Практическое занятие № 2 Горные сверла. Расчеты режимных параметров. Эксплуатация

1. Расчет режимных параметров

В качестве режимных параметров при вращательном бурении шпуров сверлами принимают осевое усилие (Рос), частоту вращения (n_в)и интенсивность очистки шпура. При увеличении крепости пород осевое усилие на инструмент должно возрастать, а частота вращения уменьшаться. При плохой очистке забоя шпура происходит повышенный расход бурового инструмента и скорость бурения резко падает.

Технические характеристики сверл приведены в таблице 1 и 2. кинематическая схема на рис. 1.

Таблица 1

Характеристика ручных сверл

Параметры	Тип сверла
	ЭР 14Д-2М	ЭР 18Д-2М	ЭРП 18Д-2М	СЭР-19М
Диаметр шпура	43	43	43	43
Глубина бурения	3	3	4	3
Частота вращения шпинделя, С-1	14,3	10,7	5	10; 12,5; 16
Номинальный момент	10,6	19,9	40	90
Скорость подачи шпинделя , мм/мин	-	-	600	-
Усилие подачи, кН	-	-	3	-
Номинальная мощность кВт	1,0	1,4	1,4	1,2
Номинальное напряжение	127	127	127	127
Масса , кг	16	17	24	16,5

Рис. 1. Электрическое сверло с подачей

Таблица 2

Технические характеристики колонковых сверл

Наименование параметра	Типоразмер
	1	2
Номинальная мощность на штанге, кВт Номинальное напряжение, в Номинальная частота вращения штанги, С-1 Номинальная подача штанги за оборот, мм Номинальное усилие подачи штанги, кН Максимальный ход штанги, м Скорость обратного хода штанги, м/мин Масса, кг	2,5 380/660 1,7 – 6,7 0,5 – 5,0 15 2,2 5 132	4,0 380/660 2,5 – 8,3 0,5 – 5,0 20 2,2 5 160

Оптимальные режимные параметры – по О.Д. Алимову и Л.Г. Дворникову.

Минимальное осевое усилие, необходимое для эффективного объемного разрушения пород

Рос≥350 ∙f

где f - коэффициент крепости горной породы; частота вращения определяется зависимостью

n= 36 /f, с^-1илиn=12∙ 0,8fс^-1

из них первую формулу применяют при выборе режимов для слабых углей и пород с f≤ 4, вторую при бурении более крепких пород. Формулы справедливы для шпуров диаметром 40 – 45 мм.

Величина подачи инструмента на один оборот под действием осевого усилия

h=(9 – 0,5f)P∙ 10^-7,м

где Р – осевое усилие, Н; f– коэффициент крепости пород.

Механическая скорость бурения

V=hn, м/с

где n– частота вращения, с^-1;

Мощность на резце

W= 0,7 ∙ 10⁸∙ д∙v∙fВт

где S– площадь сечения шпура, м²,v– скорость бурения шпуров, м/с.

Максимальное осевое усилие ограничивается прочностью существующего бурового инструмента и равно 15 – 20 кН. Существующие бурильные машины допускают удельную подачу h от нуля до 10 – 15 мм/об. В то же время усредненные значения h = 2,5 – 4,5 мм/об. Они ограничены предельными величинами осевых сил и кричащих моментов, которые могут выдержать резцы, не разрушаясь.

Исходные данные: крепость породы f= 1,2; диаметр шпура d= 40 мм

Расчет:

1. Осевое усилие подачи инструмента на забой шпура (Н):

Р_Х>350-f= 350-1,2 = 420Н.

2. Частота вращения шпинделя (с^-1):

n_в= 36 /f= 36/ 1,2 = 30 с^-1

3. Величина подачи инструмента на один оборот под действием осевого усилия,м:

h= (9-0,5-f) • р_oc∙10^-7= (9-0,5-1,2)-420-10^-7=0,0003528м.

4. Механическая скорость бурения (м/с):

v =h∙n_B= 0,0003528 • 30 = 0,010584 м/с.

5. Мощность на резце (Вт):

W= 0,7 • 10⁸•S•v•f= 0,7 -10⁸-0,001256- 0,010584 1,2-1116,65 Вт,

где сечение шпура

S= р •d² / 4 = 3,14 • 0,04 / 4 = 0,001256 м²

Исходные данные для выполнения индивидуальных заданий приведены в табл. 3.

Таблица 3

Данные для расчета

№ варианта	Тип электрического сверла	Крепость породы, f	Диаметр шпура,d (мм)
1	СЭР-1 9М	0,5	40
2	ЭР14Д-2М	1,0	41
3	ЭР18Д-2М	1.5	42
4	ЭРП18Д-2М	2,0	43
5	СЭР-19М	2,5	38
6	ЭР14Д-2М	3,0	36
7	ЭР18Д-2М	3,5	40
8	ЭРП18Д-2М	3,9	41
9	СЭР-1 9М	0.3	39
10	ЭР14Д-2М	0,9	43
11	ОР18Д-2М	2,5	32
12	ЭРМ18Д-2М	2,7	28
13	СЭР-19М	3,4	30
14	ЭР14Д-2М	2,2	32
15	ЭР18Д-2М	3,3	38
16	ЭРП18Д-2М	3,6	36
17	СЭР-19М	1.5	42
I8	Р14Д-2М	1,7	45
19	ЭР18Д-2.М	1,9	41
20	ЭРП18Д-2М	2.1	32
21	СЭР-19М	2.45	28
22	ЭР14Д-2М	3,35	36
23	ЭР18Д-2М	2.67	30
24	ЭР1П8Д-2М	1.7	28
25	СЭР- 19М	2,8	40
26	ЭР14Д-2М	0,8	41
27	ЭР18Д-2М	2,35	43
28	ЭРП18Д-2М	2.79	32
29	СЭР-19М	3,15	28
30	ЭР14Д-2М	2,8	36

Для заданных условий бурения (табл.4) выбрать марку бурильной машины. Диаметр шпура принять равным 0, 045 м.

Таблица 4

Расчетные параметры

Наименование параметра	Значение параметров при бурении породы коэффициентом крепости
	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота вращения, С-1
Удельная подача, м/об
Осевое усилие, Н
Мощность на резце, Вт
Скорость бурения, м/сек

По результатам расчетов построить графики зависимости: скорости бурения от коэффициента крепости породы.

Определить сменную скорость бурения, м/см

V_см= 3600 ∙T∙V∙K_и, м/см

где T– продолжительность смены, час ;V– скорость бурения, м/с; К_и= 0,6*0,7 – коэффициент использования сверла во времени.