- Учебное пособие для самостоятельной работы студентов
- 1. Тема: «Элементы и параметры горных инструментов»
- Передняя грань
- Задняя грань
- Боковые грани
- Рабочие кромки
- 2. Тема: «Армирование инструментов горных машин»
- 3. Тема: «Ручные сверла»
- 4. Тема: «Бурильные машины ударного и ударно-поворотного действия»
- 5. Тема: «Буровые установки»
Лабораторки 1. Учебное пособие для самостоятельной работы студентов по дисциплине Горные машины и оборудование
 Скачать 2.96 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова Горно-геологический институт Горный факультет Кафедра горных машин Учебное пособие для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Горные машины и оборудование» для студентов специальности 150402 «Горные машины и оборудование» Якутск 2005 Утверждено учебно-методическим советом университета Составитель: к.т.н., доцент Е.П. Апросимова Компьютерное оформление: студент группы ГМ-01 Г.В. Павлов Подготовлено на кафедре горных машин горно-геологического института Якутский государственный университет, 2007 Содержание: стр.
Введение Горная машина сложный электромеханический объект, состоящий из отдельных элементов, выполняющих разные функции. Рациональный выбор элементов и установление оптимальных режимов работы машины определяет безопасность и экономичность их эксплуатации. Современная техника ставит перед инженерами множество задач, решение которых, безусловно, связано со знанием узлов, их механического движения и взаимодействия с другими составляющими частями. С другой стороны нельзя изучить дисциплину только на основе лекций. Появление предлагаемого учебного пособия связано с разрозненностью изучаемого материала и в большей степени с утерей классических и основополагающих первоисточников. Данное учебное пособие является руководством к самостоятельному изучению курса подземных горных машин. Его содержание составлено так, что прослеживается историческая взаимосвязь развития и усовершенствования машин. Например, известно, что человечество использовало рабочие инструменты со времен полиолита. Горные машины и механизмы, созданные для разрушения и добычи полезного ископаемого, так же оснащены узлами, которые являются усовершенствованным их видом. Знание параметров и способа воздействия классических рабочих инструментов помогает познать и предвидеть следующие (next) шаги развития и совершенствования. Материал пособия изложен так, что его можно использовать при изучении курса как по кратким (для технологов подземщиков), так и более полным (для механиков подземщиков) программам. Кроме того, в пособие включены материалы с гидро - и кинематическими схемами машин и механизмов, поскольку предполагается, что инженер должен уметь «читать с листа» и различать особенности устройств. Отвечая на контрольные вопросы необходимо помнить, что ответ должен обобщать полный объем изложенной информации по данной теме и включать знания приобретенные, как на практике, так и при изучении теоретического курса физики, механики, теории машин и механизмов и т.д.. Уважаемые студенты, желаем успехов! 1. Тема: «Элементы и параметры горных инструментов» Назначение инструментов и предъявляемые к ним требования[2] К горным инструментам относятся рабочие инструменты, применяемые для разрушения пород горными машинами: врубовыми, комбайнами, стругами, горными сверлами, перфораторами, буровыми машинами и станками, отбойными молотками экскаваторами и машинами для вспомогательных горных работ. Ручные горные инструменты (копья, лопаты и др.) в данной работе не рассматриваются. От инструментов зависят в большой степени производительность горных машин, труда рабочих, износ машин и расход энергии, качество и стоимость добываемой продукции. На изготовление инструментов идут дорогостоящие стали и твердые сплавы. Горные инструменты работают в тяжелых условиях: большие и переменные по характеру нагрузки с пиками до 5—8 и большой кратности относительно средних, изменчивые свойства разрушаемых пород, повышенные температуры (на крепких породах до 600ºС и более) и др. Надзор за состоянием инструмента во время работы нередко весьма затруднителен. Поэтому к горным инструментам предъявляют следующие требования:
Конструктивные и геометрические элементы и параметры инструментов Элементы инструментов. Несмотря на значительное разнообразие горного инструмента, основные элементы имеют много общего. Изложим этот вопрос применительно к режущему инструменту. К элементам инструментов (рис. 1) относятся:
Головка характеризуется следующими элементами: - передней поверхностью (гранью); - задней поверхностью (гранью); - боковыми поверхностями (гранями); - рабочими кромками (лезвиями) и острием (вершиной). Передняя грань представляет собой поверхность, которой инструмент разрушает (отделяет от массива) срез (слой, стружку) горной породы.  