облегчает труд обслуживающего персонала. Ледобур состоит из двигателя, редуктора, буровой колонки, механизма подачи. Все узлы смонтированы на фундаментных санях. Этот ледобур, как и модель 26,— несамоходный.
В установке использован бензиновый двигатель марки ВП- от мотороллера «Вятка». Мощность двигателя 3,7 кВт. Коробка скоростей, позволяет иметь на буре три скорости вращения 195, 325 и 520 об/мин. Наличие трех скоростей вращения бура, как и трех скоростей подачи, является большим достоинством рассм ат риваемого механизма, так как позволяет выбирать в каждом от дельном случае оптимальный режим бурения.
Кинематика механизма разработана таким образом, что по дача и подъем бура могут совершаться как при вращающемся буре, так и отключенном (рис. 1.71).
В ледобуре применен растягиваю щийся шнек для удаления стружки из лунки. Одним концом шнек закреплен на буре, а дру гим на санях.
Цепь вращ ения бура и его подачи имеют независимое включе ние, так что каж д ая из них может вклю чаться самостоятельно.
1. МЕХАНИЧ ЕСК ОЕ РА З Р У Ш Е Н И Е Л Ь Д А Это важно, так как, в некоторых случаях ж елательно поднимать из лунки невращающийся бур, чтобы не «выгонять» воду на по верхность льда. М асса ледобура О Л Б -4 2 — 116 кг, и, поскольку Рис. 1.70. Облегченный ледобур ОЛБ-42 [147].
/ — д в и га т е л ь ;
2 — р е д у к т о р ;
3 — б у р о в а я колон ка;
4 — м еха н и зм п о д ач н ;
5 — ф у н д а м е н т н ы е сан н.
он размещен на санях, имеющих широкие полозья, удельное его давление на снег мало, и его легко перемещ ать. Эти ледобуры широко используются на подледном лове в ряде районов страны.
Тракторный льдобурильны й агрегат (И Л Б-1, И Л Б -2 ). В пер вой конструкции привод к буру осуществлен от вала отбора мощ ности трактора, подача и подъем бура осуществляются механиче ски через систему цилиндрических и конических шестерен. Частота вращения бура, а такж е подача его постоянны и зависят только от частоты вращения вала отбора мощности трактора. Испытания этой конструкции ледобура показали, что он обеспечивает бурение 1.3. Буровые средства л ь д а т о л щ и н о й св ы ш е 1000 м м, при это м з а т р а т ы в р ем ен и на п р и го то в л ен и е одной л у н к и в 10— 15 р а з м ен ьш е, чем п ри руч н ой р а боте. В м е с те с тем о п ы т э к с п л у а т а ц и и это го л е д о б у р а п о к а з а л, что н а л и ч и е т о л ь к о о д н о й п о сто ян н о й п о д а ч и б у р а и одной с к о р ости в р а щ е н и я б у р а н е д о с та т о ч н о д л я его н о р м а л ь н о й р а б о т ы п ри р а зл и ч н ы х м е х а н и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к а х л ь д а, к оторы е, к а к и звестн о, и зм е н я ю тс я с и зм ен ен и ем т е м п е р а т у р ы.
1, 4 — л е в а я и п р а в а я гр е б е н к а;
2 — за б у р н и к ;
3 — ко р п ус.
В п р о ц е сс е д а л ь н е й ш е й п р о р а б о т к и к о н с тр у к ц и и Н. Е. Ш л я е в р а з р а б о т а л н о вы й в а р и а н т л е д о б у р а с г и д р а в л и ч е с к о й п о д ач ей р е ж у щ е г о и н с тр у м е н т а. Х о тя и в это м с л у ч а е ч а с т о т а в р а щ е н и я б у р а о с т а л а с ь п о сто я н н о й 272 о б /м и н, п о я в и л а с ь в о зм о ж н о с т ь р е г у л и р о в а н и я п о д а ч и б у р а, т а к к а к м о ж н о и зм е н я т ь ск о р о сть о п у с к а н и я и п о д ъ е м а ш п и н д е л я с буром.
Технические характеристики Привод...................................................................................................... от вала отбора мощности трак тора Максимальная глубина бурения, м м............................................... Диаметр лунки, м м................................................................................. Частота вращения бура, о б / м и и........................................................ Подача б у р а............................................................................................... гидравлическая Тяговыйо р г а н............................................................................................. турачки Скорость тяги, м / м и н............................................................................. Масса трактора, буровой части,лебедки, к г................................ У л ь д о б у р и л ь н о го а г р е г а т а И Л Б - 2 б у р о в а я ч а с т ь в ы п о л н ен а I» в и д е н ав е с н о го м е х а н и зм а, р а с п о л о ж е н н о г о в за д н е й ч ас т и т р а к т о р а (рис. 1.7 2 ). П р и в о д о с у щ е с т в л е н о т в а л а о т б о р а м ощ ности.
Б у р о в а я ч а с т ь з а к р е п л е н а н а т р а к т о р е н а с п е ц и а л ь н ы х крон ш тей 94 I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РЛЗРУШЕМ ПЕ Л Ь ДЛ пах. От вала отбора мощности через систему передач осуществ лен привод к лебедке, размещенной впереди трактора. Л ебедка представляет собой две горизонтальные турачки, размещ енные на 1 — б у р о в ая ч а с т ь;
2 — т р а к то р ;
3 — л е б е д к и ;
4 — крон ш тей ны.
грузовом валу. Управление буровой частью и лебедкой осущест вляется трактористом из кабины трактора.
Автоматическое устройство допускает регулировку глубины бу рения от 1000 до 1500 мм.
При бурении лунок агрегат обслуж ивает один человек — тр а к торист. Средняя продолжительность бурения при толщине льда 900— 1000 мм в снежном покрове толщиной до 270 мм при проходе бура через всю толщу льда равна 15 с;
средняя продолжительность подъема бура из лунки составляет 20—25 с, средняя суммарная продолжительность бурения одной лунки с учетом вспомогатель ных операций и перехода трактора от одной лунки к другой на 1.3. Буровые сродства расстояние 20 м — 00 с. П родолж ительность бурения одной лунки с помощью льдобурилыюго агрегата в 10—15 раз меньше, чем при ручном труде.
Н аряду со значительными достоинствами тракторных льдобу рильных агрегатов И Л Б -2 они им ели и некоторые существенные недостатки. Центр тяжести агрегата слишком высоко расположен, вследствие чего ухудшается устойчивость агрегата и создаются Рис. 1.73. Самоходный льдобурильный агрегат ПРАГ-ГПИ-56 [147).
/ — тр а н с п о р те р ;
2 — к о л о н к а;
3 — б у р и л ьн ая г о л о в к а ;
4 и 10 — т у р а ч к н ;
5 и 9 — ре д у к т о р ы ;
6 — м е х а н и зм подачи и п о д ъ ем а б у р а с ги д р о д в и га т е л ем ;
7 — б ур;
S — ш п ин дел^.
серьезные затруднения при движ ении его по пересеченной мест ности. Р ам а агрегата и подвижная к а р е т к а не обладаю т достаточ ной жесткостью, вследствие чего б ы л и случаи их деформации.
Самоходный льдобурильны й агрегат П Р АГ-ГП И -56 (рис. 1.73).
Агрегат разработан на базе гусеничного транспортера ГАЗ-47, представляющего собой машину вы сокой проходимости, предназна ченную для перевозки людей и гр у зо в в условиях бездорожья се верных районов страны. Мощность д ви гател я 54,5 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3000 в м инуту.
Агрегат состоит из транспортера, бурового устройства и ле бедки. Транспортер имеет длину 5200 мм, ширину 2435 мм, массу 3650 кг. Расход горючего 45— 100 л на 100 км пути в зависимо сти от дорожных условий. Вместимость бензобака 250 л.
