 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
АБРАЗИВНІСТЬ ГІРСЬКИХ ПОРІД
12.1Основні поняття про зношування металів та абразивність гірських порід
Під процесом зношування розуміють поступову зміну форми і розмірів деталі чи інструменту в процесі роботи. В.Д. Кузнєцов, проаналізувавши поняття, визначення і терміни в області зношування дав таке визначення:
Зношування – це таке явище, коли при витраті енергії, рівній за величиною роботі сил тертя, з поверхні твердого тіла відділяються частки і його маса зменшується.
Результат зношування, який проявляється у вигляді залишкової деформації матеріалу або відділенні часток твердого тіла називається зношеністю.
Величина зношення на одиницю роботи сил тертя називається інтенсивністю зношування:
,(12.1) де W – зношення; Ат – робота сил тертя, яка визначається за формулою
,(12.2) де f – коефіцієнт тертя; Р – нормальне навантаження; L – шлях тертя.
Величина зношення за одиницю часу називається швидкістю зношування:
,(12.3) де tд – час досліду.
Швидкість зношування залежить від цілого ряду одночасно діючих факторів, основними з яких є:
- вид і властивості поверхонь, що труться;
- режим тертя;
- властивості середовища, в якому працюють деталі чи інструмент.
Вид і властивості поверхонь можуть бути охарактеризовані шорсткістю, кривизною, твердістю матеріалів, різницею твердості пари тертя тощо.
Із збільшенням шорсткості збільшується коефіцієнт тертя і, відповідно, швидкість зношування.
Встановленим фактом є те, що більш загострені тіла зношуються швидше, ніж затуплені.
Режим тертя залежить від питомого тиску, швидкості відносного переміщення, характеру прикладеного навантаження, частоти взаємодії тощо. Із збільшенням контактного тиску коефіцієнт тертя може як зменшуватися, так і зростати.
Середовище характеризується головним чином мастильною і охолоджуючою здатністю. При терті між поверхнями двох твердих тіл може утворитися шар дрібного порошку, який відіграє роль „ третього тіла ” – своєрідного мастила, і коефіцієнт тертя зменшується.
В галузі машинобудування за результатами досліджень Костецького Б.І. розрізняють такі основні види зношування металів.
1 Зношування внаслідок схоплювання першого роду має місце при малих швидкостях відносного переміщення і значних питомих тисках. Для металів характерне утворення задирів на поверхні тертя.
2 Окислювальне зношування відбувається при незначних відносних швидкостях ковзання і невеликих контактних тисках. Воно зумовлене зсувом і втомним відшаруванням окисних плівок з поверхонь, котрі труться. Окисні плівки постійно відновлюються.
3 Теплове зношування (зношування схопленням другого роду) характерне для значних питомих тисків і швидкостей ковзання. Поверхня металу зношується в умовах термічного зменшення міцності, що сприяє інтенсивному розвитку схоплення. Спостерігаються явища відпуску, рекристалізації і вторинного загартування поверхневих шарів металу.
4 Абразивне зношування зумовлене наявністю абразивного середовища в зоні тертя. Воно характеризується пластичним деформуванням, дряпанням і мікрорізанням поверхні металу абразивним середовищем.
5 Вісповидне зношування зумовлене втомними процесами при терті кочення.
Пластичне деформування, різання, дряпання металу абразивним середовищем можливе лише в тому випадку, коли частики середовища твердіші і утворюють достатньо шорстку поверхню. В гірничій справі в поняття абразивного зношування вкладається ширший смисл, тобто зношування деталей чи інструменту при терті об будь-які породи називають абразивним.
Таким чином, абразивність гірських порід – це їх здатність зношувати метали при терті.
Абразивність порід проявляється при абразивному (переважно механічному) зношуванні є його характеристикою. Тому показники абразивності можна вважати показниками механічних властивостей гірських порід.
