Исследование вращательного бурения шпуров по породе Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ИНДУСТРИАЛЬНОГО ИНСТИТУТА Том 60 имени С. М. КИРОВА. Вып. II

t

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ ПО ПОРОДЕ.

Доц. Михайлов В. Г,

.Процессы бурения производить исключительно электросверлами—ручными по углю и колонковыми по породе..."

(Приказ НКТП № 1160 от 10 июня 1936 г.)

§ 1. Цель и задачи работы.

Бурение является одним из основных рабочих процессов при разработке полезных ископаемых. Особо большую роль оно играет при проведении породных выработок и при разработке крепких полезных ископаемых (соли, руды, строительный камень, антрацит, крепкий каменный уголь и т. д.).

До настоящего времени на этих работах господствует пневматическое ударное бурение (бурильные пневматические молотки, пневматические перфораторы) и только за последнее время (с 1935—1936 г.) стало внедряться на каменноугольных и соляных шахтах, а также на некоторых других разработках электрическое вращательное бурение шпуров колонковыми электросверлами. При разработке руд эти сверла пока совершенно не имеют места, там применяется исключительно пневматическое бурение и только за последние два года стали испытываться различные конструкции электрических ударных перфораторов1).

Недостатки пневматического ударного бурения общеизвестны: дорогая энергия, пылеобразование, отдача пневматических молотков на руки. Колонковое электросверло расходует в час чистой работы электроэнергии максимум (при часовом режиме) 2,3 кет. X 1 = 2,3 кет. часа, стоимостью, примерно, 7 коп. X X 2,3 = 16 копеек, а при длительном режиме только 7 коп. X X 1,8Х 1 = 13 копеек. Пневматический бурильный молоток (БМ-13) расходует в час чистой работы 2 куб. ж X 60 = 120 куб. м воздуха, стоимостью, примерно, 1 коп. X 120= 120 копеек. Следовательно, стоимость энергии для молотка минимум в восемь— девять раз дороже, чем для электросверла.

В породах осадочного происхождения (сланцы, песчаники

3) „Горное машиностроение". 1938 г., № 1, стр. 53.

/

и т. п.) ударное бурение пневматическими молотками дает чистую скорость меньше, чем вращательное электросверлами1).

В известном приказе № 1160 (1936 г.) по НКТП покойный Г. К. Орджоникидзе указывал угольщикам: „процессы бурения производить исключительно (подчеркнуто нами, В. М.) электросверлами—ручными по углю и колонковыми по породе, а на шахтах с развитым воздушным хозяйством и особо газовых и пыльных—пневматическими бурильными молотками".

Из этого следует, что наша установка—на электрическое бурение. В связи с изобретением доцентом Шмаргуновым К. Н. электрического отбойного молотка и внедрением его в производство, вопрос об унификации энергии на подавляющем большинстве каменноугольных, сланцевых, соляных и т. п. шахт поставлен особо реально, а это заставляет своевременно перевести и бурение шпуров на этих шахтах с пневматического ударного бурения на электрическое, вращательное.

Широкое внедрение вращательного бурения требует всестороннего его изучения. Необходимо подобрать правильные режимы работы резца, рациональные и прочные формы резцов и буров, определить необходимые расходуемые мощности и развиваемые усилия и сконструировать прочное и легкое электросверло. Таким изучением, судя по имеющейся литературе вращательного бурения, у нас еще как следует не занимались. Есть только лишь несколько небольших наблюдений2) над работой электросверл. Между тем, вопрос этот крайне назрел. Нам необходимо поднимать вращательное бурение на более высокую ступень в смысле конструкции самих машин, буров я резцов и расширять сферу его применения на работы по добыче руд и бурению изверженных пород.

Из опыта заграничной практики также мало что можно позаимствовать, так как обстоятельных работ по этому вопросу не видно в доступной нам иностранной литературе.

В настоящей работе освещаются результаты исследования вращательного бурения по глинистому сланцу и песчанику, проведенного нами3) на Анжеро-Судженском руднике Кузбасса.

]) Инж. М. Гусев, инж. В. Леонтьев,—„Первые итоги опытного бурения шпуров". Уголь Востока. 1936 г., № 11.

2) Г. В. Родионов.—Колонковое электросверло типа ЭК-2. .Горный жур-нал\ 1938 г., № 3.

Г. В. Родионов и П. А. Махи н.—Результаты испытания ручных электросверл производства Томского механического завода. „Горный журнал*. 1937 г. № 16.

Материалы бригады Харьковского станко-инструментального завода. .Картотека ЦИТЭИН—ТЕХСО № 2216, серия 28. 1937 г.

Пантюшев Г. С.—Испытание работы колонкового электросверла в эк-сплоатационных условиях. „Уголь". 1937 г., № 138.

Пантюшев Г. С.—Исследование работы ручного электросверла в эк-сплоатационных условиях. „Уголь". 1937 г., № 139.

Островский А. П.—Сверло ЭБК и электробуровой автомат. „Гор. Ж.* 1937 г., № 16.

3) При непосредственном участии студентов горного факультета тт. Челы-шева, Шилова, Гаркун, Евсеева, Фомина, Томлянович, Андреева и Денисенко.

§ 2, Объем и методика работы,

В объем дайной (первая часть) работы включено было исследование следующих вопросов при ¡вращательном бурении шпуров по глинистому сланцу и песчанику.

1) Определить коэфициент разрыхления буровой муки.

2) Определить коэфициент самоудаления буровой муки в процессе самого бурения.

3) Определить крупность буровой муки.

4) Выявить влияние направления шпуров на осевые усилия (усилия подачи) и на мощность, расходуемую на бурение.

5) Выявить влияние глубины шпуров на те же показатели.

6) Определить влияние износа резцов на те же показатели.

7) Определить мощность буре, расходуемую на преодоление сопротивления буровой муки и на трение бура о стенки шпура.'

8) Сравнить работу буров из витой сплошной стали ромбического и прямоугольного сечения.

9) Сравнить работу буров из ромбической витой стали разного диаметра.

Для проведения экспериментальных работ был выбран Анжеро-Судженский рудник Кузбассугля, имеющий типичные для Кузбасса породы. При выборе места (забоя) для бурения мы руководствовались следующим: 1) место должно быть сухим, так как сырость создает ненормальные условия для бурения; 2) состав пород должен быть однородным на всю глубину бурения; 3) не должно быть местных нарушений, породы должны быть целыми и типичными; 4) забои не должны быть в данный момент рабочими, чтобы иметь спокойную обстановку для экспериментирования.

Такими местами оказались на шахте № 9/15, на гор. 146 м забой квершлага № 21—по песчанику и кровля Андреевского (седьмого) пласта на основном штреке—по глинистому сланцу.

Забой квершлага № 21 находился в типичном для Кузбасса крепком песчанике с коэфициентом крепости /=6 по шкалё проф. М. М. Протодьяконова.

В кровле Андреевского пласта залегал типичный глинистый сланец с коэфициентом крепости /"=4 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Шпуры бурились на расстоянии 4—5 см друг от друга, чтобы иметь одинаковые условия бурения для сравниваемых шпуров. Глубина шпуров принята 1,8 метра с учетом имевшегося оборудования и наибольшего распространения в практике бурения шпуров именно этой глубины.

Направление шпуров было принято: горизонтальное (нормально к забою) 15° вверх, 25° вверх, 15° вниз и 25° вниз. Были испытаны, для сравнения, также горизонтальные шпуры, но направленные не перпендикулярно к плоскости забоя, а диагонально (вбок) под 15° и 25°. Такой диапазон охватывает расположение

¡

шпуров, обычно имеющих место в производственной практике.

Каждый шпур бурился на всю свою глубину не одним буром, а в несколько приемов, бурами различной длины, о чем подробно будет сказано ниже.

Если в процессе бурения встречались мягкие или твердые прослойки, искажавшие общую картину, то такой шпур браковался и перебуривался снова на некотором расстоянии, где такого прослойка не оказывалось, но это было редким явлением, так как забои были выбраны с однородными породами. За качеством бурения, его результатами и однородностью буримого материала строго велось наблюдение.

Шпуры бурились дублированно, т. е. по два на каждое наблюдение, в целях получения более надежных средних данных. Если данные по дублированным шпурам резко расходились, то бурились добавочные шпуры, пока не получался удовлетвори- « тельный результат. За браком строго следили. *

На каждый шпур велся протокол, в котором указывалась его характеристика и полученные данные при наблюдении. При обработке материалов выводились средние показатели по дублированным шпурам. Дополнительные сведения по методике и технике наблюдения будут сообщены в следующих параграфах по принадлежности.

Расположение пробуренных экспериментальных шпуров по песчанику представлено на фиг. 1, а по глинистому сланцу— на фиг. 2.

§ 3. Оборудование экспериментальной установки и техника наблюдений.

