2. Расчёт режимных параметров перфоратора
В данной работе приведена методика расчёта следующих режимных параметров перфоратора: энергия удара, частота ударов, мощность, крутящий момент, механическая скорость бурения, эксплуатационная производительность, число машин для выполнения заданного объёма работ.
2.1. Расчет рабочего цикла перфоратора
В методике расчёта предполагается, что давление воздуха в цилиндр является постоянным и равным среднему индикаторному давлению; не учитывается вес движущихся частей, силы трения и влияние увеличения веса бура с увеличением глубины шпура на скорость отражения бойка; принимается постоянным давление воздуха у входа в молоток.
Средним индикаторным давлением называется такое постоянное за весь ход поршня давление, при котором энергия удара в конце хода поршня будет такая же, как и при действительном переменном.
Индикаторное давление рi - выражаем как часть давления воздуха в трубопроводе:
для рабочего хода pi раб. = ро ×c1
для холостого хода рi хол. = ро ×с2,
где с1 и с2 коэффициенты, зависящие от конструкции молотка.
Значения конструктивных коэффициентов бурильных молотков
Бурильные молотки |
С1 |
С2 |
С клапанным распределением |
0,52 |
0,26 |
С золотниковым распределением |
0,62 |
0,40 |
Сила, действующая на поршень молотка при рабочем ходе:
Pраб=Fраб× pi раб. =c1×po×Fраб, H
где Fраб.- площадь заднего торца поршня, м2
Fраб.= π(D2-d12)/4, м2
где D – диаметр поршня-ударника, м;
d1 – диаметр поворотного стержня, м.
Энергия удара поршня:
А=Рраб×Sд, Дж
где Sд = Sк·Δ действительный ход поршня, м;
Sк – конструктивный ход поршня;
Δ=0,85-0,9 – коэффициент потери хода
Под действием силы Рраб поршень получает ускорение:
где ml - масса поршня, кг·сек2/м.
Длительность рабочего хода поршня:
t1
=
,c
Длительность холостого хода принимаем равным
t2 = α·t1, с
где α = (1 - 1.15) - коэффициент длительности холостого хода.
Продолжительность цикла:
T = t1 +t2, с
Частота ударов:
n = 1/T, Гц
или
n = 60/T, уд/мин.
Мощность бурильного молотка на поршне:
Крутящий момент, развиваемый на буровом инструменте:
где η- КПД механизма поворота бура, η = 0,65-0,7; w - окружное усилие на среднем диаметре поворотного стержня (d1) H.
W= Pхол.·tg(β-ρ), Н
где Рхол. - сила, действующая на поршень молотка при обратном ходе, Н; ρ -угол подъема винтовой линии геликоидального стержня:
β=90-α
tga=π·d1/h
ρ = (90 - α)
h - шаг нарезки геликоидального (поворотного) стержня, м; ρ - угол трения соответствующий коэффициенту трения скольжения f = 0,15.
Pхол = Fхол.· pi хол. =c2·po·Fхол., H
Fхол.= π(D2-d22)/4, м2
где d2 – диаметр штока поршня.
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 6.
Таблица 6
Исходные данные для расчёта
№ вари анта |
Давление сжатия воздуха po, Па |
Тип воздухораспределе ния, К клап; 3 золотник. |
Диаметр поршня, D, м |
Вес порш ня, H |
Конструктивный ход поршня, Sк, м |
Коэффициент крепости породы, f |
Выход горной массы с 1м шпура λ, т/м, м3/м |
Произволительность Рудника Q, тыс. т/год |