Рис. 1. Элементы горных инструментов: 1 – головка; 2 – корпус; 3 – хвостовик; 4 – главная кромка; 5 – вспомогательная кромка; 6 – вершина; 7 – перо бурового резца Задняя грань представляет собой поверхность, обращенную к поверхности среза. При затуплении на ней образуется площадка износа, которой инструмент сминает (раздавливает) разрушаемую породу. Боковые грани — поверхности, соединяющие переднюю и заднюю грани. Вышеперечисленные поверхности могут быть плоские (наиболее распространены), выпуклые, граненые и другой формы. Рабочие кромки образуются пересечением двух смежных граней. Они бывают главными, вспомогательными и боковыми. Главная рабочая кромка шириной а (рис. 2, а) или радиусом rk (рис. 2, б) выполняет при разрушении породы основную работу и принимает на себя основную нагрузку. На рабочей части инструмента может быть одна или несколько из вышеуказанных граней и рабочих кромок. Длина На армировки — армированная или наплавленная твердым сплавом рабочая часть резца. Высота Н головки резца — расстояние от острия до опорной поверхности резца. Рабочая часть бурового резца называется пером. Обычно буровые резцы бывают двухперовыми. Между перьями имеется разрыв, называемый раствором. Форма и размеры элементов горных инструментов, особенно его рабочей части, оказывают большое влияние на их производительность, прочность, износостойкость и расход твердого сплава. Поверхность и плоскость резания (см. рис. 2). Поверхностью резания называется поверхность, образуемая режущими кромками работающего резца, находящимися в контакте с породой. Плоскостью резания называется плоскость, касательная, к поверхности резания и проходящая через рабочее лезвие или через его точку (вершину). У резцов с прямолинейным движением плоскость резания совпадает с поверхностью резания.  Рис. 2. Поверхность и плоскость резания  Рис. 3. Конструктивные Геометрические параметры резцов (βф - передний угол по фаске; α1, β1 – углы на вспомогательной кромке): а – И-79; б – РП-7Ц Конструктивные геометрические параметры. Различают конструктивные и рабочие углы инструментов, характеризующие их геометрию. Конструктивные углы, или углы в нерабочем состоянии, определяют форму рабочей части инструмента как геометрического тела без связи с обрабатываемой поверхностью забоя. Эти углы нужны при проектировании и изготовлении инструментов и указываются в их характеристике. При определении конструктивных углов положение плоскости резания определяется из условия, что подача резца равна нулю. Рабочие углы рассматриваются в процессе работы инструментов с учетом фактической траектории движения точек режущих кромок и расположения их относительно обрабатываемой поверхности забоя. Рабочие углы имеют важное значение при выборе режимов работы разрушающих органов и с учетом их устанавливаются (определяются) конструктивные углы. К главным углам режущего инструмента относятся: угол заострения, задний угол, передний угол и угол резания (рис. 3). Углом заострения δ называется угол между передней и задней гранями резца. Чем меньше этот угол, тем тоньше и острее рабочие кромки, но тем меньше их прочность. Угол заострения выбирается в зависимости от крепости и абразивности разрушаемой породы и от ожидаемой рабочей нагрузки на инструмент. Этот угол на резцах выемочных машин и горных сверл обычно бывает равным 65 — 90°, а на струговых ножах 40—60°. Задним углом α называется угол между плоскостью резания и касательной к задней поверхности резца в рассматриваемой точке рабочей кромки. Этот угол у горных инструментов обычно бывает в пределах 5—20°. Не рекомендуется слишком увеличивать задний угол при положительном переднем угле, так как это приводит к ослаблению рабочей кромки; при переднем отрицательном угле задний угол, как показали исследования, можно увеличивать до 20—30°, так как при этом прочность режущей кромки не снижается, а площадки износа получаются меньшей величины. Углом резания γ называется угол между передней поверхностью (гранью) рабочего инструмента и плоскостью резания. Он равен сумме углов заострения и заднего γ = δ + α и обычно составляет 60—115° в зависимости от крепости разрушаемой породы и конструкции рабочей части инструмента. С увеличением угла резания возрастает сопротивление горной породы резанию и особенно при углах, больших 90°. По энергоемкости более выгодными углами резания являются углы величиной 50—70°, но такие углы можно применять при разрушении мягких горных пород инструментом, наплавленным твердыми сплавами. При разрушении более крепких горных пород инструментами, армированными твердыми сплавами, группы ВК, применяют углы резания от 70 до 115°, так как при малых углах рабочие кромки армировки выкрашиваются. Передним углом называется угол между передней поверхностью инструмента и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проведенной через главную режущую кромку. Передний угол оказывает большое влияние на износостойкость и прочность рабочих кромок и заметное влияние на возникающие усилия и мощность. Различают передние углы положительные, отрицательные и нулевые. Когда передняя поверхность инструмента совпадает с перпендикулярной плоскостью ОВ (рис. 4, а), то передний угол = 0, в этом случае α + δ = γ = 90 Когда перпендикулярная плоскость ОВ проходит вне (влево) угла заострения, то передний угол > 0, и в этом случае α + δ + = 90° или больше или равно 90°.  Рис. 4. Рабочие геометрические параметры резцов: а – конструктивные углы; б – рабочие углы Когда перпендикулярная плоскость ОВ проходит внутри угла заострения (вправо от передней грани инструмента), то передний угол В отрицательный, и в этом случае = δ + α – 90° или γ = 90° + , т. е. угол резания больше 90°. Передний угол обычно бывает в пределах от 0 до +13° для мягких пород, до — 25° для крепких и +(23° - 44°) на струговых ножах. Рабочие геометрические параметры. Резцы многих горных машин в процессе работы совершают два движения *: в осевом направлении (подача vn), при котором он внедряется в разрушаемую породу, и в направлении, перпендикулярном оси (скорость резания vр), при которой резец снимает срез (стружку). В результате обоих движений линия резания в любой точке режущей кромки будет определяться касательной WW (рис. 4, б). Эта касательная составляет с плоскостью Ox угол θ наклона траектории резания. Величина этого угла определяется по формуле  У бурового резца угол θ изменяется по режущей кромке, уменьшаясь от центра резца к его периферии. У резцов выемочных машин угол θ обычно одинаков во всех точках