Для ведения экспериментальных работ было приобретено новое колонковое электросверло типа ЭК-2 Томского электромеханического завода. Перед работой сверло было просмотрено и опробовано. Общий вид электросверла ЭК-2 представлен на фиг. 3.

Электросверло ЭК-2 весит 120 кг, а колонка, на которой оно устанавливается—50 кг. Коротко-замкнутый асинхронный мотор сверла имеет часовую мощность 2,3 кет., а продолжительную 1,8 кетделает 2800 оборотов в минуту и питается током напряжения 220 вольт при соединении концов статорной обмотки на звезду и 127 вольт—при соединении на треугольник.

Подводимый гибкий резиновый кабель имеет сечение 4X2,5 кв. мм.

Габаритные размеры сверла: длина (с втянутым шпинделем)— 1439 мм, ширина—364 мм и высота—679 мм. Колонка, на которой устанавливается электросверло, сделана из труб, поэтому может раздвигаться. Минимальная высота колонки (когда внутренние трубы вдвинуты в наружные) 1,8 метра, но она может иметь длину, если внутренние трубы (в) вытянуть из наружных («), 2,50 м и даже более. Закрепление внутренних труб на определенной высоте производится штырями.

Рис. 3.

На наружных трубах, на любой высоте при помощи двух штырей, вставляемых в сквозные отверстия труб о, укрепляются два хомута х. Хомуты имеют откидные дужки (4), которые запираются при помощи накидных скоб (5) и зажимных болтов (6). В отверстия между хомутами л; и дужками (4) закладываются цапфы ц сверла.

Поворачивая электросверло вокруг горизонтальной оси цапф (вверх и вниз), можно бурить в любом -месте забоя по вертикальной линии. Сверло также может поворачиваться и в горизонтальной плоскости. Все это создает удобство в работе и дает возможность с одной установки давать несколько шпуров.

Кинематическая схема сверла представлена на фиг. 4. Оно имеет три пары (шестерни 1—6) зубчатой передачи для вращения шпинделя и одну пару (шестерни 7 и 8) для вращения гайки (38), которая создает подачу шпинделя (37) или бура в осевом направлении, так как гайка (шестерня № 8) делает больше оборотов, чем шпиндель (шестерня № 6).

На валу ротора сидит на шпонке зубчатое колесо 1, оно входит в зацепление с зубчатым колесом 2. Эти два колеса составляют моторную пару. Колесо 2 сидит на двух шпонках на ступице следующего колеса 3.

Колесо 3 в ступице имеет бронзовую втулку и свободно сидит на неподвижной оси, имеющей на поверхности канавки для удержания смазки. Зубчатое колесо 3 входит в зацепление с колесом 4, сидящим на двух шпонках на ступице следующего зубчатого колеса 5. Эти зубчатки (3 и 4) составляют промежуточную пару. Зубчатка 5 сидит свободно на длинном промежуточном валу 12 и имеет внутри ступицы бронзовую втулку.

Зубчатое колесо 5 входит в зацепление с зубчаткой 6 и они составляют шпиндельную пару. Зубчатое колесо 6 прикреплено шестью болтами к фланцу гильзы 9, которая на внутренней поверхности имеет два выступа, входящие в продольные пазы шпинделя. Следовательно, зубчатка 6 приводит во вращение шпиндель при помощи гильзы с выступами. Шпиндель вращается всегда, когда вращается мотор, так как передача между ними жесткая (зубчатая).

На переднем конце промежуточного вала 12 на шпонке сидит зубчатое колесо 7, входящее в зацепление с зубчаткой 8. Эти зубчатки составляют пару подачи. Зубчатка 8 прикреплена четырьмя болтами к бронзовой длинной гайке 38, имеющей аналогичную резьбу со шпинделем.

Передаточное отношение между зубчатками 5 и 6 меньше, чем между зубчатками 7 и 8. Следовательно, бронзовая гайка 38 делает больше оборотов, чем шпиндель, и при своем вращении она будет тащить шпиндель в осевом направлении, создавая его рабочую подачу вперед или назад, в зависимости от направления вращения мотора.

На заднем конце промежуточного вала (12) помещается фрик-ционно-кулачная муфта (фиг. 4). Она выполняет две функции:.

1) предохраняет мотор и механизм сверла от перегрузки и 2) при помощи ее можно иметь три подачи шпинделя—рабочую (медленную), маневровую (быструю) и холостую (вращение на месте, без подачи).

При нашем экспериментировании фрикционно-кулачная муфта первой функции не выполняла, ее бронзовые втулки 39 и 41 были склепаны наглухо с кулачным диском 34. Это необходимо было сделать для того, чтобы действие (проскальзывание) фрикционной муфты не искажало режима работы сверла в определенных условиях и не мешало правильно снимать замеры требуемых показателей. Вторую функцию муфта выполняла. Сделаем пояснение, как это получается.

Выше было указано, что зубчатка 8 делает больше оборотов, чем зубчатка 6, так как передаточное отношение между зубчатками 1 и 8 больше, чем между зубчатками 1 и 6„ Следовательно, бронзовая гайка 38 делает больше оборотов, чем шпиндель, и при своем вращении она будет ^тащить" шпиндель в осевом направлении, создавая его рабочую подачу вперед или назад, в зависимости от направления вращения мотора.

Скорость этого осевого перемещения шпинделя, а, следовательно, и бура будет равна разности между числами оборотов гайки и шпинделя, умноженной на шаг резьбы шпинделя.

Это можно выразить следующей формулой:

Уб — (Пг — Пш)Л9

где У в— скорость подачи бура (шпинделя) в мм в минуту; пг — число оборотов гайки в минуту; пш— „ „ шпинделя в минуту;

Ь —шаг резьбы шпинделя (в мм).

Покажем подсчет на примере.

Если гайка делает 202 об!мин,, шпиндель 193 об/мин,, а шаг резьбы 20 мм, то скорость подачи бура

Уб = (202—193) 20 = 180 мм/мин.

Включение и выключение кулачковой муфты достигается рукояткой управления 8 (фиг. 4), через валик 49.

Может быть три положения рукоятки управления.

Первое положение (фиг. 4), когда рукоятка занимает вертикальное (вверх) положение. В это время кулачная муфта включена под действием пружины 16. В этом случае усилие с шестерни 4 передается через кулачную и фрикционнуе муфты на промежуточный вал, а с него через шестерни 7 и 8 на гайку, которая „потянет" шпиндель в осевом направлении за счет разности оборотов ее и шпинделя, о чем было сказано выше. Так мы получим рабочий ход или медленную подачу. Бур будет итти вперед или назад, в зависимости от направления вращения мотора.

Второе положение (фиг. 4), когда рукоятку немного поворачивают назад, на бурильщика, с таким расчетом, чтобы кулачки муфты только лишь расцепились. Тогда усилие с шестерни через медную шайбу 10, проволочное кольцо 150, шпонку 103 (фиг. 4) передастся на промежуточный вал 12, благодаря чему шестерни 7 и 8 и гайка 38 вращаются с небольшим усилием, которого достаточно для того, чтобы гайка 38 и шпиндель вращались с одинаковым числом оборотов. Небольшое усилие достигается благодаря трению проволочного кольца 150 в пазу бронзовой шайбы 10. Следовательно, в этом случае шпиндель вращается без продольного перемещения (холостой ход), так как разность между оборотами гайки и шпинделя равна нулю. Это видно из следующего подсчета.

Пусть гайка и шпиндель делают по 193 об1мин,. Тогда скорость подачи бура

V6 — (193—193).20 = 0 мм\мин%

т. е. шпиндель будет вращаться без продольного перемещения.

Третье положение (фиг. 4), когда рукоятку поворачивают назад, на бурильщика, до-отказа. В этом случае муфта отодвигается настолько значительно, что кулачное кольцо 34 своими задними кулачками упирается в кольцо 15 (фиг. 4), вделанное в корпус сверла, и создает такое трение, что через фрикционную муфту затормозится промежуточный вал, благодаря чему остановятся шестерни 7 и 8 и гайка. Разность между числами оборотов гайки и шпинделя в этом случае равна числу оборотов шпинделя, и подача бура будет быстрой или, как говорят, получим маневровый ход. Причем бур теперь будет итти в осевом направлении в противоположную сторону, чем при медленной (рабочей) подаче, так как гайка будет стоять, а шпиндель будет из нее вывинчиваться.

Это подтверждается следующим примером.

Если гайка не будет вращаться, а шпиндель будет делать попрежнему 193 об/мин, то скорость подачи бура

V6 — (0—193). 20 = — 3860 мм ¡мин.

Как видно из полученного результата, бур будет перемещаться с большой скоростью и в обратном, по сравнению с рабочим ходом, направлении, о чем указывает знак минус.

Быстрая подача необходима для смены буров и других вспомогательных операций. Направление осевого перемещения шпинделя (подачи) меняется путем реверсирования мотора при помощи пускового контролера1).

