Изучение конструкции и определение основных параметров ручных и колонковых свёрл

Общие положения

Ручные сверла предназначены для бурения шпуров диамет­ром 36¸ 45 мм и длиной до 3 м по углю и некрепким горным породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f ≤ 4 [6].

РУЧНОЕ ЭЛЕКТРОСВЕРЛО СЭР-19М [6]. Электросверло СЭР-19М (рис. 2.1) 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.

Рис.2.1. Ручное электросверло СЭР-19М

Сверло также включает в себя устройство для ввода гибкого кабеля 11. Корпус 4 выполнен ребристым для лучшей теплоотдачи. Для этой же цели служит вентилятор 8. Затыльная крышка 7 защищает вентилятор от ударов и попадания в него кусков породы или угля. Вся конструкция горного сверла имеет рудничное взрывобезопасное исполнение (РВ).

Сверло СЭР-19М имеет двухступенчатый редуктор. От электро­двигателя, на вал которого с помощью шпонки насажена цилиндри­ческая шестерня z ₁, вращение передается через шестерни z ₂, z ₃ и z ₄ шпинделю 1 с буровым инструментом. Скорость вращения шпин­деля

об/мин,

где n_дв – скорость вращения ротора двигателя, об/мин.

Если необходимо уменьшить число оборотов шпинделя (для бурения крепких углей), то применяют сменные шестерни

об/мин.

РУЧНОЕ ЭЛЕКТРОСВЕРЛО С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ ЭРП-18ДМ [6]. Основное отличие электросверла ЭРП-18ДМ (рис.2.2) от обыч­ного 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 III осуществляется через двухступенчатый редуктор посредством двух пар цилиндрических ко-

Рис.2.2. Электросверло с принудительной подачей ЭРП-18ДМ

созубых шестерен z ₁ – z ₂ и z ₃ – z ₄. 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 z ₅ – z ₆ 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 кгс. 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.

КОЛОНКОВОЕ СВЕРЛО ЭБГП-1 [6]. Для бурения шпуров по породам с коэффициентом крепости до f = 12 применяют сверла с большим осевым усилием на резце (до 15000 Н) и большим вращающим моментом, имеющие электро­двигатели мощностью до 5 кВт. Сверла этого типа устанавливают на колонках или манипуляторах погрузочных машин. Колонковые сверла ЭБГП-1 имеют гидравлическую подачу.

Сверло ЭБГП-1 (рис.2.3) состоит из следующих основных ча­стей: электродвигателя 10, гидропривода 8 с двумя силовыми гидро­цилиндрами 7, траверсы

Рис.2.3. Колонковое электросверло ЭБГП-1

4 с полым шпинделем 5, в который вста­вляется буровая штанга, и редуктора 3. Электродвигатель, редуктор и гидропривод жестко соединены между собой посредством фланце­вых соединений.

Силовые гидроцилиндры расположены параллельно и закреплены в цапфе 9, которая прикреплена к электродвигателю. Выступающие концы штоков 6 гидроцилиндров соединены с траверсой и вместе с ней перемещаются на величину хода (0, 9 м). Шпиндель закреплен в траверсе и перемещается вместе с ней, кроме того, он может сво­бодно в ней вращаться. Подвод воды для пылеподавления произво­дится по шлангу 1. Рукоятка 2 служит для включения электродви­гателя и его реверса. Имеются также рукоятка управления усилием и направлением подачи и рукоятка переключения скоростей вращения шпинделя.

Буровой инструмент для электросверл состоит из резцов и витых штанг. Резцы в гнезде штанги крепят с помощью шпильки. Промышлен­ностью выпускается два типа резцов: угольные РУ и породные РП.

Резцы (рис. 2.5) состоят из корпуса 5, хвостовика 6, предна­значенного для крепления резца в штанге, идвух перьев 4. Резцы для мягких пород и углей имеют длинные перья, у породных резцов перья укороченные, а корпус имеет массивную форму.

Передняя грань резца 1 обращена в сторону вращения и арми­руется пластинкой твердого сплава 2. Задняя грань 3 обращена в сторону забоя шпура. Пересечение передней и задней граней образует главную режущую кромку.

Обозначение размеров и углов резцов показано на рис. 2.6.

Изучив различные конструкции свёрл, теперь определим их основные параметры.

В качестве основных режимных параметров при вращательном бурении шпуров принимают осевое усилие Р_ос, частоту вращения n и ин­тенсивность очистки шпура. При увеличении крепости пород осе­вое усилие на инструмент

должно возрастать, а частота враще­ния падать, при плохой очистке забоя шпура происходит повы­шенный расход инструмента и падение скорости бурения.

Оптимальные режимные параметры рассчитаем по зависимостям [4]:

осевое усилие

Р_ос ≥ 350 f, Н, (2.1)

где f – коэффициент крепости горной породы;

частота вращения

n = 36 / f; с^-1, (2.2)

n = 12 – 0, 8 f, с^-1. (2.3)

Формулу (2.2) применяют при выборе режимов для слабых углей и пород с
f ≤ 4. Для более крепких пород используется формула (2.3). Формулы справедливы для шпуров диа­метром 40–45 мм.

Величина подачи инструмента на один оборот под действием осевого усилия

h = (9 – 0, 5 f) · Р_ос · 10^{-7 м, (2.4)}

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

Механическая скорость бурения, учитывая формулу (2.4), будет выглядеть следующим образом:

υ = h · n = (9 – 0, 5 · f) · Р_ос · n ·10^-7 м/с, (2.5)

где n – частота вращения инструмента, с^-1.

Мощность на резце

W = 0, 7 · 10⁸ · S · υ · f, Вт, (2.6)

где S – площадь сечения шпура, м² (площадь круглого сечения шпура
S = π d ²/4); d – диаметр шпура, м; υ – скорость бурения шпуров, м/с.

Задание. На основании исходных данных в табл.2.1 определить механическую скорость бурения υ и мощность на резце W электросверла ЭРП18Д-2М. Построить графики зависимостей υ = f (f), υ = f (Р_ос), W = f (f).

Пример.

Исходные данные: Р_ос = 3000 Н; d = 0, 043 м; n = 5 с^-1; f = 3.

Механическая скорость бурения шпура определяется исходя из формулы (2.5)

υ = (9 – 0, 5 · 3) · 3000 · 5·10^-7 = 0, 011 м/с.

Площадь сечения шпура

S = 3, 14 · 0, 043²/4 = 1, 451 · 10^{-3 м2}.

Мощность на резце рассчитаем по формуле (2.6)

W = 0, 7 · 10⁸ · 1, 451 · 10^-3 · 0, 011 · 3 = 3352 Вт = 3, 4 кВт.

Варианты заданий по расчёту основных параметров электросвёрл.

Таблица 2.1

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3