12.2Фактори, що впливають на абразивність гірських порід
Усі фактори, які впливають на процес абразивного зношування, можна умовно розділити на три групи: природні, технічні і технологічні.
Головними природними факторами є мікротвердість породоутворюючих мінералів; різниця між мікротвердістю різних складових мінералів; твердість породи; розміри і форма кристалітів чи уламків, з яких складається порода; шорсткість поверхні породи, фізико-хімічні властивості пластового флюїду та ін.
Абразивність породи із збільшенням мікротвердості складових мінералів в цілому зростає. Однак, якщо внутрішня структура породи така, що на її поверхні немає виступів (шорсткість поверхні незначна), її абразивність буде невеликою.
Якщо різниця мікротвердості велика, то порода, як правило, є сильно абразивною. Але при цьому суттєвим є абсолютне значення мікротвердості найтвердіших і найм’якіших мінералів.
Із збільшенням розмірів мінеральних частин – абразивність буде більшою. Якщо порода складається із загострених уламків чи кристалітів, абразивність породи також більша.
Якщо пластовий флюїд – нафта, вона діє як мастильний матеріал, і абразивність зменшиться. Якщо ж пластовий флюїд має високу мінералізацію, то абразивність збільшиться за рахунок корозійно-дисперсних процесів.
До технічних факторів, що впливають на абразивність порід, належить насамперед твердість матеріалу, з якого виготовлений буровий інструмент, його пружні властивості (зокрема, модуль Юнга), форма деталі.
Якщо мікротвердість металу більша за мікротвердість мінералів, то абразивне зношування буде незначним.
Чим жорсткіший матеріал, що контактує з породою, тим імовірніше збільшення абразивного зношування. Це пояснюється тим, що в жорсткішому тілі виникають більші контактні тиски. І, навпаки, в податливішому матеріалі динамічні навантаження зменшуються, що зменшує його зношування.
Що до форми деталей бурового інструменту – загострені тіла зношуються інтенсивніше, аніж тіла заокругленої, притупленої форми.
З технологічних факторів, що впливають на абразивне зношування, слід назвати контактний тиск, швидкість ковзання(кочення), фізико-хімічні властивості промивальної рідини, схему взаємодії елементів долота з породою.
При збільшенні контактних тисків абразивне зношення також зростає. Збільшується воно і з ростом швидкості ковзання (кочення).
В зв’язку з цим виникає цікаве практичне питання, на якому режимі краще руйнувати породу: при значному навантаженні і малій швидкості обертання породоруйнівного інструменту (так званий „силовий режим ”), чи навпаки – зменшити навантаження на долото і збільшити швидкість його обертання („швидкісний режим ”)? В твердих абразивних породах доцільно використовувати „силовий режим ”, а м’яких мало абразивних породах – „швидкісний режим ”. Для руйнування м’якої породи достатньо незначних контактних тисків, а збільшення швидкості обертання долота забезпечить більшу частоту взаємодії елементів долота з породою і, відповідно, зростання механічної швидкості буріння. У твердих породах контактні тиски, які забезпечать об’ємний режим руйнування, є великими. Через технічні і технологічні обмеження при цьому не вдається забезпечити великі швидкості ковзання чи кочення.
Щодо впливу фізико-хімічних властивостей бурового розчину, то вона аналогічна дії природних пластових флюїдів.
Як впливає на абразивне зношування схема взаємодії породоруйнуючих елементів з породою розглянемо на прикладі роботи двох типів доліт: ріжучої і дроблячої дії.
У доліт ріжучої дії породоруйнуючі елементи постійно контактують з породою, проходячи за один оберт значний шлях (робота сил тертя пропорційна шляху), тому в абразивних породах зношення такого інструменту буде великим.
При роботі доліт дроблячої дії руйнування породи відбувається за рахунок втискування, взаємне переміщення елементів озброєння долота і породи є мінімальним, тому зношування буде меншим.
Поиск по сайту: