книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Сопротивление внедрению вращающегося резца

При изменении R от минимального до максимального значения в выражении (III.3) Ого будет также изменяться. Поэтому для всех условий был принят постоянный радиус R = 1 см. Тогда выражение (III.3) можно представить в виде

Исследованиями, проведенными ИГД им. А. А. Скочпиского, установлено, что удельное сопротивление внедрению резца ог с уве­ личением частоты вращения п вращающегося резца возрастает. Между а2 и п существует линейная завнспмость, которую можно представить как

°z = CTzo + bn,

где нго — сопротивление вдавливанию при п = 0 , кгс/см2; Ъ — по­ стоянный коэффициент, принимаемый для мрамора по данным табл.5.

Если толщина срезаемого слоя породы за один оборот резца со­ ставляет

где v — скорость бурения; т — число лезвий резца, тогда уравнение (III.1) для внедрения резца без вращения можно представить в сле­ дующем виде:

рг —tg a (D — d) 0Z8.

Толщина срезаемого слоя за один оборот вращающегося резца (при R = 1 см) на основании уравнения (III.3) составит

2лв

8 =

t g a ( D - d ) аг ’

40

При внедрении к резцу необходимо приложить осевое усилие, равное Рх — G + QfT, или

Расчеты по формуле (III.5) дают результаты вполне приемлемые

для практики бурения.

Зависимость между затуплением резца и осевым усилием. Как известно, при бурении шпуров происходит затупление лезвия,

вследствие чего для внедрения затупившегося резца на определенную глубину требуется большее осевое усилие, чем для внедрения острого резца.

Для определения осевого усилия с учетом затупления резца подставим в уравнение (III.5) вместо 6/2я значение коэффициента затупления кт= (б + Д)/2я. В результате простейших преобразо­ ваний получим формулу для определения усилия подачи при зату­ пленном резце

Из уравнения (III.6) видно, что при относительно больших зна­ чениях б и малых значениях Д осевое усилие будет увеличиваться менее интенсивно, чем при обратном соотношении этих величин. При прочих равных условиях рт будет возрастать с увеличением Д.

Вращению резца препятствует сила Q, направленная перпенди­ кулярно к передней грани лезвия (рис. 7). В связи с тем что разру­ шение породы резцом при его вращении происходит преимущественно за счет скалывания, сопротивление резанию можно рассматри­ вать как сумму сопротивлений скалывания каждого элемента стружки. В дальнейшем в практических примерах приведены рас­ четы силы скалывания для бурения при частоте вращения резца

100 об/мин.

Преобразуя формулу проф. И. А. Тиме QCK= 1скД:каск> гДе ^ск — длина площадки, по которой происходит скалывание; dCK— ширина

41

площадки скалывания и аск — сопротивление породы скалыванию, получим

При бурении резцами типа РП с углом б = 90° (sin 6 = 1) сумма углов 6 4- = const, а для мрамора и известняка при (3 = 60° уравнение будет иметь вид

Как видно пз рпс. 7, силой, противодействующей вращению резца будет сила тренпя NfT, возникающая под действием нормальной силы N. Заменяя ее через известное нам усилие внедрения рц получим N = р 1 cos у. Тогда и сила трения, противодействующая вращению, будет равна

получим силу, которую необходимо приложить для вращения резца,

Следует заметить, что уравнения (III.9) и (III.10) действительны лишь при бурении известняков и мраморов для резцов, имеющих угол б = 90°. Во всех других случаях необходимо пользоваться уравнением (III.7).

Анализируя уравнения (III.9) и (III.10), можно считать, что усилие резания при прочих равных условиях изменяется прямо пропорционально толщине стружки.

Крутящий момент на резце и мощность электросверла. Крутя­ щий момент на резце можно определить по формуле, выведенной из предположения равномерного распределения силы по всей пло­ щади резца,

7¥р = |-рокрДр, (III.11)

гДе Рокр — усилие резания, кгс; R p — радиус резца, мм.

Подставив значениярокриз уравнения (III.9) в уравнение (III.11), получим

42

Из уравнений (III.12) и (III.13) видно, что с увеличением б, Д.к и 0 СК при прочих равных условиях момент усилия резания увели­ чивается примерно пропорционально толщине стружки, диаметру резца.

Величина мощности на резец может быть подсчитана по формуле

учитывающий дополнительный расход мощности на транспортировку буровой мелочи.

Зависимость между толщиной срезаемого слоя породы и ско­ ростью вращения резца. Продолжительность действия сил на скалы­ ваемый элемент породы при вращательном бурении определяется окружной скоростью v, которая пропорциональна частоте вращения п резца и расстоянию R от центра вращения.

Исследованиями процесса резания породы при вращательном бу­ рении, проведенными ИГД им. А. А. Скочинского, установлено, что между толщиной срезаемого слоя породы и частотой вращения резца

к оси х, считается, что эти прямые для различных б будут парал­ лельны. Однако такое предположение не полностью подтверждается практикой бурения, но, как показали исследования, является вполне допустимым.