Скорость подачи шпинделя (бура) зависит от условий работы— крепости и структуры буримой породы. Подбор скорости подачи

Подробно об устройстве, действии и эксплоатации электросверла ЭК-2 см. нашу книгу „Электросверла для бурения шпуров". Изд. 1939 г.

производится путем смены шестерен подачи № 8 и № 7, моторных шестерен № 2 и № 1 и других (см. фиг. 4 и табл. 1).

Ниже приведена таблица подбора шестерен для определенной скорости подачи шпинделя (табл. 1).

Таблица 1

03 1 С £ О 05 е? <и Я 04 <и 5 к я « Ч И С Л О 3 У Б Ь Е В

С- «а С о ч я* С ^ 3 § с ** 1° я «в я (1 Шестерни подачи Моторная пара Шпиндельная пара Промежуточная пара

Число ШПИН; нуту В" та £ О С 2 • ° 2 з о. § а о г2 40 с: со о № 8 № 7 № 2 № 1 № 6 № 5 № 4 № 3

193 180 380 570 0,93 1,97 2,95 75 74 73 31 32 33 | 65 27 38 15 57 24

237 210 450 670 0,89 1,90 2,83 75 74 73 31 32 33 1» 31 38 15 57 24

286 260 540 820 0,91 1,89 2,86 75 74 73 31 32 33 Iя 35 38 15 57 24

429 400 800 1220 1660 0,93 1,87 2,84 3,87 75 74 73 72 31 32 33 34 | 48 44 38 15 57 24

520 1440 1900 2,77 3,65 71 70 35 36 } 47 45 37 16 56 25

Завод с середины 1937 г. пёрешел на выпуск сверл с числом оборотов шпинделя 286 в минуту, при подаче его 260 мм\мин.

Из изложенного следует, что на производстве, в зависимости от местных условий (крепость и характер пород), приходится подбирать подачу, более соответствующую данной крепости буримых пород. Поэтому необходимо вместе со сверлом заказывать комплект соответствующих сменных шестерен.

Покажем на примере, как произвести подсчет передаточного числа, числа оборотов шпинделя и гайки и скорости подачи шпинделя. Возьмем вариант подбора тех шестерен, с которыми выпускается электросверло заводом.

Передаточное число моторной пары зубчатых колес:

= = = 0,614,

Z2 57

где Z1 = 35 — число зубьев роторной шестерни (ведущей);

^ = 57 —число зубьев второй шестерни (ведомой).

Передаточное число промежуточной пары зубчатых колес равно

Ь = = -**- = 0,421.

57

Передаточное число шпиндельной пары зубчатых колес

¿3 = -^= —= 0,395.

2Г6 38

Общее передаточное число между ротором мотора и шпинделем

¿ш = ¿1 - к• Н = 0,614 X 0,421 X 0,395 = 0,102.

Шпиндель будет делать

пш = пм. гш — 2800 X 0,102 == 286 об ¡мин.,

где: пм = 2800 — число оборотов ротора в минуту.

Передаточное число пары зубчатых колес подачи

«4 =-^ = -^-==0,413.

Z8 75

Общее передаточное число между ротором мотора и гайкой подачи

¿г = г\. ¿2. г4 = 0,614.0,421.0,413 =. 0,1067.

Гайка подачи будет делать

пг — пм. ¿г = 2800.0,1067 = 299 об ¡мин.

Скорость подачи шпинделя

Уб = (Пг — пш). Ь = (299—286). 20 = 260 мм)мин, где: /—шаг резьбы шпинделя.

Общая схема экспериментальной установки представлена на фиг. 5.

Сверло помещалось на своей колонке. Но колонка устанавливалась не в вертикальном, как обычно, положении, а в лежачем (горизонтально или наклонно) положении. Ее винт упирался в грудь забоя, а башмачная часть с траверзой в другую, такую же колонку, устанавливаемую вертикально и раскрепляемую между кровлей и почвой обычным способом, но весьма тщательно и прочно. Лежачая колонка также тщательно и прочно раскреплялась между вертикальной колонкой и грудью забоя.

Электросверло устанавливалось на лежачей колонке для того, чтобы имелась возможность его перемещения во время бурения по ней под действием осевого усилия и сдерживания

Рис. 4.

¿1 ЫЛ.Ы4.

Рис. 5.

динамометром, по которому определялось осевое усилие в килограммах.

Для того, чтобы хомуты (ползуны) со сверлом легко перемещались по лежачей колонке и их не заедало—трубы колонки обильно смазывались солидолом.

Усилие подачи, развиваемое при бурении, измерялось пружинным динамометром завода „ВУТРИЗ" (Харьков) силой до 1250 кг. Динамометр * одним своим крючком укреплялся при помощи канатной петли к переднему концу (где винт) лежачей колонки, а. другим—к сверлу. Таким образом, когда сверло при бурении, под действием усилия подачи, стремилось переместиться по лежачей колонке назад, то оно натягивало динамометр и последний показывал развиваемое усилие.

Отсчеты по динамометру брались через каждые пробуренные 10 см шпура и записывались в журнал наблюдений. При обработке эти показатели корректировались на силу тяги, которую нужно развить при бурении для перемещения самого сверла на трубах лежачей колонки. Поправка эта принималась различной, в зависимости от угла установки. Определялась она следующим образом.

Небольшой кусок тросса прикреплялся одним концом к сверлу, перекидывался через блок, укрепленный к траверзе вертикальной колонки, а на другой конец его навешивались гири до момента подвижки сверла с постоянной скоростью. Гири и показывали силу тяги для перемещения самого сверла в холостом состоянии.

Так было проделано при следующих углах наклона сверла (лежачей колонки) :0°, 15° вниз, 25° вниз и 15° вверх. При 25° вверх сверло двигалось по колонке собственным весом и тяга была определена непосредственно динамометром.

Наблюдения проделывались по несколько раз, а затем брались средние результаты по каждому положению сверла.

Таким способом была установлена следующая тяга на перемещение самого сверла в холостом состоянии по лежачей колонке (табл. 2).

Таблица 2

Для положения 25° вверх . , „ 15° вверх .

0° (гориз.) „ , 15° вниз » , 25° вниз . .

= — 20 = +1,0 = + 31 = + 58 = + 74

кгр

Полученная положительная сила тяги увеличивалась на 20% *) и к отсчетам по динамометру прибавлялась, а отрицательная после увеличения на 20%—отнималась.

!) При загрузке сверла (при бурении) сила трения между хомутами (ползунами) и лежачей колонкой возрастает, примерно, на 20% по сравнению с той силой трения, когда сверло не нагружено.

Как показала работа, снятие отсчетов через каждые 10 см шпура вполне возможно было делать и этот интервал был достаточен для характеристики работы на протяжении бурения шпура. Конечно, во время бурения стрелка динамометра не всегда стояла спокойно, а иногда колебалась. В этом случае фиксировались показания соответствующие среднему или более характерному значению на протяжении бурения десяти "сантиметров шпура. Динамометр периодически тарировался. Самопишущего динамометра в нашем распоряжении не было.

Потребляемая сила тока учитывалась амперметром, а вольтаж в подводимой сети фиксировался вольтметром, показания которых снимались также через каждые пробуренные 10 см шпура. Стрелка вольтметра обычно мало колебалась. Стрелка же амперметра не всегда стояла спокойно. В этом случае ее показания брались соответствующие среднему или более характерному значению на протяжении бурения десяти сантиметров шпура, т. е. поступали так же, как при снятии показаний с динамометра. Приборы периодически тарировались. Самопишущих приборов не было.

Показания с приборов снимались также и при холостом ходе сверла. Электрическая схема установки, с указанием подключения приборов, показана на фиг. 6.

По полученным показателям (амперажу и вольтажу) и при помощи характеристических кривых (фиг. 7 и 8) определялась для каждого замера полезная мощность на шпинделе, расходуемая на собственно бурение (резание породы и сопротивление бура от трения4 о стенки шпура и от буровой муки).

Характеристические кривые были составлены для всех имевших место напряжений на основе круговых диаграмм, снятых с мотора без отключения редуктора сверла. На сверле работало два человека. Один смотрел за его работой, следил за метками на буре через каждые 10 см, подавал сигнал о снятии показаний с амперметра и вольтметра и сам снимал показания динамометра. Другой—следил за амперметром и вольтметром и снимал их показания. Он же записывал в записную книжку результаты показаний всех трех приборов. По окончании смены материал заносился в журнал наблюдений.

Обработка полученных данных не задерживалась, в случае обнаружения брака шпур перебуривался.

Температура мотора систематически не замерялась, кожух его почти не нагревался, так как режим работы не был напряженным, были частые интервалы остановки мотора, способство- л вавшие его охлаждению.

