Глава 1

Таким образом, эффективность объемного разрушения породы, а следовательно, и наи­большая производительность бурения, будет обеспечена, если внешняя нагрузка превысит со­противление породы скалыванию:

^уд ^> ° ск ^ ск У

где О _ск - предел прочности породы скалыванию; S _ск - площадь поверхности скола.

Цилиндрическая поверхность шпура или скважины при ударном бурении образуется за счет поворота буровой коронки на определенный угол после каждого удара (рис. 1.17, б). Угол поворота коронки выбирается таким, чтобы объем скалываемой породы в сторону обнаженной поверхности был максимальным. Следовательно, угол поворота буровой коронки зависит от физико-механических свойств буримых пород и глубины внедрения лезвия коронки в породу.

Существенное влияние на эффективность бурения оказывают форма и величина ударного импульса. Из рис. 1.18 видно, что форма и амплитуда ударного импульса зависят от формы со­ударяющихся тел. У длинного поршня-ударника с площадью торца равной площади сечения хво­стовика штанги ударный импульс практически прямоугольной формы с относительно небольшой амплитудой (см. рис. 1.18, а). У короткого поршня диаметром, значительно большим диаметра хвостовика штанги, ударный импульс имеет увеличенную амплитуду в начальной фазе и растя­нутый задний фронт (см. рис. 1.18, #). Таким образом, увеличение эффективности ударного раз­рушения горных пород можно достигнуть, если удастся обеспечить адекватность формы и про­должительности ударного импульса с характером изменения разрушающего породу усилия.

Рис. 1.18. Формы ударного импульса

33

Глава 1

1.6. Расчет усилий на породоразрушающем инструменте

Проведенные проф. Н. Г. Картавым исследования нагруженное™ резцового инструмен­та показали, что давление на ]рани резца максимально у режущих кромок и резко убывает по гиперболическому закону при удалении от них. Это положение в практических расчетах дает возможность распределенные по граням резца силы заменить сосредоточенными и расклады­вать их по осям прямоугольных координат. Учитывая сказанное, схему сил, действующих на резец, можно представить следующим образом (рис. 1.19).

На переднюю грань резца действует нормальное давление N_a и сопротивление трения разрушенного угля о переднюю грань резца р, /V_n. Равнодействующая этих сил J?_n может быть разложена на сопротивление резанию передней гранью резца Z_n и сопротивление подаче режу­щего инструмента Y₂> которое может затягивать резец в массив (при положительном переднем угле резца) или отжимать его от массива (при отрицательном переднем угле). Величина сопро­тивления подаче зависит от значений переднего угла у и угла трения угля о резец ф^.

Рис. 1.19. Схема сил, действующих на резец

На заднюю и боковые грани резца также действуют нормальные и касательные силы, равнодействующие которых могут быть разложены на слагаемые в направлении осей координат.

Таким образом, геометрическая сумма проекций равнодействующих сил по передней, задней и боковым граням резца на ось z формируют силу резания Z. Геометрическая сумма проекций равнодействующих на ось у определит результирующую силу подачи резца на забой У, а геометрическая сумма проекций действующих сил на ось х представит боковую силу X.

В общем случае силы, действующие на затупленный резец в трех взаимно перпендику­лярных направлениях:

Z = Z_n+n_yy_]+n_x(tf_6n+iV₆J; (1.14)

r^-^+^ + tfJsbf ; (i.i5)

Х = Х_П-Х_Л. (1.16)

34