Скорость бурения резцовым инструментом подсчитывается по

Приравняв это выражение нулю, определим оптимальную ско­ рость вращения резца

43

Из сопоставления уравнений (III.15) и (III.16) видно, что число одновременно действующих лезвий может оказать влияние только

„Pi

опт 2tg '-а (D- d) o '

Максимальная производительность бурения уП1ах прямо пропор­ циональна числу одновременно действующих лезвий резца при постоянном удельном давлении лезвия на породу.

располагаются на одной кривой, определяемой уравнением (III. 19). Положение кривой п ее крутизна определяются углом а между б п абсциссой. Для каждой породы угол а постоянен, поэтому нтах

представляет стабильную кривую, характеризующую буримость данной породы. При вращательном бурении крутизна этой кривой

а для другого резца диаметром d2 — по формуле

бя d b i

откуда зависимость скорости бурения от диаметра шпура будет

£1 = (А Л 2.

В общем виде эта зависимость будет иметь вид

Полученная степенная зависимость подтверждается эксперимен­ тами.

44

§ 9. Режимы вращательного бурения шпуров

Оптимальные режимы бурения для конкретных условий работ вращательных машин определяются, как правило, эксперимен­ тально.

При бурении шпуров удельные осевые давления на инструмент

Частота вращения инструмента, армированного твердым спла­ вом, для вращательного бурения стандартного диаметра должна снижаться с 600 до 100 об/мин

именее с увеличением крепости

иособенно абразивности пород. На рис. 8 показана зависимость скорости бурения от частоты вра­ щения резца при различных зна­ чениях усилия подачи.

При бурении скважин в по­ дземных условиях частота вра­

ками частота вращения может достигать 800—1200 об/мин при осе­ вом усилии 500—800 кгс. Отдельные эксперименты, выполненные

впоследние годы на коронках, армированных естественными техни­ ческими алмазами, показали линейное увеличение скорости бурения

вдиапазоне 6000—10000 об/мин при осевом давлении 300—700 кгс. При бурении скважин станками вращательного действия на

карьерах частота вращения инструмента меняется в пределах 220— 120 об/мин. При проходке сильнотрещиноватых, меняющихся по крепости пород частоту вращения инструмента снижают.

§ 10. Вращательные бурильные машины

Ручные электросверла предназначены для бурения шпуров по глинистым сланцам, углю, каменной соли и другим мягким мало­

45

шпинделя 7 передается от редуктора двумя парами шестерен. Шпин­ дель 9 вращается на двух шарикоподшипниках.

Для закрепления хвостовика буровой штанги в шпинделе преду­ смотрено осевое глухое отверстие и специальный захват. Заменой шестерен на сменные можно получить частоту вращения шпинделя

700 или 340 об/мин.

Электрический ток подводится к сверлу гибким кабелем, один

Рис. 9. Ручное электросверло СЭР-19м:

ЭР-14, ЭР-15 создается усилием бурильщика. Устройство элек­ трической схемы сверл ЭР-14Д и ЭР-18Д с дистанционным управ­ лением позволяет замыкать цепь не непосредственно в сверле, как это делается в обычных сверлах ЭР-14, СЭР-19м, а в пусковом взры­ вобезопасном агрегате, находящемся вдали от сверла. Это исключает возможность вспышки находящейся в забоях шахт, опасных по газу или пыли, метано-воздушной смеси при случайном искрении контактов выключателя.

Э л е к т р о с в е р л о С Р П-20 отличается от сверла СЭР-19м наличием встроенного в редуктор барабана канатного податчика, обеспечивающего усилие подачи на забой до 300 кгс. Сменные шестерни позволяют менять частоту вращения шпинделя от 370 до

применяемых в практике проходческих работ.

46

Т а б л и ц а 6

Техническая характеристика влектросверл

47

* С двухступенчатым редуктором.

глушителем 7. Через двухступенчатый планетарный редуктор 3 ротор связан со шпинделем 8 и патроном 9, в котором закре­ пляется хвостовик штанги с резцом.

Сжатый воздух к пустотелой рукоятке 11 сверла подводится по гибкому шлангу. При нажатии на пусковой рычаг 10 отжимается шариковый клапан и сжатый воздух поступает в сверло.

Характеристика пнёвмосверл приведена в табл. 7. Колонковые электросверла по сравнению с ручными позволяют

бурить шпуры в породах мягких и средней крепости. По способу подачи они подразделяются на сверла с винтовой подачей и гидро­ подачей.

Электросверла с винтовой подачей имеют постоянный ход резца на один оборот шпинделя, величина которого регулируется сменными шестеренками. Электросверла с гидроподачей обеспечивают плавное поступательно-возвратное движение шпинделя, не зависящее от скорости его вращения.

Э л е к т р о с в е р л о СЭ К-1 (рис. 11, а) состоит из электро­ двигателя, редуктора, винтового механизма подачи, ходового винта

сшарниром, заключенного в алюминиевый корпус с двумя цапфами,

имеханизма управления. Пуск, остановка и реверс двигателя

электросверла производятся поворотом рукоятки электрического

48