режущей кромки. Рабочие углы αр, γр, р резца будут: αр = α + θ; γр = γ + θ; р = + θ. Из изложенного следует, что рабочие углы отличаются от конструктивных на угол θ. При работе на планетарных исполнительных органах проходческих комбайнов этот угол может достигать значении 15—20° и более, что необходимо учитывать при выборе конструктивной геометрии таких резцов и нагрузок на них. Для защиты темы (работы) необходимо указать основные параметры и ответить на следующие контрольные вопросы: 1. Какие требования предъявляют горным инструментам; 2. Дайте определение передней, задней и боковой грани; 3. Что такое поверхность и плоскость резания; 4. На что влияет величина угла заострения δ; 5. Что происходит с увеличением заднего угла α; 6. К чему приводит увеличение угла резания γ более чем на 90°; 7. В каких пределах изменяется передний угол ; 8. Как изменяется значение θ у бурового резца и резцов выемочных машин, что он определяет. Пояснение: Вначале может показаться, что вопросы 5 и 6 дублируют друг друга. На самом деле увеличение заднего угла возможно не только в случае затачивания (уменьшения значения угла заострения ), а так же и наклона рабочего инструмента. Тогда распределение сил измениться, следовательно, ответ должен основываться на анализе изменения положения рабочего инструмента. В тексте пояснения этому вопросу отведено только одно предложение, поэтому студенту необходимо или внимательно проштудировать содержание, а лучше самостоятельно, как говорилось ранее, на основе приобретенных знаний по физике, теоретической механике, теории машин и механизмов подойти к решению данного вопроса. 2. Тема: «Армирование инструментов горных машин» Армирование инструментов В целях повышения износостойкости горных инструментов их рабочую часть (грани и лезвия) армируют твердыми сплавами. Для армировки применяют следующие твердые сплавы: металлокерамические, электродные, трубчато-зерновые, зерновые. Самое большое распространение получили металлокерамические вольфрамокобальтовые сплавы, которыми армируют почти все горные инструменты. Электродные сплавы Т-590 и Т-620 применяют для армирования некоторых крупных комбайновых зубков (резцов) и пик. Трубчато-зерновой сплав применяют для армирования некоторых типов крупных зубков комбайнов, стругов и др. Зерновые сплавы применяют для наплавки зубьев ковшей экскаваторов, ножей бульдозеров и др. Металлокерамические твердые сплавы группы ВК. Сплав состоит из карбида вольфрама WC и кобальта Со в различных процентных соотношениях, благодаря чему изготавливают сплав многих марок. Карбид вольфрама имеет твердость 9 по шкале Мооса. Он придает сплаву высокую твердость и износостойкость, немагничен, высоко теплопроводен и весьма хрупкий. Кобальт – ковкий и вязкий металл, хорошо смачивает (когда расплавлен) зерна карбида вольфрама, а при затвердении образует прочную связь между ними. По структуре сплавы бывают мелкозернистые, среднезернистые и крупнозернистые. Мелкозернистые сплавы при одинаковом химическом составе имеют большую твердость и износостойкость, но меньшую прочность, чем крупнозернистые сплавы. Крупнозернистые сплавы имеют повышенную прочность и ударную вязкость, но износостойкость ниже. Это объясняется тем, что в крупнозернистом сплаве суммарная площадь поверхности карбидных зерен меньше, чем в мелкозернистом. Следовательно, кобальтовая прослойка между зернами карбида вольфрама у крупнозернистого сплава больше, чем у мелкозернистого. Более толстая кобальтовая прослойка допускает большую пластическую деформацию сплава. Мелкозернистые сплавы марок ВК2М, ВК3М, ВК6М, ВК8М, ВК10 и др. (индекс М означает мелкозернистость) для изготовления горных инструментов пока не применяют вследствие их недостаточной прочности. Среднезернистые марки сплавов имеют обозначения ВК2, ВК3, ВК4, ВК6, ВК8, ВК9, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25 и ВК30. Крупнозернистые марки сплавов обозначают ВК4В, ВК6В, ВК8В, ВК11В, ВК15В, ВК20В, и ВК25В (индекс В после цифры означает крупнозернистость). Цифровой индекс во всех марках сплавов означает процентное содержание кобальта. К основным физико-механическим свойством сплавов группы ВК относятся: твердость, предел прочности при изгибе, сопротивление сжатию, ударная вязкость, удельный вес, теплопроводность, коэффициент теплового расширения, модуль упругости. Выбор марки твердого сплава для горных инструментов производят в зависимости от механических свойств горных пород и способа их разрушения. При резании-сверлении мелкими стружками, когда нагрузка относительно спокойная, следует применять инструменты, армированные твердым сплавом с меньшим содержанием кобальта, как более износостойкие. При ударном способе разрушения, а также при других случаях динамических нагрузок (струги, узкозахватные комбайны) применяют сплавы с большим содержанием кобальта и крупнозернистые. При крепких и абразивных породах целесообразно применять сплавы с меньшим содержанием кобальта, что придает инструменту большую износостойкость. Обычно применяют следующие марки сплавов: для зубков и резцов врубовых машин, выемочных и проходческих комбайнов – ВК6В, ВК6, ВК8; для коронок ударного бурения – ВК8В, ВК11, ВК15. Формы и размеры твердосплавных армировок инструментов. Для армировки горных инструментов применяют пластинки и керны твердого сплава. Пластинки бывают трапециевидной, округлой и чечевицеобразной формы. Наиболее прочные пластинки, имеющие чечевицеобразную и круглую формы режущей кромки. Керны применяют круглого, шестигранного, восьмигранного и других поперечных сечений диаметром 8-12 мм для особо тяжелых условий работы. Высоту пластинки или керна рекомендуется выбирать