ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ БУРОВОГО СТАВА ПРИ РАБОТЕ СТАНКОВ СБШ-250

Цель - разработка научно-обоснованной методики расчета буровых станков типа СБШ-250, позволяющей определить критические нагрузки бурового става, вызывающие динамически неустойчивые состояния системы: буровой инструмент – став – вращатель – мачта – машинное отделение. Кроме того, наметить пути по уменьшению динамических составляющих крутящего момента на вращателе и усилия прижатия бурового става.Методика исследований. Для обоснования причин динамически неустойчивой работы станка принято представление о том, что вращающийся буровой став под действием крутящего момента и усилия подачи при бурении скважины приобретает форму винтовой линии, который находится в динамически неустойчивом состоянии, вызванным моментом сил трения между буровым инструментом и забоем. Составлены соответствующие системы дифференциальных уравнений и уравнения баланса кинетической и потенциальной энергий системы станка при колебаниях.Результаты. В работе установлено, что в результате действия на буровой став крутящего момента и усилия подачи став деформируется и при определенных значениях силовых факторов став теряет продольную устойчивость и приобретает форму винтовой линии, «навитой» на скважину. В этом случае работа става и всего станка сопровождается значительными вибрациями. Проведенные исследования позволили определить, что источником как крутильных, продольных, так и изгибных колебаний става является нелинейное трение между инструментом и забоем. Кроме того, авторами выявлены зоны динамической неустойчивости при работе става и намечен ряд практических рекомендаций для стабилизации работы става и всего станка в целом.Научная новизна работы заключается в том, что выявлен источник сложных продольно-изгибно-крутильных колебаний бурового става, которым является нелинейная характеристика трения между забоем и инструментом, обладающая ниспадающим участком. В этой связи фрикционные крутильные автоколебания вызывают продольно-изгибные параметрические колебания, которые возбуждаются с частотой собственных колебаний крутильной системы. Кроме того, установлено, что совпадение собственных частот изгибных колебаний с частотой вращения является причиной неустойчивости при работе става.Практическая ценность работы заключается в том, что выявлены зоны динамической неустойчивости продольно-изгибных колебаний бурового става, которые соответствуют собственным частотам и формам изгибных колебаний под действием приращения продольного усилия подачи. В случае совпадения одной из собственных частот изгибных колебаний с угловой частотой вращения става наступает неограниченное возрастание амплитуд изгибных колебаний, рост которых сдерживается зазором между диаметрами скважины и штанги. Рассматривая отдельно энергетику крутильных и продольных колебаний, получены выражения для коэффициентов динамичности. Установлено, что продольный коэффициент динамичности при одинаковом статическом укорочении става примерно пропорционален корню квадратному из величины свободного хода бурового става (т.е. свободный ход става необходимо ограничить).Рекомендовано с целью снижения виброактивности бурового става применять самонастраивающуюся систему автоматического регулирования угловой частоты вращения совместно с усилием подачи става. Кроме того, рекомендуется снижение виброактивности за счет применения наложенных вибраций в зоне взаимодействия инструмента с забоем.