Плотность горной массы, т/м3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
5 |
З |
0,065 |
17 |
0,055 |
12 |
0,8 |
800 |
|
2 |
5,5 105 |
К |
0,072 |
26 |
0,075 |
13 |
1 |
900 |
|
3 |
5 105 |
З |
0,068 |
19 |
0,065 |
14 |
1,2 |
1200 |
|
4 |
5,5 10s |
К |
0,075 |
25 |
0,07 |
18 |
1,6 |
1500 |
|
5 |
6 105 |
З |
0,08 |
18 |
0,06 |
19 |
1,8 |
1450 |
|
6 |
6 |
К |
0,081 |
19 |
0,075 |
20 |
2 |
760 |
|
7 |
6 105 |
З |
0,070 |
20 |
0,065 |
19 |
0,9 |
890 |
|
8 |
5 105 |
К |
0,075 |
21 |
0,07 |
18 |
1,3 |
2000 |
|
9 |
5,5-10s |
З |
0,065 |
22 |
0,06 |
16 |
1 |
1950 |
|
10 |
6 105 |
К |
0,070 |
25 |
0,05 |
15 |
1,3 |
1740 |
|
11 |
4 105 |
З |
0,072 |
20 |
0,08 |
14 |
1,5 |
1500 |
|
12 |
4,5 105 |
К |
0,082 |
18 |
0,072 |
13 |
0,14 |
900 |
2,6 |
13 |
4,8 105 |
З |
0,07 |
19,5 |
0,063 |
12 |
0,25 |
950 |
3,1 |
14 |
5 105 |
К |
0,075 |
21 |
0,06 |
10 |
0,2 |
1150 |
3,5 |
15 |
4,8 105 |
З |
0,065 |
20,5 |
0,071 |
9 |
0,18 |
1200 |
4 |
16 |
6 105 . |
К |
0,068 |
18,5 |
0,08 |
14 |
0,25 |
1350 |
3 |
17 |
4 105 |
З |
0,079 |
17,5 |
0,065 |
16 |
0,46 |
2100 |
2,1 |
18 |
5,5 105 |
К |
0,080 |
17 |
0,068 |
16 |
0,4 |
2150 |
2,5 |
19 |
5 105 |
З |
0,075 |
24 |
0,07 |
17 |
0,46 |
1900 |
2 |
20 |
3,5 105 |
К |
0,065 |
23,5 |
0,072 |
18 |
0,2 |
1750 |
3,1 |
21 |
4 105 |
З |
0,06 |
22,5 |
0,08 |
19 |
0,25 |
1350 |
2,8 |
22 |
6 105 |
К |
0,073 |
22 |
0,075 |
17 |
0,40 |
1250 |
3,0 |
23 |
5,5 105 |
З |
0,081 |
21 |
0,068 |
15 |
0,33 |
1110 |
2,9 |
24 |
5 103 |
К |
0,085 |
20 |
0,071 |
12 |
035 |
850 |
3,0 |
25 |
4,5 |
З |
0,065 |
19,5 |
0,075 |
13 |
0,28 |
950 |
3,1 |
105
5
05
Продолжение таблицы 6
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
26 |
6 •105 |
К |
0,070 |
19 |
0,063 |
14 |
1,2 |
1340 |
|
27 |
4,6• 105 |
З |
0,075 |
18 |
0,064 |
И |
0,8 |
1900 |
|
28 |
4,5•10' |
К |
0,083 |
18,5 |
0,072 |
10 |
1 |
2100 |
|
29 |
5•м10s |
З |
0,078 |
17 |
0,08 |
12 |
0,95 |
1700 |
|
30 |
5•10s |
К |
0,068 |
17,5 |
0,066 |
18 |
1,3 |
1800 |
|
31 |
5,5•10s |
З |
0,065 |
21 |
0,075 |
19 |
1,5 |
2300 |
|
32 |
6•10s |
К |
0,07 |
22 |
0,055 |
20 |
1,8 |
2000 |
|
33 |
5,5•10s |
З |
0,073 |
23 |
0,064 |
19 |
0,25 |
1950 |
33 |
34 |
4,8•10' |
К |
0,069 |
24 |
0,07 |
12 |
0,17 |
500 |
3,1 |
35 |
4,9•10' |
З |
0,078 |
25 |
0,068 |
13 |
0,18 |
800 |
3,6 |
36 |
5•10s |
К |
0,065 |
23,2 |
0,076 |
10 |
0,29 |
900 |
3,8 |
37 |
6•105 |
З |
0,075 |
24,3 |
0,08 |
14 |
1,2 |
1200 |
|
38 |
5,5•10s |
К |
0,07 |
20,4 |
0,077 |
15 |
1,3 |
1450 |
|
39 |
5•10s |
З |
0,08 |
21,5 |
0,079 |
16 |
1,5 |
1600 |
|
40 |
4.8•10' |
К |
0,076 |
22,6 |
0,068 |
11 |
1,46 |
800 |
|
41 |
4,6•10s |
З |
0,074 |
23,4 |
0,074 |
12 |
1,7 |
950 |
|
42 |
4,8•105 |
К |
0,073 |
24,7 |
0,065 |
13 |
1,5 |
1100 |
|
43 |
5•105 |
З |
0,07 |
23,4 |
0,058 |
16 |
1,25 |
1870 |
|
44 |
5,5•105 |
К |
0,068 |
17,6 |
0,061 |
17 |
1,35 |
2050 |
|
45 |
5•10s |
З |
0,075 |
18 |
0,064 |
18 |
1,4 |
1945 |
|
Диаметры поворотного стержня и штока поршня принять самостоятельно.