из условий снятия инструментом максимальной расчетной толщины стружки, способа переточки, числа переточек и величины остатка армировки пазу после окончательного износа. Требуемую высоту армировки можно подсчитать по формуле:  где Н0 – остаток армировки в пазу, мм; т – число переточек за время службы инструмента; а – износ армировки по высоте на одну заточку, мм; hсрк – средняя высота контакта резца с породой, мм. Толщина армировки выбирается из условий прочности на изгиб и на удар. Минимальная толщина пластинки (3 мм) применяетсяна резцах для сверления угля ручными горными сверлами. Пластинки толщиной 3-4 мм применяются для буровых резцов по породе, толщиной 4-8 мм – для зубков и резцов врубовых машин и комбайнов, толщиной 8-12 мм – для коронок ударного бурения. Керны применяют диаметром 6 мм для трубчатых резцов горных сверл, 8-10 мм для зубков и буровых коронок и 12 мм – для буровых коронок. Расположение армировки на инструменте. Армировка должна быть расположена так, чтобы твердый сплав работал на сжатие. Для выявления в первом приближении характера распределения напряжений в области рабочей кромки можно воспользоваться решением плоской задачи клина.  Рис. 5. Эпюры нормальных напряжений в клине, моделирующем головку резца Для упрощения будем считать, что нагрузка на клин сосредоточена и приложена к его вершине (рис. 5, а). Тогда величина нормального напряжения в любой точке клина будет:  где Р – сосредоточенная нагрузка, кГ; r – радиус-вектор, мм; l – толщина клина, мм; φ – угол между осью симметрии х и направлением силы Р; θ – угол между осью х и радиус-вектором r, который считается положительным при отсчете от оси х в направлении против движения часовой стрелки; δ – угол заострения клина. Как видно из формулы, величина нормальных напряжений зависит от величины и направления силы Р и величины угла заострения клина. На рис. 5 построены эпюры нормальных напряжений в клиновидной пластинке. При приложении силы Р (рис. 5, б) нормально к передней грани максимальные растягивающие напряжения возникают на передней грани, и на ней возможно появление трещин со стороны передней грани, так как твердый сплав плохо работает на растяжение. При приложении силы Р (рис. 5, в) вдоль передней грани и поэтому возможна трещина в сплаве со стороны задней грани. В случае приложения силы Р (рис. 5, г) но оси симметрии клина или в направлении, близком к ней, в клине образуются только сжимающие напряжения.  Рис. 6. Виды пазов для армирования горного инструмента: а – открытый; б – закрытый; в – полузакрытый Такая картина распределения напряжений подтверждается лабораторными исследованиями при помощи поляризационно-оптического метода, а также наблюдениями за характером поломок инструмента в производственных и лабораторных условиях. Направление равнодействующей усилий резания и подачи зависит от глубины резания, крепости породы и степени затупления резца. При резании крепких пород и включений, а также при динамической нагрузке для увеличения прочности инструмента следует: применять передний отрицательный угол до 20-250; производить притупление рабочей кромки; располагать армировку относительно действующих сил таким образом, чтобы она работала на сжатие. Виды пазов при армировании. Пазы применяют открытые, закрытые и полузакрытые. Открытый паз (рис. 6, а) применяют в резцах выемочных машин и горных сверл. В открытом пазе пластинку припаивают к корпусу инструмента одной широкой плоскостью и одной торцовой. Достоинством такого паза является простая и более дешевая технология армировки, недостатком – недостаточная прочность спая при тяжелых и особенно ударных нагрузках. Закрытый паз (рис. 6, б) применяют главным образом в коронках ударного и вращательно ударного бурения, а также в зубках и резцах по углю при наличии значительных крепких включений. В закрытом пазе вставку твердого слива припаивают всеми сторонами к корпусу инструмента, поэтому обеспечивается высокая прочность пайки. Кроме того, Армировка находится в условиях в условиях всестороннего сжатия, что благоприятно сказывается на ее прочности. К недостаткам закрытого паза следует отнести возможность появления опасных внутренних напряжений, а также некоторое усложнение и удорожание технологии его производства. Полузакрытый паз (рис. 6, в) применяют редко когда по каким-либо причинам отказываются от открытого и закрытого пазов. Способы и материалы для крепления армировки. В настоящее время крепление твердосплавной армировки в буровом и режущем инструменте производят почти исключительно методом пайки. Но необходимо изыскивать и изучать другие эффективные способы крепления армировки. Например, расширяется применение запрессовки армировки в корпуса буровых инструментов (шарошек, коронок для вращательного бурения скважин). Перспективным является метод диффузионной сварки в вакууме, предложенный Н. Ф. Казаковым. Для пайки твердого сплава ВК к державкам применяют следующие припои: латунные – с рабочей температурой плавления от 850 до 11000 С: медные – с температурой плавления 1083 0 С ; серебряные – с температурой плавления 750-8400 С. Латунные припои применяют для пайки главным образом ударного горного инструмента. Основные марки латунных припоев: Л62, содержащий 60,5-63,5 меди (остальное цинк) и обладающий прочностью спая 10-15 кГ/мм2; ЛОК-62-06-04 – улучшенная латунь с добавлением 0,6% олова и 0,4% кремния, прочность спая 20-25 кГ/мм2 ; ПК – латунь с присадкой из 1% марганца, 1% железа и 0,5% кремния. Основным недостатком латунных припоев является недостаточная прочность прямого соединения и резкое снижение (более чем в два раза) его прочности при повышении температуры свыше 6000 С. Медные