Буровое устройство размещено в задней части машины и со стоит из системы привода от д в и га те л я транспортера, бурильной головки, колонки, шпинделя, бура, м еханизм а подачи и подъема бура с гидродвигателем. Между б уром и буровой головкой р аз мещен раздвижной шнек для вы во д а стружки из лунки. Конст I. МЕХАНИЧ ЕСК ОЕ РА З РУ Ш Е Н И И Л Ь Д А рукцня бурового устройства такова, что позволяет производить бурение льда буром диаметром до 350 мм. О бщ ая глубина буре ния, вклю чая снежный покров, 2 м. Частота вращ ения бура 160— 490 об/мин, подачи бура 0—2 м/мин.
Сравним скорости резания льда в различных конструкциях льдобурильных агрегатов.
Несамоходный льдобурильный агрегат Ф ерш тута—П ащ енко ( = 350 мм;
п = 1100 об/м ин):
v — nDrt/1000 = (3,14-350 • 1100)/1000 = 1,2 м/мин.
Несамоходный льдобурильный агрегат модели 26 Выборгского завода (D = 320, tii = 170 об/мин, п2 = 345 об/м ин):
о, = 0,17 м/мин;
1 = 0,34 м/мин.
Самоходный льдобурильный агрегат И Л Б -2 (D = 350 мм, п = = 272 о б /м и н ):
= 0,3 м/мин.
У ледобура О Л Б-42 скорости резания льда при различных ско ростях вращения бура будут 0,191;
0,32;
0,52 м/мин.
Чем подача меньше, тем мельче струж ка, и наоборот. При бу рении льда агрегатом Ф ерштута— П ащ енко струж ка имеет вид снежной пыли, а при бурении агрегатом И Л Б -2 она имеет вид крошки размером с лесной орех. М ожно принять, что затрата энергии на разрушение льда пропорциональна объему разруш ае мого льда и зависит от того, какого разм ера струж ка получается в результате бурения. Если это правомерно, то более выгодно бу рить лед при больших подачах (крупная струж ка), так как в этом случае при разрушении лед не доводится до состояния мелкой снежной пыли.
При бурении разными льдобурильными агрегатам и площ адь сечения стружки колеблется в очень широком диапазоне. Так, при бурении льдобурильным агрегатом модели 26 при 5 = 3 мм/об, D = 320 мм.
f = SD/12 = 3 • 220/2 = 480 мм2.
При бурении ледобуром модели О Л Б-42 при 5 = 6 мм/об, f = = 960 мм2, а при бурении ледобуром И Л Б -2 при 5 = 3 0 —35 мм/об, D = 350 мм, f = 5250 мм2.
При сверлении вязких металлов образуется сливная стружка в виде спирали, а при сверлении хрупких металлов образуется несливная стружка — стружка надлома. Последний тип стружки характерен и для процесса бурения льда.
Некоторые сведения о производительности механического в р а щательного бурения приводятся в табл. 1.4.
5 s?
я “.
а ю со со со СгГ СО ~ я СП Ю ^f "5f «? а сч fM сч ® § Kir raQ 3* :
Ю СО СО СО О. W н га о со s о ю •л ь Кд. Tf со о rf ио CN 1 I а5* О ex'"— о о *, ю СЧ СО CJ\o CTi о p.s и м ill I I I I 2к Ч" льда СХ а н * ю 5* CM | LQ бурения s* СО о CO CO вращательного ю ОС кк CD 1, 1, о V= OС 2, 1, о I 1 o o' ? СО о — я США агре сх я JHH4 ( a (- СО \о со s t-.
Производительность механического [—1 =я v L Q aS a H и со Cо Oя ЯС S к СХ со о IQ *я я к a О w L хо сх я 4я К я O, я л, Я t* ь »я \о л a. w ч \o C я O, - я са Э я XC OX s Ко Я СХ о. w о- оя O О CO H, WW Pr fcf VO о- VD яо Л« И L fe g о оа СОo о ч сх О сг aS CO »S2 »
л со оЯ О лО я *2 СО \п vo' «й a м У ЯЛ to Я S sC СГ я N о Я|^ =я К О ЛI ЭЯ CD =Я я в 5 s3S я в *- ^L яС 3* тS Cо Q я2 es ООЯ D- D- оо о СХ С _О.
Х о * Й о «5 « со St я сх о — U XE V XOO V D O яa н sаи о О о я s- ° Ё рЬ § « fc cx * з*§ o лo 2 S о 2Я U ^ (Т) S CD hS *5 ч 4 Е2« 7 З а к а з № 1. МЕХАНИЧЕСКОЕ Л ЬД Л разруш ение 1.4. Гидроструйные средства Э к с п е р и м е н т а л ь н о б ы л о у с т а н о в л е н о, что в ы с о к о н ап о р н ы е н е п р е р ы в н ы е в о д я н ы е струи м о гу т б ы ть у с п е ш н о п р и м ен е н ы д л я р а з р у ш ен и я л ь д а. Э то т м ето д о со бен н о э ф ф е к т и в е н п ри р е з к е л е д я ны х п о к р о в о в то л щ и н о й 0,5 — 0,6 м, п р и ч ем э ф ф е к т и в н о с т ь р е зк и су щ еств ен н о в о з р а с т а е т, есл и л е д я н а я п л а с т и н а н а х о д и т с я не н а п л а в у, а л е ж и т на т в е р д о й осн ове.
Д л я р е з к и л ь д а д и н а м и ч е с к о е у д е л ь н о е д а в л е н и е в о д я н о й струи до лж н о н есколько превы ш ать предел прочности л ь д а на сж ати е, т. е. п р и к о э ф ф и ц и е н т е р а зр у ш е н и я л ь д а 0,5 оно д о л ж н о б ы ть не м ен ее 2,5 М П а. Д л я с о х р а н е н и я т а к о г о д а в л е н и я н а р а с с т о я н и и от о б р е з а с о п л а д о д н а п р о р е зи в р е а л ь н ы х у с л о в и я х н ео б х о д и м н а сосн ы й а г р е г а т, с о зд аю щ и й д а в л е н и е 3 0 — 40 М П а [1 8 7 ].
С к о р о ст ь р е з а н и я т о л с т ы х, о со б ен н о т о р о с и с ты х, л ь д о в с т р у я м и зн а ч и т е л ь н о с н и ж а е т с я, а эн е р г е т и ч е с к и е з а т р а т ы возрастаю т [1 8 2 ]. В 1971 г. п р е д л о ж е н а устан овка для р а зр у ш е н и я л е д я н о г о п о к р о в а а к в а т о р и й (а. с. 442.108 С С С Р ), а в 1976 г.— у с т р о й с тв о д л я о ч и стк и а к в а т о р и й от б и то го л ь д а (а. с. 719.914 С С С Р ). У с т а н о в к а с о д е р ж и т г и д р о с т р у й н о е у с т р о й ство в в и д е э ж е к т о р а, с н а б ж е н н о го в н у т р е н н и м соосн ы м п н ев м о д о с ы л а т е л е м с со п л о м, в н у тр и к о т о р о го с м о н т и р о в а н в о з в р а т н о п о с т у п а т е л ь н ы й п о р ш ен ь с з а р я д о м в зр ы в ч а т о г о в е щ е с т в а. У ст ро й ство д л я о ч и стк и о т б и то го л ь д а в ы п о л н е н о в в и д е п о н то н а, с о д е р ж а щ е г о с т р у е о б р а зн ы й а п п а р а т с со п л о м.