Буры применялись из сплошной витой стали ромбического £ сечения (б фиг. 9 и 10). Диаметр буров 30 мм, а шаг винтовой канавки к 115 —120 мм* Угол подъема винтовой канавки т составляет 42°, а угол наклона ш ее —48°. В комплекте было три бура разной длины: первый бур 0,60 и второй—1,40 м< а тре-

г

тий—длиною 2,00 м. Для получения бесперебойной работы имелось два рабочих комплекта буров. В целях сравнения работы витых буров ромбического и прямоугольного (а) сечения (фиг. 9 и 10) мы имели комплект буров и этого профиля. Буры прямоугольного сечения (а на фиг. 9 и 10) имели диаметр 30 мм, шаг винтовой канавки (Ь на фиг, -9) 50—52 мм. Угол подъема винтовой канавки т 27, а угол наклона ш ее 63°.

Для сравнения работы буров разного диаметра, был приобретен комплект буров ромбического сечения, но диаметром 35 мм (Ь фиг. 9) и с шагом винтовой канавки 80—85 мм. Здесь угол х равняется 35°, а угол ш—55°.

В целях укрепления буров в патроне шпинделя, к ним приваривались соответствующие хвостовики, которые имели с одной стороны вырез, в который входила чека, закрепляющая бур в патроне. На другой конец бура приваривалась головка с внутренним углублением для установки резца. Резец укреплялся в гнезде головки бура шпилькой.

Резцы при исследовании применялись армированные победитом марки РЭ—8. Преимущественно бурили резцами № 2 (фиг. 11) и немного резцами № 3 (фиг. 12). Разницы в осевых усилиях и расходуемой мощности при бурении этими резцами в производственных условиях не было обнаружено, да это и понятно, так как геометрия у них почти одинакова.

Геометрия резца № 2 представлена на фиг. 14, а резца №3— на фиг. 15. Величины углов указаны в таблице 3. На данном этапе работы мы не изменяли величины углов, пользовались резцами чв том виде, в каком они получались с завода.

Таблица 3

аз с

В

СП 4» О.

в ^

X ^

Э 14 О-2

В 8

2 §

05 К аз

сз со <и о.

ч

о

22

СР О

н

ТО

п

ч о

и

(V

I

X

си Си

О и

>> С?

«г к х *

В 2 О

сз Си СО Ж

К 5Й 3»

О)

о

и

СЗ

а

с: О

и

>>

и се

а-

О

и >> ^

5 « 5

<2 <0 ГО о

и

СО

си *

ст О

«в Г—

со

Ч 5

2 *

и <и

О

«г о в

о

«

О

\о

ч о

£-1 го

>1«

зВ Я Я «

г 2 О

се Си СО ж

г н о О Я

и

>>

а о

ъс

в* о

и

>>

<0

I *

О

о, г

• «с ..

«8 гн

В 9-

т а »

9 о

и се О,

О)

в

ее

В ©1 „ 9-09

г гг

> <и >> о

В

«

со «3 X се в

се 2Е 0>

г0

О В

ч о

и

>>

в ы са се

И ~

се г4

» 3

ее Э в в

о г § о-

3 и я ч

_ <о § н

>а Я

2 144е 90° 67е 23е 90° 21° 69° Т 8 е 18а 41° • 48° 42°

3 150е 90° 66е 24° 90° 24° 66° 8° 7° 15е- 45° 40° 50°

Режимы бурения.

Из таблицы (1) подбора шестерен видно, что сверло обладает большим диапазоном подбора скоростей подачи резания (числа оборотов бура).

У нас имелись сменные шестерни для различных скоростей резания и подачи. Опытным путем, путем постепенного иссле-

дования, было установлено, что на данных породах при данном резце и бурах возможно изучить скорость подачи 180, 210, 260 и 400 мм в минуту при числах оборотов бура 193, 237, 286 и 429 в минуту. Следовательно, оказалось возможным подача на один оборот, примерно, один мм.

Делались попытки испробовать подачу на один оборот в размере двух мм (380 мм на 193 оборота), но они оканчивались неудачей—ломались буры.

В горном сверлении (бурении) до сих пор только фигурирует понятие о скорости подачи в единицу времени, обычно в минуту, но этого недостаточно, необходимо нам, горнякам, ввести понятие о скорости подачи на один оборот бура, как это давно принято в металлообработке. Это понятие хорошо увязывает скорость додачи со скоростью резания и легче ориентироваться в установлении более правильного режима бурения.

Помимо скорости подачи в минуту и на один оборот бура, необходимо знать скорость резания породы лезвиями резца. Резец име^ет: два лезвия. Оба они работают в одинаковых условиях.

Скорость резания по длине их режущих кромок будет разная, она будет увеличиваться с увеличением расстояния любых точек на режущей кромке от оси (центра) резца. Наибольшая скорость резания будет на наружном конце режущей кромки и она будет равняться нулю на геометрической оси резца.

Максимальная скорость резания на наружном конце режущей кромки будет:

2* Rn Vp =-мм сек.

Р 60

где R— радиус резца по лезвию в мм; п — число оборотов резца в минуту.

Радиус резца № 2 по лезвию составляет 20,5 мм, при числе оборотов резца л=193в минуту, скорость резания на наружном конце его режущей кромки составит:

т/ 2тг Rn 2.3,14.20,5.193 .1,0 /

Vp =-=---!-= 414,2 мм сек,

60 60

Если подсчитаем для разных оборотов резца скорость резания на различных точках на кромке лезвия с интервалами между ними в один миллиметр, то получим в осях координат прямые линии, характеризующие скорости резания на кромке лезвия резца (фиг. 16) при различных режимах работы.

Цифровые данные этих скоростей приведены втаблице № 4.

Бурение шпуров велось только острыми резцами. Как только начинали замечать хотя бы малейший намек на затупление резца—он менялся., В том случае, когда велось наблюдение над влиянием износа резца на мощность и осевое усилие, разви-

ч

WCC

SCO

600

ьсо

£

гсо

мС. 16.

«t *

г S

13

0> ^

t i Kj

4»

G£

0.7 O.Ó

os

OtJ Oj¿ 0,f

ч\ V 1 '

\

Л V t>¿Yf< Г 'V

, и. r. s 1 * N V ^

í

i i i Ca г

! J

J

Ç'srv/b/1*

j^M Г1ОМЛ0Н ** ЛА* o£ » i

Таблица 4.

се

о.

>>

о

со о н о о. о о о

о

«8 :

;

пп ,

о.

о

ХО О

X а; К =5

са и

33 Ч

та ^

аг ^

I"

С о

193 237 286 429

0,93 0,89 0,91 0,93

О

X *

>, Си в!

2 к

3 а

м со <и X ч

2 з

2 I

ез «в

сч о

V Си О. ^

О л

414,1

508.4 615,0

922.5

Радиусы по точкам на лезвии резца в мм (/?)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Скорость резания на лезвии резца в мм в секунду

20,2 40,4 60,6 80,8 101,0 121,2 141,4 161,6 181,8 202,0 222,2

24,8 49,6 74,4 99,2 124,0 148,8 173,6! 198,4 223,2 248,0 272,8

30,0 60,0 90,0 120,0 150,0 180,0 210,0 240,0 270,0 300,0 330,0

45,0 90,0 135,0 180,0 225,0 270,0 315,0 360,0| 405,0 1 1 450,0 495,0

Скорость подачи бура мм в мин. Число оборотов бура в мин. Подача на один обор, бура мм в мин. Скор, резанич на наружном конце кромки лезвия Радиусы по точкам на лезвии резца в мм (/?)

12 13 14 : 15 16 17 18 19 20 20,5

Скорость резания на лезвии резца в мм в секунду (Ур)

180 210 260 400 193 237 286 429 0,93 0,89 0,91 0,93 414,1 508.4 615,0 922.5 242,4 297,6 360,0 540,0 262,6 322,4 390,0 585,0 282,8 347,2 420,0 630,0 303,0 372,0 450,0 675,0 323,2 396,8 480,0 720,0 343,4 421,6 510,0 765,0 363,6 446,4 540,0 810,0 383,8 404,0 471,2 496,0 570,0 600,0 855,0 900,0 414,1 508.4 615,0 922.5

ваемые при бурении, резцы заранее затуплялись на карборундовом круге „экстра" или велось тщательное наблюдение и замер над затуплением резца, когда он испытывался на стойкость.

¥

§ 4. Коэфициент разрыхления буровой муки.

Установление этого коэфициента необходимо для того, чтобы знать объем буровой муки, получающейся при бурении той или иной породы. Нами коэфициент разрыхления определен для песчаника и сланца.

В процессе бурения собиралась тщательно вся буровая мука, также тщательно очищался шпур после каждого бура и вся мука полученная из одного шпура ссыпалась в железную банку при легком встряхивании. Чтобы тщательно собрать всю буровую муку, под устье шпура клался брезент, а на него—

газета; пыль собиралась на газете, затем аккуратно пересыпалась в железную банку. Точно определялся объем муки в банке и объем выбуренного шпура.