припои М1 и М2 (электролитическая медь) дают более высокую (до 25кГ/мм2) прочность спая, но при этом возникают повышенные внутренние напряжения в твердом сплаве. Медноникелевые припои лучше медных, так как никель передает пластичность паяному соединению и снижает внутренние напряжения. Лучше из них следующие: ВНИИ – 3 % никеля, 2% марганца, 0,5% алюминия, остальное медь; №8 (ВНИИТС) – 4-5% никеля, 4-5 % марганца, 1% железа, остальное медь. Серебряные припои являются лучшими, имеют пониженную температуру пайки, дают снижение внутренних напряжений и высокую(24-32кГ/мм2) прочность пая как при нормальном, так и при повышенной рабочей температуре. Для горного инструмента применяют припой 9-0,9 содержащий 27,3 % серебра, 29,77% меди, 29,9 % цинка, 5,63 % никеля и 7,4 % марганца. Для защиты темы (работы) необходимо ответить на следующие контрольные вопросы: 1. Краткая характеристика области применения твердых сплавов армирования ручных инструментов исполнительных органов ГМ; 2.Отличие мелкозернистых и крупнозернистых сплавов группы WC (ВК); 3. Чем определяется выбор марки твердых сплавов для армирования; 4. Как выбирается толщина пластин твердого сплава для различных типов ГМ; 5. Достоинство и недостатки материалов для крепления армировки, наиболее оптимальный вид паза. 3. Тема: «Ручные сверла» Ручное электросверло СЭР-19М[1] Электросверло СЭР-19М (рис. 7) состоит из асинхронного электродвигателя со статором 6 и ротором 5, которые расположены в литом алюминиевом корпусе 4, промежуточного щитка 3, обеспечивающего взрывобезопасность корпуса, передней крышки с двухступенчатым редуктором 2, шпинделя 1, камеры с выключателем 9 и крышкой 10, вентилятора 8 и затыльной крышки 7 с окнами для всасывания воздуха. Устройство для ввода в сверло гибкого кабеля состоит из фланца 11, колодки из негорючей пластмассы 12 с проходными болтами, к которым присоединяются жилы кабеля и соединительные концы от обмотки статора, патрубка 13 и заглушки 14, которая фиксируется гайкой 15. Кабель крепится к фланцу 11 хомутом 16 и цепочкой. Это необходимо для предотвращения перегибов кабеля у входа во фланец 11 и его выдергивания из вводного устройства. Корпус 4 выполнен ребристым для лучшей теплоотдачи. Для этой же цели служит вентилятор 8. Корпус сверла, камера выключателя с крышкой, промежуточный щиток 3 и устройство ввода кабеля имеют рудничное взрывобезопасное исполнение (РВ). Затыльная крышка 7 защищает вентилятор от ударов и попадания в него кусков породы или угля. Крышка закреплена на корпусе сверла так, что вместе с ребрами последнего образует каналы для прохода охлаждающего воздуха от вентилятора вдоль нагретой поверхности корпуса. В сверле применен однофазный выключатель для включения или выключения цепи дистанционного управления напряжением 36 В.  Рис. 7. Ручное электросверло СЭР-19М Сверло СЭР-19М имеет двухступенчатый редуктор. От электродвигателя, на вал которого с помощью шпонки насажена цилиндрическая шестерня z1, вращение передается через шестерни z2, z3 и z4 шпинделю 1 с буровым инструментом. Скорость вращения шпинделя  г  де nДВ— скорость вращения ротора двигателя, об/мин.Если необходимо уменьшить число оборотов шпинделя (для бурения крепких углей), то применяют сменные шестерни z1=15 и z2 = 42, тогда  Ручное электросверло с принудительной подачей ЭРП-18ДМ Основное отличие электросверла ЭРП-18ДМ (рис. 8) от обычных с ручной подачей заключается в наличии на передней крышке 1 барабана 2. Передняя крышка крепится к промежуточному щиту 4 и корпусу сверла 5 проходными шпильками. Сочленение промежуточного щита с корпусом сверла выполнено с соблюдением взрывобезопасности. Сверло применяется в комплекте с легкой распорной колонкой, которая устанавливается вблизи забоя. К колонке прикрепляется крюком трос 3, второй конец которого при работе наматывается на барабан 2 электросверла. Передача вращения от вала электродвигателя к шпинделю Ш осуществляется через двухступенчатый редуктор посредством двух пар цилиндрических косозубых шестерен z1— z2 и z3— z4. Скорость вращения шпинделя со штангой и резцом равна 315 об/мин. Отбор мощности для осуществления принудительной подачи, т. е. для приведения барабана 2 во вращение, производится зубчатой парой z5 — z6 с последующей передачей на барабан посредством фрикционной муфты Ф и червячной пары 6—7. На валу червяка 6 размещена фрикционная муфта Ф с гайкой 8 и пружиной 9, с помощью которых устанавливается предельное зажатие дисков для того, чтобы усилие подачи не превышало 300 ± 50 кгc. Вал червяка соединяется фрикционной муфтой с шестерней z6. На валу 10 барабана закреплены с одной стороны червячное колесо 7, а с другой — зубчатая муфта М для включения и выключения барабана (т. е. подачи). При зажатой фрикционной муфте Ф и включенной зубчатой муфте М барабан вращается и, наматывая на себя трос, подает сверло на забой.   Рис. 8. Электросверло с принудительной подачей ЭРП-18ДМ Пневматическое сверло СПР 25.700 Сверло СПР 25.700 (рис. 9) завода «Пневматика» предназначено для бурения шпуров по углю и некрепким породам (f ≤ 4). По сравнению с ранее выпускавшимися сверлами СРЗ они более компактны, имеют небольшую массу (10 кг), глушитель шума, боковую подачу воды для промывки шпура. Сверло состоит из алюминиевого корпуса 4 с пусковым устройством 10 и ротационным пневматическим двигателем 5, корпуса 3 с одноступенчатым планетарным редуктором 13, крышки 7 с масляной камерой, закрывающейся пробкой 6, муфты 1, установленной на переходнике 2 для боковой подачи воды. Воздушный рукав диаметром 18 мм присоединяется к сверлу коническим ниппелем 8 и накидной гайкой 9. Пуск сверла осуществляется нажатием на курок 11, расположенный на рукоятке корпуса. При снятии усилий с курка он возвращается пружиной в исходное положение и сверло останавливается. Планетарный редуктор 13 передает вращение от ротора 12 двигателя шпинделю 14. На конце шпинделя навинчен патрон 15, обеспечивающий быструю смену бурового инструмента и надежное его крепление. Камеры, имеющиеся в корпусе, предназначены для глушения шума.   