З а р у б е ж о м в п о с л е д н е е д е с я т и л е т и е и н тер ес к э т о м у сп о со б у не у га с. Н а ф а к у л ь т е т е и н ж е н е р н о й м е х а н и к и У н и в е р с и т е т а ш т а т а А л ь б е р т а (Э д м о н то н, К а н а д а ) в ы п о л н я л а с ь т е м а : « О п р е д е л ен и е т е м п а ги д р о д и н а м и ч е с к о го р е з а н и я л ь д а и м е р з л о г о г р а в и я » [214].
В а р м е й с к о й н а у ч н о -и с с л е д о в а т е л ь с к о й л а б о р а т о р и и п о л я р н ы х р а й о н о в С Ш А (C R R E L ) в ы п о л н я л а с ь О К Р по р а з р а б о т к е м аш и н ы д л я в ы с о к о н ап о р н о го ст р у й н о го р е з а н и я л ь д а н а с т е н к а х и в о р о т а х речн ы х ш л ю зо в. М а ш и н а б ы л а с о з д а н а н а б а з е са м о х о д н о го т р е й л е р а с н ас о с о м в ы со к о го д а в л е н и я, п е р е к а ч и в а ю щ и м 75 л вод ы в м и н у ту и под д а в л е н и е м 3 90— 590 М П а н а п р а в л я ю щ и м ее ч ер е з сп е ц и а л ь н у ю ф о р с у н к у с т р у ей н а о б л е д е н е в ш и е у ч а с т к и ш л ю зо в ы х к а м е р [2 0 3 ]. П о д р у к о в о д с т в о м C R R E L л а б о р а т о р н ы е и с с л е д о в а ни я ст р у й н о го р е з а н и я л е д я н ы х б л о к о в п р о в о д и л и с ь в У н и в е р с и т е те ш т а т а М и ссу р и (г. Р о л л а ) и в Л а б о р а т о р и и г а з о д и н а м и к и Н ац и о н ал ьн о го совета научны х и сследован и й (К а н а д а ). П олевы е и сп ы т а н и я н а л ь д у о з е р а в ш т а т е М и ч и га н в ы п о л н я л по к о н т р а к т у с C R R E L И л л и н о й с к и й и н с ти ту т т е х н о л о г и ч е с к и х и с с л е д о в а н и й.
И с п ы т а н и я п о к а з а л и, что х о т я с т р у й н а я т е х н и к а и м о ж е т об есп е 1.4. Гидроструйные средства чить нужную производительность резания, затраты энергии при этом выходят за рамки экономической целесообразности и в 3— 4 раза превышают мощность, потребляемую механическими диско выми пилами.
В патентной литературе содержится немало предложений по использованию гидравлических струй для разрушения льда.
Рис. 1.74. Гидроструйный л ед ор ез [85].
/ — н о со в ая ч а с т ь с у д н а ;
2, 3 — т р у б о п р о во д ы н и з к о го и вы со к о го д а в л е н и я ;
4 — т о р о о о р а зн а я ем ко сть;
5 — н а с а д к и ;
6 — со пл о ;
7 — вы со к о н ап о р н ы е стр у и;
8 — в о д я н а я п р о ти в о о б л е д е н и т е л ь н а я за в е с а.
Гидроледорез (пат. 3.977.345 США) (рис. 1.74). В носу судна закреплен трубопровод высокого давления, заканчивающ ийся соп лом. Вокруг сопла размещ ается торообразная емкость с отвер стиями или насадками, соединенная с трубопроводом низкого д а в ления/ При работе гидроледореза струи образуют водяную пыль, которая приводит к обледенению корпуса судна. Д л я предотвращ е ния этого подают воду в торообразную емкость и создают водя ную завесу, предотвращающую распространение водяной пыли.
Несмотря на поток заявок — реактивные сопла, прорезающие плавучий лед высоконапорными струями снизу (пат. 3.877. СШ А), гидромониторное сопло с пневматическим подъемным устройством (пат. 3.938.600 С Ш А ), гидравлический ледорез (пат.
3.977.345 С Ш А ) — допустимые энергетические затраты свели при менимость струйного метода лишь к таким областям ледотехники, как резание льда на плоскостях взлетно-посадочных полос и шлю зов, а такж е при укладке труб во льдах и вечной мерзлоте [230J.
Гидроимпульсное разрушение горных пород широко приме няется при разработке полезных ископаемых [115]. Разруш ение льда с помощью импульсных струй гидромонитора (а. с. СССР) изучалось в гидравлической лаборатории Л И В Т и в ледо исследовательской лаборатории А А Н И И.
Импульсный водомет ИВ-5 конструкции СО А Н СССР. С рас стояния 4,5 м одним выстрелом разбивал на мелкие куски глыбу размером 0,5 X 0,6 X 0,7 м, расходуя лишь 1 л воды.
7* 100 1. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШ ЕНИЕ ЛЬД А 11а О б ск о м в о д о х р а н и л и щ е з а 70 в ы с т р е л о в б ы л с д е л а й п р о х о д в л е д я н о м б л о к е р а з м е р о м 6,5 X 2,6 X 0,8 м. П р о и зв о д и т е л ь н о с т ь р а зр у ш е н и я л ь д а п р и с к о р о с т р е л ь н о с т и 30 в ы с т р е л о в в м и н уту б ы л а 347 м3/ч, а с е б е с т о и м о с т ь о к о л о 6 коп. з а 1 м 3. Ч а с о в а я п р о и зв о д и т е л ь н о с т ь р а з р у ш е н и я п л а в у ч е г о л ь д а в о д о м е т о м И В -9 б ы л а у ж е 6720 м3 по о б ъ е м у и 10920 м2 по п л о щ а д и п р и се б е ст о и м о ст и о к о л о 0,01 коп. н а 1 м3 з а сч ет у в е л и ч е н и я д и а м е т р а с о п л а до 30 мм [1 8 3 ].
Таблица 1. Эффективность разрушения льда импульсным водометом ИВ- Число вы ст П лощ адь О бъем л ь д а, Площ адь С редняя т о л релов, р а з р у О бъем льда, р азр у разруш аем ого льдины, м* щ ина л ь д а, м шающих льди ны, м 3 ш аем ого за з а вы стрел, м льди ну в ы ст р е л, м 0, 70 7 5,0 ' 50 40 6 6,6 8, 0, 35 41 4 5, 0,6 8, Н е к о т о р ы е с в е д е н и я об э ф ф е к т и в н о с т и и м п у л ь сн о го р а зр у ш е н и я л ь д а п р и в о д я т с я в т а б л. 1.5.
Э н е р ге ти ч е с к и е з а т р а т ы н е в е л и к и и с о с т а в л я ю т 0,2 — 0,3 к В т/ч н а 1 м3 л ь д а н а гр у н т е и 0,0 1 — 0,1 5 к В т/ч н а 1 м 3 л ь д а н а п л а в у [183].
И м п у л ь с н ы й в о д о м е т п ер с п е к ти в е н д л я р а з р у ш е н и я г о л о л е д а.
О п ы ты а м е р и к а н с к и х и с с л е д о в а т е л е й, в ч ас т н о с т и, п о к а з а л и, что п ри м а л ы х у г л а х а т а к и в о д а д а ж е п р и д а в л е н и и в 140 000 к П а не р а з р у ш а е т д о р о ж н о г о п о л о т н а, в то ж е в р е м я с б р а с ы в а я с него л е д [73].
В г и д р а в л и ч е с к о й л а б о р а т о р и и Л И И Ж Т а бы л и зго т о в л е н о п ы т ны й о б р а з е ц э л е к т р о г и д р а в л и ч е с к о г о в о д о м е т а с д а в л е н и е м в ы б р а сы в ае м о й с т р у и 3000 М П а [1 6 1 ]. Н а рис. 1.75 и 1.76 п р е д с т а в л е н ы сх ем ы у с т а н о в к и в о д о м е т о в н а с у д а х.
Д л я н а д в о д н о го р а зр у ш е н и я л ь д а в о д о м ет ы по т р и ш ту к и на к а ж д о м б о р ту м о н ти р у ю тся в носо во й ч ас т и с у д н а ;
о д и н и з н и х — р е зе р в н ы й, в к л ю ч а е м ы й в р а б о т у по м е р е н е о б х о д и м о с ти. В в е р т и к а л ь н о й п л о ско сти в о д о м еты у с т а н а в л и в а ю т с я под р а зл и ч н ы м и у г л а м и н а к л о н а. И зм е н е н и е у г л а и эн е р ги и в ы с т р е л а п р о и зв о д и тс я а в т о м а т и ч е с к и в за в и с и м о с т и от т о л щ и н ы л ь д а (р и с. 1.75).
Д л я п о д в о д н о го р а зр у ш е н и я л ь д а н а к а ж д о м б о р ту в н о совой ч аст и с у д н а м о н т и р у е т с я по о д н о м у э л е к т р о г и д р а в л и ч е с к о м у в о 1.4. Гидроструйные средства домету в дополнение к водометам, установленным для надводного разрушения (рис. 1.76). По мере разруш ения электроводомет под водится к подводной поверхности льдины с помощью шарнира Рис. 1.75. Схема установки водометов в носовой части судна для разрушения надводного льда [161].
1 — н о со в ая ч а с т ь с у д н а ;
2 — м есто устан о вкы и м п ул ьсн ы х во д о м е тов;
3 — о т в е р с ти я в с у д н е д л я с т р у й ;
4 — ги д р а в л и ч е ск и е и м п у л ь с н ы е с тр у н ;
5 — п о вер х но стны й л е д.
/ Рис. 1.76. Схема установки водомета для разрушения подводного льда [161].
1 — н о со в ая ч а с т ь с у д н а ;
2 — л ю к в с у д н е д л я в ы п уска в о д о м ета с о ш тан го й ;
3 — толсты й л е д ;
4 — э л е к тр о ги д р а в л и ч е с к и й во д о м ет;
5 — ш т а н га д л я п о д д е р ж а н и я во д о м ета.
и специачьного устройства, находящегося в самом судне. Верти кальное перемещение осуществляется выдвижением телескопиче ской штанги, на которой укреплен водомет.
В США была испытана ледокольная приставка с импульсной гидроподушкой. Устройство представляет собой несамоходную тол каемую барж у, на которой установлена мощная импульсная гидро пушка и механизмы для удаления льда. По мере продвижения баржи вперед разрушенный импульсными струями лед поднимается по наклонной направляю щ ей и подхватывается продольными транс портерами. Транспортеры перемещают обломки в верхние части I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РА ЗР У Ш Е Н И Е ЛЬД А у д л и н е н н ы х с к а т о в, о т к у д а под д ей с тв и е м со б с тв ен н о й м ассы он спо л зает за кром ки к а н а л а. Д л я бесп репятственного дви ж ени я л ь д а п ер ед с к а т а м и у с т а н о в л е н ы к о н и ч е ск и е и ц и л и н д р и ч е с к и е р о л и к и [80].
1.5. В зр ы в н ы е с р е д с т в а В зр ы в о м н а з ы в а е т с я п р о ц есс в е с ь м а б ы ст р о го ф и зи ч е с к о го и ли х и м и ч еск о го п р е в р а щ е н и я си стем ы, с о п р о в о ж д а ю щ и й с я п ер ех о д о м ее п о т е н ц и а л ь н о й эн ер ги и в м е х а н и ч е с к у ю р а б о т у. Р а б о т а, с о в е р ш а е м а я п ри в зр ы в е, о б у с л о в л е н а б ы стр ы м р а с ш и р е н и е м г а з о в и ли п а р о в, н е за в и с и м о о т то го, с у щ е с т в о в а л и они д о и л и о б р а з о в а л и с ь во в р е м я в зр ы в а. С а м ы м с у щ еств ен н ы м п р и зн а к о м в з р ы в а я в л я е т с я р е зк и й с к а ч о к д а в л е н и я в с р е д е, о к р у ж а ю щ е й м е сто в зр ы в а.
Э то с л у ж и т н еп о ср е д с тв е н н о й при чи ной р а з р у ш и т е л ь н о г о д е й с т в и я в зр ы в а.
П р и в ы х о д е д ето н ац и о н н о й в о л н ы па п о в е р х н о ст ь з а р я д а в з р ы в ч ат о го в е щ е с т в а (В В ) д а в л е н и е н а ф р о н т е этой во л н ы н а ч и н а е т п р е о б р а з о в ы в а т ь с я в и н тен си в н у ю в о л н у д а в л е н и я и в р а с х о д я щ ее ся д в и ж е н и е о к р у ж а ю щ е й с р е д ы (л ь д а и л и в о д ы в м е с т е со л ь д о м ). Д а в л е н и е, в ы зв а н н о е р а с ш и р я ю щ и м и с я г а зо в ы м и п р о д у к т а м и в з р ы в а, при эт о м б ы стр о п а д а е т. Д л я б р и за н т н ы х В В (н а п р и м ер, т о л а ) г р а ф и к и зм е н ен и я д а в л е н и я и м еет ви д р е зк о г о в з р ы в а, а за т е м п о степ ен н о го з а т у х а н и я по з а к о н у, б л и з к о м у к э к с п о н е н циальном у. З ату х ан и е дли тся несколько м иллисекунд.
В о зм у щ е н и е от в зр ы в а р а с п р о с т р а н я е т с я в с р е д е по р а д и у с а м в в и д е в о л н ы с ж а т и я. В б л и ж н е й з о н е э т а в о л н а и м ее т крутой ф р о н т, б о л ьш у ю а м п л и т у д у ;
зд е с ь о н а н а з ы в а е т с я у д а р н о й вол н ой.
Н е с к о л ь к о о со б ен н о стей о т л и ч а ю т у д а р н у ю в ол н у от у п р у ги х вол н м а л о й а м п л и т у д ы : 1) с к о р о с т ь ее р асп р о стр ан ен и я* в б л и зи З а р я д а, н а п р и м е р, в во д е, в н е с к о л ь к о р а з п р е в ы ш а е т п р е д е л ь н у ю ск о р о ст ь у п р у ги х во л н в это й с р е д е ;
по м е р е п р о д в и ж е н и я с к о р о с т ь у д а р ной в о л н ы в е с ь м а б ы стр о п а д а е т до ск о р о с т и з в у к а ;
2) а м п л и т у д а д а в л е н и я в с ф ер и ч е с к о й у д а р н о й в о л н е в за в и с и м о с т и от р а с с т о я н и я у м е н ь ш а е т с я б ы стр ее, чем в в о л н а х м а л о й а м п л и т у д ы ;
3) п р о ф и л ь вол н ы по м ере ее р а с п р о с т р а н е н и я п о степ ен н о р а с ш и р я е т с я.
О со б ен н о эт о за м е т н о в о б л а с т и в ы со ки х д а в л е н и й, т. е. в б л и зи в зр ы в а.