Коэфициент разрыхления определялся, как частное от деления объема буровой муки на объем шпура.

Яш

где \К—коэфициент разрыхления буровой муки;

Ям— полный объем буровой муки, получаемой из шпура (кб. см);

Яш—объем шпура (кб. см). В свою очередь объем шпура определится по формуле:

Ъ(Р I

Яш — ——, 4

где й — диаметр шпура в см;

I — длина (глубина) шпура в см. Диаметр шпура определится:

4 Л — ^.И см;

где

D — диаметр резца в см;

а = 1,05-^-1,10 коэфициент расширения шпура.

Всего было проделано десять наблюдений, из них восемь наблюдений по песчанику и два—по сланцу. ^ Полученные данные приводятся в таблице 5.

Таблица 5.

№№ п. п. • Порода Коэфициент разрыхления

1 Песчаник........ . 1,62

2 1,83

3 1,77

4 1,75

5 1,80

6 1,76

7 1,70

8 1,78

1 2 Средний ......... Глинистый сланец ..... » > ..... 1,75 2,16 * 2,18

Средний.........I 2,17

Полученные результаты по отдельным наблюдениям дают небольшое отклонение, это показывает на постоянство этого коэфициента для данной породы и при определенной подаче на один оборот бура (здесь 0,89-^-0,93 лш/об).

Как видно, сланец дал более высокий коэфициент разрыхления. Его буровая мука отличалась пышностью по сравнению с мукой песчаника. Вероятно коэфициент разрыхления несколько изменится, если изменить скорость подачи на один оборот бура, то-есть увеличить толщину стружки, но этого нам сделать не удалось, так как буры и колонка не выдерживали большей подачи.

§ 5. Коэфициент самоудаления буровой муки.

Коэфициентом самоудаления буровой муки мы называем отношение объема муки высверленной (самотечной) из шпура в процессе самого бурения ко всему объему муки, получаемой из шпура.

Для определения коэфициента самоудаления собиралась на брезент и газету вся мука, высыпающаяся из шпура в процессе самого бурения, затем она ссыпалась в железную банку и определялся ее объем. Полный объем муки, получаемой из шпура, определялся путем фактического замера всей муки. Затем объем самотечной муки делился на объем всей муки, полученной из шпура.

С = -£-

Ям

где

С — коэфициент самоудаления буровой муки в процессе самого бурения;

qc — объем муки, высверленной (самотечкой) из шпура в процессе самого бурения (кб. см);

дм — полный объем муки, получаемой из шпура {кб. см).

Этот коэфициент нами введен и определен для того, чтобы судить отчего зависит (от каких факторов) и в какой степени самоудаление муки, которое, как увидим ниже, значительно влияет на мощность, росходуемую на преодоление сопротивления бура о буровую муку.

При определении коэфициента самоудадЪшя было выявлено как влияет качество буримой породы, форма и диаметр бура, угол наклона шпуров, а также режим сверления на самоудаление буровой муки в процессе самого сверления.

Всего было проделано сорок наблюдений, из них половина по песчанику и половина по сланцу.

На обоих породах были опробованы скорости подачи: 180 мм, 210 мм у 260 мм и 400 мм в минуту и соответственно числа оборотов: 193, 237, 286, 429 в минуту.

Все шпуры бурились бурами ромбического сечения и диа-

J_I

GH akSSOHG ÍÁJ

Рис. 18.

O9*opr*. /S* tua*

Уаол наклона lu nyp&S

Рис. 19.

метром 30 мм. Для изучения влияния сечения бура и его диаметра на самоудаление муки бурились также шпуры бурами из витой стали прямоугольного сечения и ромбического сечения, но диаметром 35мм; но эти результаты будут даны в соответствующих параграфах, посвященных этим бурам.

Полученные данные по песчанику представлены в табл. 6, по глинистому сланцу в табл. 7, а сравнение данных по песчанику и сланцу представлено в табл. 8.

Указанный цифровой материал представлен в графическом изображении на фиг. 17,18 и 19.

Из полученных материалов можно сделать следующие выводы:

1) Коэфициент самоудаления буровой муки уменьшается по мере уменьшения угла подъема шпуров и по мере увеличения угла наклона шпуров.

Эта закономерность ясно выражена как для песчаника, так и для сланца, причем, для любого режима бурения.

Как видно из фигуры 19 коэфициент самоудаления уменьшается почти по закону прямой линии.

Из табл. 6 видно, что по песчанику средний для всех оборотов бура коэфициент самоудаления муки поднимается с 0,232 (100%) в шпурах наклонных под 25° вниз до 0,815 (351%) для шпуров с подъемом в 25° или в 3,5 раза больше, что дает прирост в 250% или по 5% на каждый градус наклона шпура, так как интервал между самым нижним шпуром (25° вниз) и самым верхним шпуром (25° вверх) составляет 50°.

Ориентировочный средний коэфициент самоудаления муки при изученных режимах по песчанику для любого угла наклона шпура (в пределах-}-25° (вверх) и—25° (вниз) можно определить, если знать этот коэфициент для одного какого-либо наклона шпура, по следующей формуле:

С =СЙ +(0,0116 . а0),

где

С—искомый коэфициент самоудаления муки;

Си — известный коэфициент самоудаления муки для какого либо угла наклона шпура;

а0—интервал в градусах между наклоном шпура, для которого коэфициент самоудаления известен и наклоном шпура для которого коэфициент отыскивается.

Пример.

Коэфициент самоудаления муки для шпура по песчанику с наклоном 15° вниз составляет 0,342 (табл. 6).

Для шпура с наклоном 15° вверх этот коэфициент составит:

С=си + (0,0116 . а°) = 0,342 +(0,0116 . 30) = 0,690,

что вполне совпадает с данными таблицы 6.

Таблица 6 (по песчанику)

х н m s к* 33 Число оборотов бура У г л ы наклона ш п у ров

в 58 с CQ «А £ О ^ О. СЗ (Jo и • S £ со ■ о а н о « О S и щ £ э Показатели 25е вверх 15° вверх 0° дорм. 15е вниз 25е вниз

коэфиц. самоуд. % соотношения коэф. самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. % соотношения коэфиц. 1 самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. И соотношения

180 193 100 Коэф. самоуд. % соот. 0,749 156,0 100,0 0,582 121,5 100,0 0,479 100,0 100,0 0,300 62,6 100,0 0,210 43,9 100,0

210 237 123 Коэф. 0,814 109,0 0,616 106,0 0,537 112,3 0,380 126,6 0,258 123,0

< 260 % соот. 151,5 11.5,0 100,0 70,9 48,1

286 148 Коэф. % соот. 0,820 139,0 109,5 0,760 128,8 130,5 0,590 100,0 123,2 0,300 51,0 100,0 0,200 33,9 95,3

400 429 / 222 Коэф. % соот. 0,880 136,5 117,5 0,800 124,0 137,5 0,645 100,0 134,8 0,388 60,0 129,0 0,260 40,3 123,8

Средн. коэф. самоудаления Средн. % % соотношение j 0,815 144,8 100,0 351,0 0,690 122,5 84,7 297,5 0,563 100,0 69,2 243,3 0,342 60,7 42,0 147,5 0,232 41,2 28,5 100,0

ГУ •о

гв За

Ш

^

Л О

о

н §

Е

л

ГС

к о

П

"О

2 X

ж О

<0 ♦в*

О 0>

X

&

аз

О

X

СО »-* О СО СОО^

ОССЛ

О Сл N3

СО

О 00 кэ ч^оо

ч ч <•

О Сл О

сл 00

ю

СЛ о Сл О

V. V.

© 4* О

4*. 00 СЛ

со сл --д О О*

СЛ 00 Сл

со о

ОЮОЗ ОСОС0

о ю ю

СО

о

о о кэ о о КО >—* о

ф* ю СО ю N9 СО

Н-* оо »о о О О

нхооэ % Коэфиц. % соотн. Коэфиц. Уо соотн. Коэфиц. самоуд.

м

СО ю

00 о о о Сл о

СО -а о о о о>

о со кэ

Сп о о

со

Сл

о сл

о о

ю Со >—* о

о о СО о

сл о Сл а> сл

ю со

о о 00

о

о 00

Сл

о о

1—* 8 о о о о О о о

О сл о о ё о СО СЛ

о со

со о

о о

00 о сл О

Сл О о сп со II 4ь О

О я 1

СЛ о

£ о

ю

ю о.

со _ о

оо

о

I I

N3

со

Сл

Скорость подачи бура мм в минуту

^ мин.

% соотношения

45 X

п.