Рис. 9. Пневматическое сверло СПР 25.700 Пневмосверло СПР 25.700 является быстроходным (700 об/мин) и применяется, как правило, для бурения с пневмоподдержкой. Мощность сверла на шпинделе 2,5 л. с. при давлении сжатого воздуха 5 кгс/см2 и расходе 2,5 м3/мин. В настоящее время заводом «Пневматика» выпускаются также модернизированные пневматические сверла СРЗ, СРЗМ и СРЗБ cувеличенной мощностью (3,5 л. c.). Для защиты темы необходимо ответить на контрольные вопросы: 1. Перечислить назначение конструкционных частей электросверла СЭР-19М; 2. Каким образом уменьшается или увеличивается число оборотов шпинделя ручного электросверла; 3. Назовите основное отличие электросверла с принудительной подачей и расскажите принцип его действия; 4. В чем заключается конструктивное отличие пневматического сверла СПР25.700 от электросверла, перечислите достоинства и недостатки. 4. Тема: «Бурильные машины ударного и ударно-поворотного действия» Назначение, классификация и принцип действия[3] К машинам ударно-поворотного действия относятся пневматические переносные и телескопные бурильные молотки, именуемые перфораторами. Поворот буровой штанги в них производится за счет энергии движущего поршня-ударника. Они предназначены для бурения шпуров диаметром 30-55 мм, глубиной до 5 м, а также скважин диаметром 40-85 мм и глубиной до 20 м в породах крепостью 6-20 по шкале М.М. Протодьяконова. Колонковые перфораторы и буровые станки с погружными пневмоударниками относятся к машинам ударно-вращательного действия. В этих машинах непрерывное вращение буровой штанги обеспечено от отдельного двигателя. Параметры бурения: диаметр 40-160 мм, глубина — до 50 м. Машины данного типа классифицируются по виду потребляемой энергии — на пневматические, гидравлические, электрические и работающие на тепловой энергии с двигателями внутреннего сгорания (бензо-перфораторы); по способу поворота буровой штанги — с зависимым и независимым поворотом; по типу воздухораспределительного устройства — с клапанным, золотниковым, бесклапанным, у которых воздухораспределение осуществляется движущимся поршнем; по частоте ударов — обычного типа и высокочастотные (более 2000 ударов в минуту); по способу удаления буровой мелочи — с промывкой, продувкой и отсасыванием продуктов разрушения; по способу установки при работе — на переносные, колонковые и телескопные. Кроме этого, различают машины, располагаемые вне шпура или скважины, и находящиеся непосредственно в скважине (погруженные пневмоударники). В зависимости от горно-геологических условий работы перфораторы выпускаются различных типов. Однако все они имеют принципиально одинаковое устройство и выполнены по молотковой схеме, в которой в качестве молотка используется поршень-ударник. Поршень преобразует энергию сжатого воздуха в энергию механического возвратно-поступательного движения, которая в виде кратковременных импульсов передается непосредственно буровому инструменту. Перфоратор состоит из корпуса и смонтированных в нем ударно-поворотного механизма, воздухораспределительного устройства, механизма управления и устройства для удаления буровой мелочи от забоя.  Рис. 10. Схема конструкции и принцип работы перфоратора Принцип работы перфоратора заключается в следующем (рис. 10). Сжатый воздух через пусковой кран 1 поступает в воздухораспределительное устройство 3. Воздухораспределительное устройство предназначено для попеременной подачи воздуха в поршневую или штоковую полости цилиндра 4, что обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня-ударника 5. В конце рабочего хода поршень наносит удар по буровому инструменту 6, а при обратном (холостом) ходе поворачивается на некоторый угол вокруг геликоидального стержня 9. Поворот поршня-ударника происходит при помощи поворотного устройства 2. Буровая штанга поворачивается посредством поворотной буксы 7, находящейся в зацеплении со шлицами поршня-ударника. Сквозь корпус крана, геликоидальный стержень и поршень-ударник проходит трубка промывочного устройства, по которому вода через центральное отверстие в буровой штанге поступает к забою скважины. Отработанный воздух выходит через отверстия 8 в атмосферу. Ударно-поворотный механизм предназначен для нанесения поршнем ударов по буровому инструменту и его поворота после каждого удара на некоторый угол (5-15°). Поршень-ударник в конце рабочего хода передает энергию удара непосредственно штанге, на которой закреплена буровая коронка, в результате чего происходит разрушение горной породы на забое шпура. При обратном ходе поршень работает как привод механизма поворота бурового инструмента. По отношению к ходу поршня-ударника различают поворотные механизмы зависимого и независимого действия. Зависимый поворот обеспечен усилием поршня-ударника, независимый — специальным приводом.  Рис. 11. Схема поворотного механизма зависимого действия Поворотный механизм зависимого действия с задним поворотом (рис. 11) состоит их храповой буксы 1, расположенной в задней части цилиндра, геликоидального стержня 2, поршня-ударника 3 с геликоидальной гайкой 4, поворотной буксы 5, которая соединена кулачками с гранбуксой 6. Шток поршня-ударника с помощью прямолинейных шлицов находится в подвижном соединении со шлицами поворотной буксы 5, а гайка поршня 4 — в зацеплении со спиральными шлицами стержня 2. В гнездах головки геликоидального стержня находятся собачки 8, прижимающиеся пружинами 9 к зубьям храповой буксы. Гранбукса 6 имеет шестигранное отверстие, в которое помещен хвостовик буровой штанги 7. При рабочем ходе поршня-ударника собачки проскальзывают по зубьям храповой буксы и не препятствуют повороту геликоидального стержня, вследствие чего поршень двигается, не поворачиваясь. При холостом ходе собачки стопорят геликоидальный стержень, что приводит к повороту поршня по спиральным шлицам стержня вместе с поворотной буксой и буровой штангой. Поворотный механизм с геликоидальным стержнем отличается надежностью в работе и позволяет легко менять угол поворота путем замены геликоидальной пары. Поворотный механизм зависимого действия наиболее распространен в переносных и телескопных перфораторах. С целью увеличения крутящего момента и более эффективного использования ударной мощности выпускаются колонковые перфораторы с поворотным механизмом независимого действия. Поворот бурового инструмента в них осуществляется от отдельного вращателя со специальным пневмодвигателем, что позволяет увеличить крутящий момент в 7-10 раз, плавно регулировать частоту вращения и за счет этого повысить глубину бурения скважины до 50 м. Воздухораспределительные устройства перфораторов предназначены для автоматической подачи сжатого воздуха попеременно в правую или левую полости цилиндра, что обеспечивает рабочий и холостой ход поршню-ударнику молотка. Воздухораспределительные устройства современных перфораторов можно разделить на две группы: клапанные и золотниковые. В клапанных устройствах исполнительным органом является клапан, который перемещается нормально к основным отсекающим поверхностям (седлам). Ход клапана в клапанной коробке составляет 0.4-1 мм. Время переброса клапана 0.004-0.03 с. По конструктивному исполнению клапаны различают пластинчатые, шариковые, кольцевые, дисковые, фланцевые, мотыльковые (с откидным клапаном). В пневматических переносных перфораторах применяется плоский кольцевой или фланцевый клапан (ПП36, ПП54 и ПП63). Клапан может быть в виде плоской шайбы, выполненной из стали или титана (ПП50В1, МР8 фирмы «Медон», Франция). Мотыльковый клапан (рис.12) применяется в перфораторах средней массы с повышенной частотой ударов (ПК60, ПК75).  Рис. 12. Схема движения воздуха в перфораторах с мотыльковым клапаном: а – при рабочем ходе поршня; б – при обратном ходе поршня Принцип работы мотыльковой клапанной системы следующий. При открытом пробковом кране воздух попадает в клапанную коробку 1, обтекает нижнюю часть клапана 2 и направляется в рабочую полость цилиндра 5, воздействуя на поршень 3. Поршень начинает перемещаться (рабочий цикл (рис. 12 а)), первоначально воздух из правой части цилиндра через отверстие 6 выбрасывается в атмосферу. После перекрытия отверстия 6 корпусом поршня воздух в правой части цилиндра начинает сжиматься, образуя так называемую воздушную подушку. Сжимаемый воздух через радиальные отверстия и продольные проточки 4 в корпусе цилиндра воздействует на поверхность верхней части мотылькового клапана, но этого усилия недостаточно для его перебрасывания в новое положение, поскольку нижняя часть клапана находится под более высоким давлением сжатого воздуха. По мере движения поршня-ударника открывается отверстие 6 и сжатый воздух выбрасывается в атмосферу. Давление на нижнюю часть клапана падает, и клапан перебрасывается в новое положение (рис. 12 б). Сжатый воздух, обтекая верхнюю часть клапана, по каналу4 попадает в штоковую полость цилиндра 5, воздействует на поршень 3. Поршень совершает обратный ход и вытесняет воздух из цилиндра через отверстие 6. По мере продвижения поршня воздух в левой части начинает сжиматься и через отверстие 7 воздействует на нижнюю часть клапана, и после открытия корпусом поршня отверстия 6 произойдет перекидка клапана 2 в исходное положение. Мотыльковый клапан имеет больший КПД из-за меньших потерь давления воздуха на дросселирование и не испытывает потерь на трение, так как он качается на ребре седла клапанной коробки. Клапанные воздухораспределительные устройства отличаются простотой конструкции, малыми движущимися массами и поверхностями трения, а так же малой чувствительностью к засорению, что обеспечивает их надежность в эксплуатации. Особенность клапанного устройства заключается в том, что клапан, перекрывающий рабочие каналы, перемещается за счет разности давления в передней и задней плоскостях цилиндра. Основным недостатком клапанного воздухораспределителя является повышенный расход сжатого воздуха.  Рис. 13. Схема золотникового воздухораспределения: а – при рабочем ходе поршня; б – при холостом ходе поршня Золотниковые воздухораспределительные устройства (рис. 13) состоят из золотника 2, посаженного на втулку 1, золотниковой коробки 10 и крышки 3. В начале рабочего хода золотник и поршень-ударник 4 находятся в крайнем левом положении. Сжатый воздух поступает по каналам золотника и отверстиям крышки в поршневую полость 9. Поршень начинает перемещаться вправо, совершая рабочий Ход. При дальнейшем движении поршень открывает канал управления 8, по которому сжатый воздух поступает в левую кольцевую полость золотниковой коробки, воздействует на заплечико и передвигает золотник вправо. Подача сжатого воздуха в камеру рабочего хода прекращается. При дальнейшем движении поршня по инерции открывается выхлопное отверстие 7 и поршень наносит удар по хвостовику буровой штанги. Сжатый воздух из поршневой полости выходит в атмосферу через выхлопное отверстие. Одновременно сжатый воздух поступает по каналу 5 в штоковую полость 6 и поршень совершает