Е с л и к н а с т о я щ е м у в р е м е н и и м ею тся м н о го ч и с л е н н ы е э к с п е р и м е н т а л ь н ы е с в е д е н и я о п о в ед ен и и т в е р д ы х т е л, в том ч и сл е и л ь д а, п ри с р а в н и т е л ь н о н е б о л ьш и х д и н а м и ч е с к и х и с т ат и ч е с к и х н а г р у з к а х, то п о в ед ен и е т в е р д ы х т е л, о со б ен н о л ь д а, п р и б о л ь ш и х н а г р у з к а х, в о зн и к а ю щ и х при в з р ы в а х, и зу ч е н о е щ е н е д о с та т о ч н о. В о т личие от ж и дкости, ко то р ая после сн яти я лю бой практически 1.5. Взрывные средства д о ст и ж и м о й н а г р у з к и, в о з в р а щ а е т с я в и сход н ое со сто я н и е, л е д о б л а д а е т т а к н а з ы в а е м о й о с т ат о ч н о й д е ф о р м а ц и е й ;
к р о м е то го, с а м а к р и с т а л л и ч е с к а я с т р у к т у р а его при б о л ьш и х д а в л е н и я х м о ж е т и зм е н я т ь с я и ли д а ж е и сч езн у ть. В у с л о в и я х р а с п р о с т р а н е н и я с и л ь ны х во л н н а п р я ж е н и й н а г р у з к и ( п р я м а я в о л н а ) и р а з г р у з к и (в о л н а при о т р а ж е н и и ) л е д н а х о д и т с я в п л а с т и ч е с к о м со с то я н и и, н е о б х о д и м о у ч и т ы в а т ь его с ж и м а е м о с т ь.
В теч ен и е п о с л е д н и х п р и м ер н о 20 л е т бы л вы п о л н ен р я д р а б о т т ео р ет и ч е с к о го и в осн о вн о м э к с п е р и м е н т а л ь н о г о х а р а к т е р а, по св я щ е н н ы х в о п р о с а м р а з р у ш е н и я п л а в у ч е г о л е д я н о г о п о к р о в а в зр ы в о м [77, 110— 113, 232, 2 3 9 ];
д л я п р о и зв о д с т в а п о д во д н ы х взр ы в о в р а з р а б о т а н ы с п е ц и а л ь н ы е з а р я д ы б о л ьш о й ф у гас н о ст и (а м м о н и т ы, п л а с т и т ы, а м м о т о л ы ). О со б ен н о сти п р о ц есс а д е ф о р м и р о в а н и я л ь д а в б л и ж н е й зо н е о т в з р ы в а з а р я д о в В В а в т о р а м и р а боты [18] и зу ч а л и с ь с п о м о щ ью и м п у л ьсн о й р е н т ген о с ъ е м к и. Э то д а е т в о зм о ж н о с т ь о ц ен и ть р о л ь в н у т р е н н его т р е н и я в п р о ц ессе р а зр у ш е н и я и в ы р а б о т а т ь н е к о то р ы е к о н к р е т н ы е р е к о м е н д а ц и и д л я и н ж е н е р н ы х р а с ч е т о в р а зр у ш е н и я л е д я н о г о п о к р о в а в зр ы в о м.
Экспериментальные исследования позволили установить опти мальные глубины погружения зарядов, дающие наибольший эф фект. При решении локальных задач (образование каналов в л е довых перемычках, создание майн в ледяном покрове) требуется небольшое количество энергии, пропорциональное объему и массе разруш аемого льда. При подводном направленном взрыве вблизи нижней поверхности ледяного покрова ударная волна вследствие хорошего акустического контакта воды и льда почти без ослаб ления дойдет до границы лед—воздух и, отразившись от нее, вы зовет более интенсивное разрушение, чем в случае взрыва наклад ного заряда или заряд а, предварительно внедренного в ледяной по кров. Во втором случае значительная часть энергии ударной волны, пс встретив на границе лед—вода существенной разницы в плот ности сред, уйдет на бесконечность (при достаточной толщине вод ного слоя, конечно) [17].
М е т о д н а п р а в л е н н о г о в зр ы в а п р и м е н я л с я С. Е. Н и к о л а е в ы м при п р о б и в к е к а н а л а в п р и п ай н о м л ь д у А н т а р к т и д ы [110— 113].
П ри н а п р а в л е н н о м в зр ы в а н и и о сн овн ой вы б р о с л ь д а п р о и сх о д и т по л и н и и н а и м е н ь ш е го с о п р о т и в л е н и я. Э ф ф е к т р а з р у ш е н и я в этом с л у ч а е в 1,5 р а з а б о л ь ш е, чем п ри со ср ед о то ч ен н о м в зр ы в е. П р и м ен я ется сд в о ен н ы й з а р я д : п ер в ы м в з р ы в а е т с я о сн овн ой, ч ер ез 0,025 с — в с п о м о г а т е л ь н ы й (р и с. 1.77). Г а зо в ы й п у зы р ь о с н о в ного з а р я д а, р а с ш и р я я с ь и п о д н и м а я с ь к п о вер х н о сти л ь д а, о т нлры ва в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а к а к бы с п л ю щ и в а е т с я и у в е л и ч и в а е тс я в д и а м е т р е, о б т е к а я г а з о в у ю с ф ер у в сп о м о гат ел ь н о го з а р я д а [113].
1. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШ Е НИЕ ЛЬД А 1U П ри с т р о и т е л ь с т в е в зл е т н о -п о с а д о ч н ы х п о л о с п р и м е н я л с я м е то д ш п у р о в о го в з р ы в а н и я б у гр и сто й п о в е р х н о ст и л ь д о в м а л ы м и з а р я д а м и и п о сл ед у ю щ ее в ы р а в н и в а н и е и у к а т ы в а н и е п о в е р х н о сти т р а к т о р н о й г л а д и л к о й [112].
Н а п р а в л е н н ы е в зр ы в ы при р а зр у ш е н и и м о р ск о го л е д я н о г о п о к р о в а о с у щ е с т в л я ю т с я сл е д у ю щ и м о б р а з о м :
Рис. 1.77. Принципиальная схема направленного взрывания льда [113].
Сг, Ci — основной и в сп о м о гател ьн ы й з а р я д ы ;
Н 2, H i — гл у б и н а п о гр у ж е н и я осно вно го и в с п о м о га тел ь н о го з а р я д а ;
w t — р а сс т о я н и е по н ор м а л и от основного з а р я д а д о гр ан и ц ы п олости, о б р а зо в а н н о й всп ом ога тел ь н ы м за р я д о м ;
А \—А 2 — к а с а т е л ь н а я к газо в о й полости в с п о м о га т е л ь н о го з а р я д а в м есте соп р и ко сн о вен и я с н о р м ал ь ю ;
В t—В 2 — н о р м а л ь к гр ан и ц е п олости, о б р азо в ан н о й в зр ы во м в с п о м о га т ел ь н о го з а р я д а ;
/ — р а сс т о я н и е по го р и зо н тал и м е ж д у основны м и в с п ом огател ьн ы м зарядам и.
П о с л е п р и го т о в л е н и я з а р я д о в в них в с т а в л я ю т с я э л е к т р о д е т о н ат о р ы, а м о н т а ж э л е к т р о в з р ы в н о й сети п р о и зв о д и т с я с у ч ето м за м е д л е н и я в з р ы в а н и я о сн о в н о го з а р я д а.
О сн о вн о й и в с п о м о га т ел ь н ы й з а р я д ы о п у с к а ю т с я ч ер е з п р и го товленны е отверстия под л ед и р асп о л агаю тся там н а о п р ед ел ен ном р а с с т о я н и и д р у г от д р у г а по г о р и з о н т а л и ;
в с п о м о г а т ел ь н ы й з а р я д о б ы чн о н а х о д и т с я в воде н е п о ср е д с тв е н н о у н и ж н е й к р о м к и л ь д а, а о сн овн ой п о г р у ж а е т с я н а г л у б и н у, о п р е д е л я е м у ю р а с ч етам и.