^но

ТЗ о л

в» ю °

ш о о

п Ж £ о

О &

а

Ь я

X о £

Е п

л О

X о

н

а •

п л

& о

2 оз

О •в*

<< X

■ р

X о £

Е О

<ъ о

X о

X н

а

о ж

о

О X X

§ *

Б О

2 о

ш о

5 Н

» 1

й ** о

2Е ш

о «е*

к

* я

§ £

Е о (Ъ о » о

я н

о

№ о

£ ш

о

^ а

§ Ж | §

I з «в «.

Сл

ю

оз <т> 43

Сл

<<

ь

2

№ я ь о .X со

Е

а «<

•о о

09

•н № 01 8ч я

я

X

о

X X X

о

3

г

о й» в) Я

А *<

Vi

Ci

Таблица 8.

sr S3 те я * а CQ О >> н н О >Ъ У г л ы н а к л о н а ш п у ров

о К СО • í 3 а * а. х О X Л м Порода 25° вверх- 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

о О. (Q о Си я >> U о О ga П4 о коэфиц. самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. % соотношения коэфиц. самоуд. И соотношения

210 237 1 Сланец . . | Песчан. . . 0,620 0,814 100,0 131,0 0,543 0,616 100,0 113,5 0,495 0,537 100,0 108,3 — — — —

У песчаника лучше на . ..... 31, ои 13,54 — 8,3% — _ __ 1 _

Или в среднем на ... . ..... — — 17,6% — — — - — —

260 . 286 1 Сланец . . | Песчан. . . 0,630 0,820 100,0 130,0 0,590 0,760 100,0 128,5 0,450 0,590 1С0,0 131,0 0,340 0,300 100,0 88,3 0,170 0,200 100,0 117,5

У песчаника лучше на . . . . . . | 30,0% — 28,5% — 31,0% - —. — 17,5

i 26,7% — — - — _

400 428 1 Сланец . . I Песчан. , • 0,705 0,880 100,0 124,0 0,620 0,800 100,0 129,0 0,510 0,645 100,0 126,5 0,400 0,388 100,0 97,0 0,210 0,260 100,0 124,0

У песчаника лучше на . . 24,8« | — 29,0% | — 26,5% ¡ — - 1 24,0%

— — 26,1% - ! - — -

Среднее % % соот нош. коэф. по всем скоростям Сланец . . Песчан. . . 100,0 126,8 100,0 123,7 100,0 121,9 100,0 120,8

Среднее соотношение по всем углам наклона шпуров для сланца и песчаника 100 и 123,3%.

Также имеется соотношение для средних коэфициентов самоудаления и для сланца. Из таблицы 7 следует, что для самых нижних шпуров (25° вниз) коэфициент составляет 0,190 (100%), а для самых верхних (25° вверх)—0,652 (343%), или в 3,43 раза больше, что дает прирост в 243% или 4,86% на один градус наклона шпура.

2) Коэфициент самоудаления буровой муки несколько возрастает по мере увеличения числа о б о р о т о в б у р а.

Эта закономерность выражена почти для всех наклонов шпура и для обоих пород—песчаника и сланца, что видно из таблиц 6 и 7 и на фигурах 17 и 18.

3) Коэфициент самоудаления буровой муки при бурении песчаника выше чем при бурении глинистого сланца, что видно из табл. 8 и на фиг. 19.

Средний коэфициент (по всем скоростям) самоудаления по песчанику выше такового по сланцу на 20,8а/о-^26,8%, а в среднем на 23,3% (табл. 8).

Что же касается угла наклона, то эта разница несколько больше при шпурах, направленных вверх и уменьшается с наклоном шпуров вниз, что видно на фиг. 19.

Влияние диаметра буров и профиля их сечения на коэфициент самоудаления буровой муки будет рассмотрено ниже, ш соответствующих параграфах.

§ 6. Крупность буровой муки.

Резец бура при вращении и внедрении (подачи) снимает стружку. Толщина стружки, как известно, зависит от подачи на один оборот резца. Крупность муки зависит как от толщины стружки, так и от твердости, хрупкости и строения породы.

Мука при бурении устья шпура получается крупнее, а с углублением шпура измельчается трением бура и зерен друг от друга. Поэтому крупность снимаемой резцом стружки характеризуется крупностью буровой муки, полученной при бурении только устья шпура, а не из его дна (глубины).

Сравнивая крупность буровой муки из устья и дна шпуров можно узнать степень измельчения ее за счет истирания. Набор проб брался из самотечной муки на брезент и бумагу, затем ссыпался в стеклянную банку и подвергался ситовому анализу в химлаборатории треста Анжеро-уголь. Мука по крупности рассортировывалась на пять классов: 1) выше 2 мм; 2) от 1,5 до 2 мм, 3) от 1 до 1,5 им, 4) от 0,25 до 1,0 мм и 5) ниже 0,25 мм.

Чтобы выявить влияние твердости породы и режима бурения на крупность муки—пробы были взяты как по песчанику, так и по сланцу и для разных чисел оборотов резца, но при бурении только горизонтальных шпуров. Полученные результаты представлены в табл. 9 (по песчанику), 10 (по слан-

X К/ ае^а • 1Г. . |СР/ п ^ О-стз о о. * >; ил? (9 Я Крупность буровой муки в % %

Число обор, бура в мин. Подача бург один оборот в мм Где взята проба муки 0> З5* и см От 1,5 до 2 мм От 1 до 1,5 мм От 0,25 до 1 мм Ниже 0,25 мм о и, О н 5! .

180 193 0,93 » Устье шпура . . / 6,8 10,8 14,8 12,4 55,2 100,0 -

• » » Дно . . . 6,0 8,4 12,4 12,0 61,2 100,0

210 237 0,89 Устье , 8,8 10,0 13,6 112,0 55,6 100,0

» » п Дно „ . . 1,2 3,2 7,6 10,4 77,6 100,0 л

260 286 0,91 Устье , . - 9,7 9,4 16,3 8,4 56,2 100,0

• п » » Дно , . . 3,6 6,0 7,2 12,4 70,8 100,0

400 429 0,93 Устье . . . 10,1 9,8 13,6 8,6 57,9 100,0

Средние значения к Устье в . . Дно „ . . 8,8 3,6 10,0 5,9 14,6 9,1 10,3 11,6 56,3 69,8 100,0 100,0 • -

со 00 СО СЛ V 32,4 1 26,8 32,4 12,0 35.4 16,8 33.5

I I 100,0 100,0 1 ! 109,0 , ■ 103,5

1 1 ■ 1 100,0 -Г" 45,0 62,7 1 -

1 1 100,0 1 ! 100,0 100,0 100,0 100,0 !

1 1 ! 55,4 1 1 ! ! 1 82,8 1 37,0 ! 47,5 1

66,6 81,5 О) 00 О) 00 <л ^ о^ ОЭ СО 00 СО СЛ N3 05 О 05 Ю Ъ>

1 1 100,0 100,0 95,5 98,5

1 1 п 4 ю О 1 1 Я 1 я I о> о о

1 § . ь ! • ! 1 100,0 100,0 100,0 100,0

122,2 * 108,0 130 128,5

Итого крупных сортов (от 1 мм и выше)

Устье

Дно

ю -о

Я «

Я 6С

• И

Устье

Дно

8§

"к-

а а

£

Итого мелких сортов (ниже 1 мм)

Устье

Дно

Устье

Дно

я

о»

о *2

§8 3 *

• X

П о О

о о

•ЗЙ

о о « Е

»у

К 52 5 а Ш РЙ Крупность буровой муки в % %

Скор, подач бура мм в Число обор, бура в мин. Подача бур; один оборо! в мм Где взята проба муки Свыше 2 мм От 1,5 до 2 мм \ ~ а? Н 1С О-Г ! От 0,25 до 1 мм \ ._ _. . .. 1 Ниже 0,25 мм о Ьм О Н"

180 193 0,93 Устье шпура . . 20,0 18,0 19,2 15,2 27,6 100,0

!9 99 Дно , . . 26,0 11,5 7,5 14,5 40,5 100,0

210 237 0,89 Устье . . 13,0 14,0 19,5 18,5 35,0 100,(1

• » Дно „ . . 10,8 15,6 19,6 17,6 36.4 100,0

400 429 0,93 Устье „ . . 8,0 9,0 19,5 16,5 47,0 100,0

■ » я » Дно ш . . 5,5 6,0 13,5 9,0 66,0 7 100,0

Устье „ . . 13,7 13,7 19,4 16,7 36,5 100,0

Средние значения

■Г Дно 14,1 11,0 13,5 13,7 47,7 100,0

Таблица 10 (по глинистому сланцу)

2 * Кн С

а о гс

л »

£ Б.

£ о о

Распред. их в % соотн.

о л и

и >>

о в

Соотнош. крупн. сортов в И И

Устье о к с*

100,0

— 78,8

100,0 98,8

100,0 —

1 68,6

X Я * <и *

Ч

<и Ш

г

о и 2 ^

и н Я«*

к о и «н

Распред. их в % соотн.