обратный ход. Двигаясь влево, поршень открывает канал управления 13, и золотник под действием давления на фланец перекинется влево. Поршень откроет выхлопное отверстие 7 и воздух из штоковой полости выходит наружу. Далее цикл повторяется. Для уменьшения противодавления движению золотника каналы управления через дренажные отверстия 11 и 12 сообщаются с атмосферой. Золотниковое воздухораспределение обеспечивает значительно меньший расход сжатого воздуха, чем клапанное, но имеет большие поверхности трения, в связи, с чем более требовательно в эксплуатации. Перемещение золотника принудительное под действием сжатого воздуха, специально направляемого из основного воздухопровода по дополнительным каналам управления. При золотниковом устройстве поршень-ударник работает без противодавления и нет необходимости открывать выхлопное отверстие раньше, чем будет прекращено поступление сжатого воздуха в полость цилиндра, что дает минимальный удельный расход воздуха. Золотниковое воздухораспределение позволяет повысить энергию удара за счет снятия противодавления при рабочем ходе поршня путем частичного выпуска сжатого воздуха из камер противодавления через золотник. Недостатком золотникового воздухораспределительного устройства является сложность изготовления золотника. В отличие от клапана, который имеет одну подвижную посадку, золотник имеет три подвижных посадки, выполняемые по второму классу точности. При данной схеме воздухораспределения трудно получить повышенную частоту ударов из-за больших масс и поверхностей трения золотника. Золотниковое воздухораспределение применяется в наиболее мощных перфораторах с относительно небольшой частотой ударов. Различают воздухораспределительные устройства со сплошными и трубчатыми золотниками. Наибольшее распространение получил трубчатый, который применен в перфораторе ПП63СВП. Для защиты темы необходимо ответить на контрольные вопросы: 1. Назначение конструкционных частей буровой машины ударного действия малой массы; 2. Область применения и принцип работы «мотылькового» клапана; 3. Принцип работы золотникового воздухораспределителя; 4. В чем заключается конструктивная особенность поворотного механизма зависимого действия; 5. В чем заключается основное назначение геликоидального стержня. 5. Тема: «Буровые установки» Буровая установка БГА-2А[1] Буровая установка БГА-2А с гидравлической автоматической подачей разработана и изготовляется Анжерским машиностроительным заводом. Установка предназначена для бурения по углю скважин различного назначения диаметром 390—500 мм (с разбуриванием до 850 мм) и длиной до 100 м. При углах наклона скважин меньше 45° выдача штыба осуществляется шнековыми штангами. Установка БГА-2А (рис. 14) выпускается с электрическим двигателем мощностью 11 кВт. Основная особенность машины — наличие двух независимых приводов: механического 2 для вращения бурового инструмента и гидравлического для подачи бурового става посредством двух гидроцилиндров 15 и 16 с автоматическим регулированием скорости подачи. В состав буровой установки входят буровой станок 14, насосная станция 13, соединенная со станком посредством маслопровода, буровой инструмент со штангами 7 и пылеуловитель 8. Буровой инструмент комплектуется из забурника 10, расширителя прямого хода 9, расширителя обратного хода 11, опорных фонарей 12 и буровых штанг 7 длиной по 0,6 м каждая. Станок смонтирован на станине, где размещен редуктор 2 с электродвигателем 7, замок4 для установки буровых штанг и подхват 6 для удержания бурового става в момент наращивания или снятия штанг. Станок имеет ограждение 5, закрывающее вращающиеся части, червячное устройство 3 для придания станку необходимого угла наклона. Насосная станция предназначена для нагнетания масла в рабочие полости двух гидроцилиндров 15 и 16 подачи бурового става, для дистанционного управления (посредством специального пульта) скоростью и направлением подачи при бурении, разбуривании и холостом ходе. Насосная станция состоит из маслоблока емкостью 40 л, пультов управления, двух шестеренчатых насосов НШ-10 (производительностью по 12 л/мин) соединенных через редуктор с двигателем (мощностью 3 кВт). Масса насосной станции (без масла) 0,2 т. Пульты управления, гидравлический и электрический, расположенные на насосной станции, служат для дистанционного управления станком, изменения направления вращения, скорости и направления подачи. Предназначен для бурения и расширения скважин по углю с любой сопротивляемостью резанию. Бурение скважины производится снизу вверх из основных и вспомогательных горных выработок сечением не менее 4м , а расширение скважин производится сверху вниз.  Рис. 14. Буровая установка БГА-2А Буровая установка БГА-2М Мощность угольного пласта должна превышать диаметр разрушающего инструмента не менее чем на 0,2 м. Выпускается в четырех исполнениях, отличающихся комплектом бурового инструмента. Для станка БГА2М-01 изменение угля залегания пласта на длине 10 м не должно быть более 2°. Буровой станок БГА2М (рис. 15) состоит из станка 1, насосной станции 2, насосной установки 3, устройства управления 4, стоек 5 и комплекта бурового инструмента. Крутящий момент и усилие подачи от станка передаются через буровой став к расширителю. Разрушенный уголь удаляется из скважины под действием собственного веса. Гидроцилиндры подачи изготовляются двух типоразмеров по диаметру поршня и штока в зависимости от исполнения бурового станка. По присоединительным размерам гидроцилиндры взаимозаменяемы. Управление станком дистанционное, с пульта управления. Для подавления пыли во время работы предусмотрена оросительная установка.  Рис. 15. Буровая установка БГА-2М |