П о с л е п о д со ед и н ен и я сети з а р я д о в к о б щ ей эл е к т р и ч е с к о й м а г и с т р а л и в к л ю ч а е т с я ток. П е р в ы м м гн о в ен н о д е т о н и р у е т в с п о м о гате л ь н ы й з а р я д. В р е з у л ь т а т е д е й с т в и я у д а р н о й в о л н ы и д а в л е н и я г а з о в в теч ен и е 0,025 с п р о и с х о д и т с ж а т и е в о д ы, р а з в и т и е и р а с ш и р е н и е во л ь д у т р е щ и н, с м е щ е н и е в о д ы и л ь д а. П о с л е д н ее с о п р о в о ж д а е т с я н е зн а ч и т е л ь н ы м в с п у ч и в а н и ем л е д я н о й п о в е р х н о 1.5. Взрывные средства сти в м есте з а л о ж е н и я в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а. З а эт о в р е м я г а з о в а я п о л о сть, о б р а з о в а н н а я в зр ы в о м в с п о м о г а т ел ь н о го з а р я д а, д о ст и г а е т м а к с и м а л ь н ы х р а з м е р о в, а д а в л е н и е в ней с н и ж а е т с я до ат м о с ф е р н о го. П р о р ы в а г а зо в и з в о д ы в в о зд у х ч ерез л е д ещ е не п рои сх о д и т.
П р и м е р н о ч ер е з 0,025 с п р о и сх о д и т в зр ы в осн о вн о го з а р я д а.
Д а в л е н и е г а з о в в н а ч а л ь н ы й м о м ен т п е р е д а е т с я о к р у ж а ю щ е й ж и д ко сти, но не о д и н а к о в о по всем н а п р а в л е н и я м. О сн о вн о е д а в л е н и е г а зо в и с ж а т о й в зр ы в о м воды у с т р е м л я е т с я в сто р о н у га зо в о й сф еры, о б р а з о в а н н о й в зр ы в о м в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а. Н е к о т о р а я ч а с т ь эн ер ги и в з р ы в а и д е т н а д р о б л е н и е и в ы б р о с л ь д а, н а х о д я щ е г о с я н е п о ср е д с тв е н н о н а д о сн о в н ы м з а р я д о м. Д е й с т в и е в зр ы в а в во д е, а тем б о л е е н а п р а в л е н н о г о, в б ольш ой степ ен и з а в и с и т о т гл у б и н ы, на к о то р у ю о п у щ ен о сн овн ой з а р я д. У д арн ой в о л н о й з а р я д о в (в с п о м о г а т е л ь н о го и о сн о в н о го ) л е д д р о б и т с я и о т р ы в а е т с я от м а с с и в а.
В р е з у л ь т а т е р а б о т ы г а зо в о сн о в н о го з а р я д а р а зд р о б л е н н ы й л е д в ы б р а с ы в а е т с я в м е с т е с водой под н ек о то р ы м у гл о м на з н а ч и тел ьн о е р а с с т о я н и е от м еста з а л е г а н и я з а р я д о в. О к о л о 60 % в ы б р о ш е н н о го л ь д а л о ж и т с я по н а п р а в л е н и ю м е т а н и я, п р и б л и зи т ел ь н о по 15 °/о в ы б р а с ы в а е т с я по о б е б о к о в ы е сторон ы и т о л ь к о о к о л о 10 % — в т ы л ь н у ю о т н а п р а в л е н и я в зр ы в а сторону.
П р и н а п р а в л е н н о м в зр ы в е з о н а р а з р у ш е н и я и м еет в и д э л л и п с а, в то в р е м я к а к при то чеч н о м (с о с р е д о т о ч е н н о м ) и з а г л у ш а ю щ е м зар я д ах она круглая.
О т к р а е в зо н ы с п л о ш н о го р а зр у ш е н и я во л ь д у во все сторон ы п р о х о д я т р а д и а л ь н ы е и к о л ь ц е в ы е тр е щ и н ы. П р и б л и зи т е л ь н о в 5 — 7 м о т к р о м к и эти т р е щ и н ы с к в о зн ы е ш и ри н ой д о 5— 10 см, д а л е е ш и р и н а т р е щ и н у м е н ь ш а е т с я д о в о л о ся н ы х.
Р е з у л ь т а т ы о п ы то в по р а зр у ш е н и ю а н т а р к т и ч е с к о г о м о р ск о го л ь д а н а п р а в л е н н ы м в зр ы в о м п р и в е д е н ы в т а б л. 1.6. Д а н н ы е э к с п е р и м ен то в п о к а з ы в а ю т, что зо н ы с п л о ш н о го р а зр у ш е н и я при н а п р а в л ен н о м в зр ы в а н и и л ь д а почти во в сех с л у ч а я х п р е в ы ш аю т т а к и е ж е зо н ы, п о л у ч а е м ы е при р а з р у ш е н и и л ь д а о д и н а к о в ы м и по м ассе с о с р ед о то ч ен н ы м и з а р я д а м и.
Н а п р а в л е н н о е в зр ы в а н и е п ри о п т и м а л ь н ы х п а р а м е т р а х д а е т п л о щ а д ь зо н ы с п л о ш н о го р а зр у ш е н и я л ь д а о д и н а к о в о й то л щ и н ы на 5 0 — 70 °/о б о л ьш е, чем о т в з р ы в а с о ср ед о то ч ен н о го з а р я д а. П р и этом в ы б р о с л ь д а п ри в зр ы в е со ср ед о то ч ен н о го з а р я д а с о с т а в л я е т м ен ее 5 °/о, в то в р е м я к а к п ри н а п р а в л е н н о м в зр ы в е д о с т и гаем 50 % Н е с м о т р я н а н а п р а в л е н н о е в зр ы в а н и е, п ол н остью чистой от л ь д а м а й н ы не п о л у ч а е т с я. М а к с и м у м в ы б р о са л ь д а не п р е в ы ш ае т 50 %.
106 I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШ Е НИЕ ЛЬД А Таблица 1. Результаты опытов по разруш ению антарктического морского льда толщиной 1,1 м направленным взрывом [113] Глубина по замедления, с сплошного р а зр у ш е М асса з а р я р аз гр у ж ени я з а Чистота майны, % зарядами п го р и Расстояние м еж ду д а, кг ряда, м Угол направления Диаметр зоны вспом огатель вспом огатель Площадь зоны руш ения, м Н о гЭ уоняонэо выброса, зонтали, м ОСНОВНОЙ ный Hj ный Ci ния, м Время 3, 25,2 3,0 2,4 0,025 185, 1,4 33 16,1 X 14, 3, 2 5,2 2,8 2,2 185, 0,025 36 1 6,2 Х 14, 1. 3, 2 5,2 2,8 2,0 0,025 38 202, 1,2 1 6,9 Х 15, 25,2 3,6 3,2 220,4 2,0 0, 1,4 42 1 7,9 Х 15, 25,2 3,2 3,2 2,0 2 5 6, 0,025 1,2 1 8,8 Х 17, 2 5,2 4,8 3,4 1,8 0,0 2 5 49 176, 1,4 1 6,9 Х 13, 2 5,2 4,8 3,4 149,0 1,5 0,0 2 5 1,4 14,6 Х 13, В ы б р о су во м ногом п р е п я т с т в у ю т с и л ы с ц е п л е н и я л ь д а с вод ой, в я зк о с т ь, н е с ж и м а е м о с т ь и си л ы в н у т р е н н е го т р е н и я вод ы.
Б о л ь ш о е зн а ч е н и е и м е е т ти п п р и м е н я е м о г о в з р ы в ч а т о г о в е щ е с т в а ( В В ). Р а з л и ч а ю т д в е о с н о в н ы е ф о р м ы вн еш н ей р а б о т ы в зр ы в а — б р и за н т н у ю и ф у га с н у ю.