0>

л ь и >1

о к

Соотнош. мелких сортов в И >6

V

л н и

>1

о а

57,2 45,0 46,5 46,0 36,5 25,0

100,0

81,3

63,8

100,0

102,3

55,6

42,8 55,0 53,5 54,0 63,5 75,5

100,0

125,0

148,3

100,0

98,3

136,0

100,0

100,0

100,0

128,5

101,0

118,2

46,7 38,7

100,0

83,0

53,3 61,3

100,0

115,0

i 1 i

( и

l i / 7

1 i / // t

1 if

y : m ... ЯЙМ 1 t

- ■ — — -t- - ——— —_ \ i

>¿

¿s-г

t~ttS o¿S~t <Qt¿S

ft'pynhocnnt ê

Рис, 20.

50 40 30

л 30 « •

IQ

> —r < } y

1 k 1 /

1 1 / » /

9 C-* f «h 1 •

fro ■M. tm m мм ** r

/л» -à' i

>г

/.s-г

/-/tr * qas't Г <o.¿s

Mрупкость nyfru S w*

Рис. 21.

is-г

И¿»y л M* с m* </ S лл

Рис. 22.

sa

40 30

/0

><2

/-{S

rt/Эy r>MQ С fT) A ff<yAu él

1 1 У

—h-1 /

1 h

—H 1 / / -f-

-H i //

TJ> -T7

С V< ----J 1 —Л—.

qjs-i ( <o.es

цу) и в табл, 11 среднее сравнение по песчанику и сланцу для всех скоростей.

' Таблица 11

Si

Где Крупность буровой муки в % % 3 ^ 33 гН

о с Ь»^ Ul 5Й D

Порода взята проба муки <D 1 * & * Ucs От 1,5 до 2 мм От 1 до 1,5 мм От 0,25 д 1 мм 55 4 4 5 ю к OJ Т" —Г О и, О е-« S 0.0 ^ Si w OJ о g a t- 2 з gan s 8 S 2 ss 2 1 О

Песчаник . Устье . . % % соот. 8,8 100,0 10,0 100,0 14,6 100,0 10,3 100,0 56,3 100,0 100,0 33,4 100,0 56,6 100,0

Сланец . . Устье . , %% соот. 13,7 156,0 13,7 137,0 19,4 133,0 16,7 162,0 36,5 65,0 100,0 46,7 140,0 53,3 80,0

Песчаник . Дно . . . %% соот. 3,6 100,0 5,9 100,0 9,1 100,0 11,6 100,0 69,8 100,0 100,0 18,5' 100,0^ 81,5 100,0

Сланец . . Дно ... % % соот. 14,1 392,0 11,0 186,5 13,5 148,3 13,7 118,0 47,7 68,4 « 100,0 38,7j 209,0( i 61.3 75.4

Указанный цифровой материал представлен в графическом изображении на фиг. 20, 21, 22 и 23.

Из полученных данных можно сделать следующие выводы.

1) При бурении сланца, как правило, получается более крупная буровая мука, чем при бурении песчаника, что видно из таблиц 9, 10, 11 и на фиг. 22 и 23.

Крупных сортов (от 1 мм и выше) в среднем, для принятых чисел оборотов, получилось 46,7% на сланце и 33,4% на песчанике или на сланце более на 40%.

Это, очевидно, получается благодаря меньшей твердости сланца по сравнению с песчаником. Сланец более мягкий и хрупкий чем песчаник, поэтому стружка его откалывается более крупной, чем у песчаника. Более мелкая мука песчаника показывает, что при снятии его стружки больше имеет место от-дирание и меньше—скалывание, а это, в свою очередь, увеличивает расход мощности на резание. Здесь полная аналогия с зарубным штыбом из под врубовой машины, где при зарубке более мягкого или чистого или хрупкого угля, штыб получается более крупным, чем при зарубке более крепких, землистых и вязких углей.

2) Буровая мука, получаемая при бурении устья шпура, как правило, крупнее муки, получаемой в конце бурения шпура, из его дна (фиг. 20 и 21).

Из таблиц 9, 10 и 11 следует, что крупных сортов муки по песчанику в дне шпура (в среднем, по всем скоростям) получается 18,5%, а в устье 34,4% или более на 80%, а посланцу— 38,7 и 46,7% соответственно или увеличение составит 20%.

Последнее соотношение показывает, что мука песчаника подвергается истиранию больше, чем* мука сланца. Этому, очевидно, способствует больший коэфициент трения, которым обладает мука песчаника, по сравнению с мукой сланца *).

3) С увеличением числа оборотов бура, крупность буровой муки, получаемой из конца шпура, несколько уменьшается.

На глинистом сланце при 193 оборотах бура в минуту крупных сортов муки (от одного мм) получилось 45%, а при 429 оборатах—только 25% или абсолютное уменьшение на 20%.

Так как число оборотов бура возросло на 122% (с 193 до 429 об\мин.), то на один процент увеличения оборотов бура крупных сортов муки уменьшается на 20:122 — 0,164%.

На песчанике крупных сортов муки получилось 26,8% при 193 об ¡мин и 16,8% при 286 об\мин. или абсолютное уменьшение на 10%, то один процент увеличения оборотов бура даст уменьшение крупности муки на

10 :48 = 0,21%. § 7. Коэфициенты трения буровой муки.

Буровая мука, перемещаясь по винтовой канавке бура, развивает определенную силу трения, которую приходится преодолевать, чтобы муку выталкивать из шпура. Эта сила трения, как известно, зависит от коэфициента трения между мукой и буровой сталью, с одной стороны, и между мукой и стенками шпура—с другой. Так как стенки шпура всегда покрыты слоем буровой муки, то в последнем случае мы имеем коэфициент трения муки о муку.

Для определения коэфициента трения покоя и движения муки о сталь и угла естественного откоса (муки о муку) нами была проделана экспериментальная работа.

На стальную пластинку (фиг. 24) насыпалась кучка буровой муки и верхняя кромка пластинки постепенно поднималась (нижняя неподвижно опиралась на стол) вверх до тех пор, пока мука не начинала равномерно скользить по пластинке вниз. В этот момент поднятие пластины прекращалось, замерялись (в мм) высота поднятия пластины (Н) и катет Ь. Известно, что коэфициент трения покоя есть тангенс угла трения покоя. поэтому

/ , И fn = tgc^n = —

Коэфициент трения движения определялся таким же способом, но, в процессе непрерывного насыпания муки на пластину, последняя опускалась (фиг. 25) до тех пор, пока мука не прек-

г) Больший процент перехода муки песчаника в мелкий класс очевидно зависит также и оттого, что мука эта вообще мельче сланцевой и при дроблении «на быстрее переходит в более низкий класс крупности.

ращала скатывания вниз. В этот момент опускание пластины прекращалось и замерялись Нг и Коэфициент трения движения определялся по формуле:

/дв ~tga.de

Угол естественного откоса определялся следующим образом (фиг. 26). На стальную пластинку насыпалась постепенно и свободно буровая мука в виде конуса (кучки). Так как было свободное отсыпание такой кучки, то мука располагалась под углом естественного откоса. Угол естественного откоса определялся по фурмуле

_ к _ 2к )отк — Щ^-отк — ^ — ^

Определялись коэфициенты для буровой муки песчаника и сланца. Причем, образцы брались из устья и из забоя (дна) шпуров, пробуриваемых при разной скорости подачи и резания; из всех полученных данных, при этих условиях, брались средние величины для каждой породы.

Коэфициенты трения определялись как для очищенной поверхности пластинки (до блеска), так и не очищенной и натертой буровой мукой. Последний вариант представлял условия близкие к действительным при бурении.

Во всех случаях производилось по два—три измерения на каждое наблюдение и в окончательные результаты фиксировались средние значения. Всего было сделано более ста опытов (измерений).

Полученные средние результаты представлены в таблице 12.

Из приведенного материала можно сделать следующие выводы.

1) Угол естественного откоса песчаниковой буровой муки выше, чем у сланцевой.

Средний угол естественного откоса у сланцевой муки 42-°07\ а у песчаниковой—44° или на 5% выше. Это можно объяснить большей шероховатостью поверхности зерен песчаника, чем сланца, и еще тем, что зерна сланца большей частью плоские, в виде пленки, тогда как зерна песчаника более угловатой формы.

2) Коэфициенты трения покоя и движения у песчаниковой муки выше, чем у сланцевой.

Как правило, коэфициенты трения у песчаниковой муки выше, чем у сланцевой на 10—12%. Это явление объясняется вышеуказанными доводами.

3) Коэфици енты трения покоя выше чем коэфициенты трения движения.

Это превышение составляет около 7—8%. Так как это явление подтверждает известные законы механики, то и не требует особых лояснений.

Щ

S ь

fi

У

S* A lf>ÎÎ

,s À /'y

1—' SSS!

;>*r

! • 1 -Î

1 r ;

... .

< 1 1

J

i V i

Tt o

! f

О'мррп.