Б р и за н т н о е д е й с тв и е в ы з ы в а е т д р о б л е н и е, д е ф о р м а ц и ю л ь д а.
Э то д ей с тв и е о б у с л о в л е н о у д а р о м п р о д у к т о в д е т о н а ц и и (у д а р н о й в о л н о й ), н а х о д я щ и х с я п о д о ч ен ь в ы с о к и м д а в л е н и е м.
Ф у га с н о е д е й с тв и е п р о я в л я е т с я в ф о р м е р а с к а л ы в а н и я и о т б р а с ы в а н и я л ь д а. Ф у га с н о е д е й с тв и е о б у с л о в л е н о р а с ш и р е н и е м п р о д у к т о в д е т о н а ц и и при с р а в н и т е л ь н о н е в ы с о к о м д а в л е н и и. С п о с о б н о сть п р о д у к т о в д е т о н а ц и и (г а з о в ) п р о и зв о д и т ь п ри их р а с ш и р е нии р а б о т у н а з ы в а ю т р а б о т о с п о с о б н о с т ь ю, и л и ф у га с н о ст ы о.
О б л а д а я в ы со ко й с к о р о с т ь ю д е т о н а ц и и (6800 м /с ) и о т н о с и т е л ь н о б о л ь ш о й п л о тн о стью (1600 к г /м 3), т р о т и л о к а з ы в а е т н а л е д в о сн о в н о м у д а р н о е д ей с тв и е, к о т о р о е н е о б х о д и м о при д р о б л е н и и л ь д а и в м ен ьш ей степ ен и при в ы б р о се. П о э т о м у п р и м ен ен и е т р о т и л а п ри в зр ы в а н и и л ь д а м а л о п р и го д н о д л я э т и х ц ел ей.
Д л я п о л у ч ен и я чи стой м ай н ы при н а п р а в л е н н о м р а зр у ш е н и и л ь д а л у ч ш е в с е го п р и м е н я т ь В В с б о л ьш о й ф у га с н о с т ь ю. Т а к и е, к а к ал ю м и т ы, п л а с т и т ы, а м м о т о л ы и д р у ги е и ли ж е у в е л и ч и в а т ь о сн о вн о й з а р я д в 1,5 р а з а.
З а м е д л е н и е в зр ы в а о сн о в н о го з а р я д а н а 0,025 и 0,050 с о с у щ е с т в л я л о с ь п ри п о м о щ и к о р о т к о за м е д л е н н ы х э л е к т р о д е т о н а т о р о в Э Д К З № 1 и 2.
1.5. Взрывные средства Д р у г и е и н т е р в а л ы в р е м е н и м о ж н о п о л у ч и ть с п ом ощ ью тэн о вого д е т о н и р у ю щ е го ш н у р а и Э Д К З № 1 и 2, со ед и н ен н ы х в р а з л и ч н ы х к о м б и н а ц и я х (т а б л. 1.7).
К а к в и д н о и з т а б л. 1.7, при в с п о м о га т ел ь н о м з а р я д е в 4,8 кг (п р и всех д р у ги х р а в н ы х у с л о в и я х ) о п т и м а л ь н о е в р е м я з а м е д л е н и я в з р ы в а о сн о в н о го з а р я д а м ассо й 25,2 кг р а в н о 0,025 с. П р и т а к о м в р е м е н и за м е д л е н и я п о л у ч а е т с я н а и б о л ь ш а я зо н а сп л о ш н о го р а зр у ш е н и я и м а к с и м а л ь н ы й в ы б р о с л ь д а. П р и у в е л и ч ен и и и ли у м е н ьш е н и и в р е м е н и з а м е д л е н и я э ф ф е к т от в зр ы в а п о л у ч а е т с я зн а ч и т е л ь н о м ен ьш и м (р и с. 1.78).
Б о л ь ш у ю р о л ь при н а п р а в л е н н о м р а зр у ш ен и и л ь д а и г р а е т угол в ы б р о са, т. е. у го л н а п р а в л е н н о с т и в зр ы в а а. Е сл и у го л м ен ьш е о п т и м а л ь н о го, т о э н е р г и я в зр ы в а м о ж е т о к а з а т ь с я н е д о с та то ч н о й, чтобы о т б р о с и т ь л е д н а о п р е д е л е н н о е р а с с т о я н и е. Е с л и у го л в ы б р о са а б о л ь ш е о п т и м а л ь н о г о, то н а п р а в л е н н ы й в зр ы в по св о ем у х а р а к т е р у с т а н о в и т с я все б о л е е п о х о ж и м н а в зр ы в п р о сто го с д в о енн ого з а р я д а.
И з т а б л. 1.6 в и д н о, что м а к с и м а л ь н а я зо н а р а зр у ш е н и я и н а и б ол ьш и й в ы б р о с л ь д а п о л у ч а ю т с я, к о гд а у го л н а п р ав л е н н о с т и г.зры ва р а в е н 45°. П р и это м у г л е н а п р а в л е н н о с т и в з р ы в а п л о щ а д ь зо н ы сп л о ш н о го р а зр у ш е н и я л ь д а м а к с и м а л ь н а и вы б р о с р а в е н 50 %. О п т и м а л ь н ы й уго л н а п р а в л е н н о с т и в зр ы в а п ри р а зр у ш е н и и л ь д а с о с т а в л я е т 45°, т. е. к о г д а р а с с т о я н и е м е ж д у осн овн ы м и вс п о м о га те л ьн ы м з а р я д а м и по го р и зо н ту и по вы со те р а в н ы. П р и это м у г л е н а п р а в л е н н о с т и в з р ы в а п о л у ч а е т с я н аи б о л ь ш и й в ы б р о с л ь д а.
П ри р а зр у ш ен и и л е д я н о г о п о к р о в а н а п р а в л е н н ы м в зр ы в о м ц е л е с о о б р а зн е е п р и н и м а т ь м ассу в с п о м о га т ел ь н о го з а р я д а р а в н ы м С А Я C d О Я к \о ЙЭ о g c t^ Э — электродетонатор;
ЭДКЗ — электродетонатор §=§ гт 5 Г W °' — —ч о»
—* (N см (М * г g % ч СО СО СО СО СП СП X X X X X ct ct ct ct Ct C fo сг [113] го го го го го го го^ льда с с а э а э 00 оо 00 Ct Ct Ct C t морского g * S S Ct о [ч.
со ) Т '=Г CD го 05 h при разрушении о о о Ю см LO ю ю Ю Д о о о о о шнур;
с о взрыва зарядов я я я г- Ш — детонирующий СУ о CQ о о о о я о о и средства замедления 2 р о о о оО я я я л р* Д ° Sе о о м Оо я я ct аК з О * к К О. е;
ю и* ^ =о ш короткозамедленный.
о о о GJ 1 и,со Примечание.
et = tl жо кж t= :
tig са cj ч о Uь Е С С, С С С Е S ill 00 о о Г^ ю Способы см СО ю со LO О CD о о о о о g |аs g*§р.
s o' о о О о о о м IS 5 и (О н го к О го X 1.5. Взрывные средства 7б осн о вн о го. М а с с а о сн о в н о го з а р я д а ц е л и к о м за в и с и т о т то л щ и н ы р а з р у ш а е м о г о л ь д а и р а с с ч и т ы в а е т с я по ф о р м у л е C 2= k-H \ где С — м а с с а з а р я д а ;
Н — т о л щ и н а л ь д а, м;
— к о эф ф и ц и ен т, k за в и с я щ и й о т св о й ств В В и л ь д а.
Рис. 1.79. Зависимость площади раз рушения (1) и выброса льда (2) от массы вспомогательного заряда (С,) [113]. Масса основного заряда во всех случаях 25,2 кг.
Н а рис. 1.79 п о к а з а н ы за в и с и м о с т и п л о щ а д и р а зр у ш е н и я и в ы б р о са л ь д а о т м а с с ы в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а.
Г л у б и н а п о гр у ж е н и я в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а в зн а ч и т е л ь н о й степ ен и за в и с и т о т его м а с с ы и п р и н и м а е т с я р а в н о й р а с с то я н и ю от ц ен тр а з а р я д а д о п о в ер х н о сти во д ы. П р и р а с ч е т а х н ео б х о д и м о п о м ни ть, что м а к с и м а л ь н ы й р а д и у с г а зо в о й п ол ости, о б р а з о в ан н о й в зр ы в о м в с п о м о г а т е л ь н о го з а р я д а, д о л ж е н б ы ть м ен ьш е этого р а с с то я н и я.
О п т и м а л ь н а я г л у б и н а п о г р у ж е н и я о сн о вн о го з а р я д а за в и с и т пт его м а с с ы и б е р е т с я и з с п е ц и а л ь н ы х с п р ав о ч н и к о в.
Л и н и я н а и м е н ь ш е го с о п р о т и в л е н и я н а п р а в л е н н о г о в з р ы в а (при о п т и м а л ь н ы х п а р а м е т р а х ) о п р е д е л я е т с я из ф о р м у л ы W, = l^/2-R, где I — р а с с т о я н и е м е ж д у о сн о вн ы м и в с п о м о га т ел ь н ы м и з а р я д а м и по го р и зо н ту, м;
R — м а к с и м а л ь н ы й р а д и у с г а зо в о г о п у зы р я п сп о м о га те л ь н о го з а р я д а, м.
Т о л щ и н у л е д я н о г о п о к р о в а п ри р а с ч е т а х с л е д у е т п р и н и м а т ь уч етом с н е ж н о го п о к р о в а.
• I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШ ЕНИЕ Л Ь Д Л П р и п л а в а н и и во л ь д а х н е о б х о д и м о с ть в з р ы в а в о зн и к а е т, к о гд а судн о не м о ж е т п р е о д о л е т ь т я ж е л о й л е д о в о й п е р е м ы ч к и, о т д е л я ю щ ей его о т чистой во д ы. Н а рис. 1.80 п р е д с т а в л е н а с х е м а в зр ы в н ы х р а б о т, ц ел ью к о т о р ы х б ы л о п р о б и т ь л е д о в у ю п е р е м ы ч к у и вы й ти на ч и сту ю вод у. Н е б о л ь ш и е з а р я д ы, з а л о ж е н н ы е в т о л щ у л ь д а н еп о ср е д с тв е н н о н а у ч а с т к е д л и н о й 80 м от н о с а с у д н а, с п о с о б с т в о в а л и о с л а б л е н и ю у ч а с т к а д о с т а д и и, п ри к о т о р о й л е д о к о л ь н ы й п а р о х о д с а м м ог ф о р с и р о в а т ь л ь д ы. Д а л е е, н а у ч а с т к е д л и н о й Рнс. 1.80. Схема взрывных работ по разрушению ледовой пере мычки [125].
7 — роп аки.
220 м б ы л о з а л о ж е н о п я т ь п о д л е д н ы х з а р я д о в, п о зв о л и в ш и х р а з р у ш и т ь п е р е м ы ч к у [1 2 5 ].
Н а рис. 1.81 п р и в е д е н а с х е м а р а з р у ш е н и я т я ж е л ы х т о р о си с ты х л ь д о в м о щ н о стью д о 3,2 м.
Н а рис. 1.82 п о к а з а н а с х е м а п р о и з в о д с т в а в з р ы в н ы х р а б о т п ри о т к а л ы в а н и и л е д я н о г о м ы с а, а рис. 1.83 — п ри р а зр у ш е н и и л е д я ны х м ы со в с о ш е д ш и х л е д я н ы х по л ей. С х е м а в зр ы в н ы х р а б о т п ри за щ и т е с у д о в и их в ы в о д е и з зо н ы с ж а т и я п о к а з а н а н а рис. 1.84.
С п равого борта м елким и за р я д а м и р азд р о б и л ся л ед, о к а зы в ав ш и й д а в л е н и е на судн о.
С л е в о го б о р т а у с и л е н н ы м и з а р я д а м и в з р ы в а л с я сп л о ш н о й л е дяной покров и со зд ав ал ась т а к н азы в аем ая « л ед ян ая подуш ка», о б е с п е ч и в а ю щ а я а м о р т и за ц и ю и р а с с р е д о т о ч и в а ю щ а я д а в л е н и е л ь д а н а корп ус.
К а к в и д н о (рис. 1.8 4 ), п о т р е б о в а л о с ь б о л ь ш о е к о л и ч е с т в о в з р ы вов д л я с о зд а н и я к а н а л а по к у р с у с у д н а, о т м еч ен н о м у н а р и с у н к е с т р ел к о й. В зр ы в н ы е р а б о т ы в эт о м с л у ч а е о б есп е ч и л и в о зм о ж н о с т ь у м ен ь ш е н и я с ж а т и я з а сч ет с о з д а н и я л е д я н о й п о д у ш к и.
1.5. Взрывные средства Н а р е к а х в зр ы в н ы е р а б о т ы м о гу т п р и м ен я ть с я :
— д л я п р о в е д е н и я п р е д у п р е д и т е л ь н ы х м е р о п р и я т и й, о б ес п е ч и в а ю щ и х б е з з а т о р н ы й п р о п у с к л ь д а н а д а н н о м у ч а с т к е р еки ;
Рис. 1.81. Схема взрывных работ в тяжелых торосистых льдах [125].
А — л е д я н о е п оле.
Рис. 1.82. Схема взрывных работ по скалыванию ледяного мыса, преграждавшего путь судну [125].
А — л е д я н о е поле.
— д л я п р о в е д е н и я п р е д у п р е д и т е л ь н ы х м е р о п р и я т и й по за щ и т е м осто в и ги д р о те х н и ч е с к и х с о о р у ж е н и й в п е р и о д л е д о х о д а ;
— д л я о п е р а т и в н о й б о р ь б ы с з а т о р а м и в м о м ен т их о б р а з о в а ния с ц ел ь ю н е м е д л е н н о й л и к в и д а ц и и при чи н (б о л ь ш и х п о л ей, их н ер в о н а ч а л ь н ы х ско п л ен и й и т. п.);
д л я л и к в и д а ц и и у ж е с ф о р м и р о в а в ш и х с я за т о р о в ;
112 I. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШ ЕНИЕ ЛЬД А — д л я б о р ьбы с з а ж о р а м и л ь д а.
С л е д у е т у к а з а т ь н а о гр о м н ы й в р е д, п р и н о с и м ы й в з р ы в а м и р ы б ном у х о зя й с т в у. И с х о д я из з а к о н а об о х р а н е о к р у ж а ю щ е й ср ед ы, Рис. 1.83. Схема взрывных работ по расширению прохода между двумя ледяными мысами [125].
А — л е д я н о е поле.
Рнс. 1.84. Схема взрывных работ при сжатии судна в тяжелом льду [125].
А — л е д я н о е поле.
п р и м ен ен и е в зр ы в о в д л я р а б о т по п р е д у п р е ж д е н и ю з а т о р о в (о ч и щ ен и е о т л ь д а зн а ч и т е л ь н ы х п л о щ а д е й, с о з д а н и е м а й н, к а н а л о в и т. п.) с л е д у е т с ч и т а т ь н е ц е л е с о о б р а зн ы м и з а п р е т и т ь в з а к о н о д ат е л ь н о м п о р я д к е.