э

S,JT ê» aj

ifio* май-лом* LU t?

Рис. 27.

Таблица 12

Угол естест- Очищенная пластина Неочищенная пластина

венного откоса Коэфиц.

Коэфи-циент Коэфи-циент Коэфи-циент

Объект испытания О) трения % Коэф. % % %

Яотк Отношени в %% муки о муку трения движ. соотношение трения покоя ^ соотношение трения движен. Ьв. соотношение трения покоя Ь соотношение

Гл. сланец (мука) . . 42°07' 0,905 0,578 0,624 0,657 0,704

% соотн. 1 ДВ. И и . 100 108 100 107

Сланец приням. за . 100 100 100 100 100

Песчаник (мука) . . 44*0' 0,967 0,617 0,688 0,735 0,791'

% СООТН. { ДВ. И ¡п . 100 111,5 100 108

И соотношен. песч. К сланцу ..... 107 106,5 110 112 112,3

4) Коэфициенты трения для не очищенной пластинки выше, чем для очищенной.

Это превышение составляет 7—10%, оно вполне естественно и не требует пояснений.

§ 8. Влияние буровой муки и стенок шпура на мощность»

развиваемую при бурении.

Наличие буровой муки в шпуре несомненно затрудняет вращение бура. Затем, "благодаря винтовым канавкам, бур стремится вытолкнуть муку из шпура.

Кроме того, бур своими ребрами касается стенки шпура, рассверливает (раззинковывает) их и тем самым тоже вызывает дополнительный расход мощности. Особенно велики эти вредные сопротивления при значительном продольном изгибе бура, то есть при значительной осевой нагрузке.

Следовательно, бур встречает сопротивление в шпуре не только от буровой муки, но и от трения о стенки шпура. В данном случае определялось влияние буровой муки и трения бура о стенки шпура без осевого усилия.

Чтобы определить влияние буровой муки и трения бура о стенки шпура при холостом ходе, были поставлены соответствующие измерения.

Измерения были сделаны как на песчанике, так и на сланце и для различного режима работы и для разного диаметра буров и разного наклона шпуров. Наблюдения проделывались следующим образом.

Как только шпур кончался бурением, сверло останавливалось. Ни в коем случае не допускался ни обратный, ни холостой ход, чтобы не выдать муку из забоя (дна) шпура. Бур из шпура не вытаскивался. Аккуратно бур разъединялся с патроном, сверло несколько отодвигалось по лежачей колонке, снималась передняя крышка его редуктора, снималась со шпинделя гайка подачи (сначала снимали со шпинделя патрон) и снова все собирали и соединяли как для бурения.

Как известно, без гайки нет подачи шпинделя, последний будет только вращаться на месте. В этот момент определяли потребляемую мотором мощность1) из сети, после замеряли потребляемую мощность х) при холостом ходе. Разница этих мощностей дает загрузку сверла со стороны буровой муки и трения бура о стенки шпура. Работа производилась одинаковыми бурами, как по песчанику, так и по сланцу (диаметр буров 30 мм).

Всего было сделано тридцать наблюдений. Полученные результаты представлены в таблицах 13, 14, и 15 и на фигуре 27.

При рассмотрении данных таблицы можно сделать следующие выводы:

*) При помощи замера ампеража, вольтажа и круговой диаграммы.

Таблица 13 (по песчанику).

я н sr «о Ш о 5 о н И О í>> 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

С S 03 ►а ^ о ^ о ^ О* сз о Си * >; О О а,« О s vo S О со о Ч Cd О а. к >, о Мощн. на шпинделе кет % соотношение Мощн. на шпинделе кет % соотношение Мощн. на шпинделе кет % соотношение Мощн. на шпинделе кет % соотношение

180 193 0,576*) 100,0 100,0 0,683*) 100,0 118,5 0,989*) 100,0 171,0 1,167*) 100,0 202,0

210 237 0,434 75,5 100,0 0,561 82,2 129,5 0,574 58,0 132,0 0,917 78,6 211,0

260 286 0,335 58,2 100,0 0,560 82,2 167,0 0,613 62,0 183,0 0,800 68,6 239,0

400 428 0,330 57,3 100,0 0,367**) 53,7 111,0 0,576 58,3 174,5 0,750 64,3 227,5

Средняя . - -% соотношение 0,419 72,7 100,0 0,543 7 79,5 130,0 0,688 69.6 0,909 164,о! 77,8 217,0

Таблица 14 (по сланцу)

? га м 2 >> 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

г> V Н О >,

1 Скорость гп бура мм в минуту о. я ,2 s S 0 м 1 о. 3* хо Мощность на шпинделе КВТ. % % соотношение Мощность ка шпинделе КВТ. % % соотношение Мощность | на шпин- 1 деле кет. | % % соотношение ■fi i • н М У = ® о g м ш 5 дЭщ О ч ^ ев (D < И К % % соотношение

210 260 400 237 286 428 0,098 0,150 0,180 100,0 100,0 153,0 100,0 183,8 0,150 0,180 0,290 100,0 153,0 120,0 120,0 193,5 0,400 0,370 100,0 267,0 92,5 0,520 0,490 100,0 347,0 94,3

Средняя . . . % соотнош. . 0,143 145,8 100,0 0,207 138,0 144,5 0,385 96,3 269,0 0,505 0 97,2 353,0

*) Мощности кажутся завышенными, необходима дополнительная проверка.

**) Мощность кажется заниженной, необходима проверка.

Таблица 15.

Порода 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

«1 х § ей §1 о с £ 3 <и г я а> 3 о и н О о и £ сч ^ Ш N¡3 <и 1 § § < 13 о с 5 а . и я = од а о X 1—1 о о и ^ с* 5 И ? ЕС ^ в* 1« о с § а <У г X О) а о н о о о я ^ к ^ £ и м ^ 5 и 3 з О с £ Э О) к X <и В о м о о о 3?

Глинистый сланец . . . % соотношение .... Песчаник....... И соотношение .... 0,143 0,419 100,0 100,0 293,0 100,0 0,207 0,543 100,0 145,0 262,0 130,0 0,385 0,688 100,0 0,505 269.0 179,0; 0,909 164,0 100,0 353,0 180,0 216,0

1) Расход мощности на преодоление сопротивления буровой муки и трения бура о стенки шпура по песчанику, как правило, выше, чем по сланцу.

Это отчетливо видно из таблицы как для различных углов наклона шпуров, так и для различных чисел оборотов бура. Пока это явление можно, очевидно, объяснить тем, что в песчанике бур имеет больше сопротивления о стенки шпура, чем в сланце, благодаря большей крепости самого песчаника. Кроме того, буровая мука песчаника имеет коэфициент трения по стали больше, чем мука сланца, это обстоятельство также влияет на повышение мощности от муки песчаника.

2) Угол наклона шпуров оказывает значительное влияние на расход мощности от буровой муки и от трения бура о стенки шпура.

Из таблиц ясно видно, что с уменьшением угла подъема верхних шпуров и увеличением угла наклона нижних шпуров мощность на преодоление сопротивления бура от муки и о стенки шпура возрастает как при бурении песчаника, так и сланца. Особенно этот рост велик при бурении сланца. Это вполне увязывается с тем обстоятельством, что на коэфициент самоудаления буровой муки угол наклона влияет по сланцу значительнее, чем по песчанику.

§ 9. Влияние направления шпуров на развиваемую электросверлом полезную мощность и осевое усилие.

Как известно, при проведении выработок шпуры закладываются не только горизонтальные и перпендикулярно к забою, но и вбок, а также наклонно вверх и вниз. В рассматриваемой работе были определены развиваемые мощность (полезная) и осевые усилия при бурении шпуров с принятыми, в данной работе, углами наклона. Мощность указана развиваемая на собственно бурение—резание и на преодоление всех вредных сопротивлений, испытываемых буром в шпуре.

JÛO

V» ¿So ггs

ъ s

* гоо

Ni к

ь

*75 tso

/es

>

À /

/ /

y / /

/

¿S'éêrp* jS'Sêïps О'мор*.

Рис. 28.

¿У б£*/>л *5*65ерл

О м О/О/•». tS о

Vtf oyi !*GHS90H o C<-/ n p O £

Осевые усилия и полезная мощность фиксировались на протяжении бурения всей глубины шпуров (через 10 см.), но практическое значение, с точки зрения интересующего нас вопроса, имеют средние значения этих показателей, полученные для различного наклона шпуров. Эти данные покажут насколько они возрастают от угла наклона шпуров, следовательно, как повлиял угол наклона на сопротивления, испытываемые буром.

Средние, для всех изучаемых чисел оборотов бура, осевые усилия и полезная мощность на шпинделе, полученные при бурении песчаника, приведены в табл. 16, при бурении сланца—в табл. 17, а сравнение данных по песчанику и сланцу в табл. 18. Графическое изображение полученных материалов представлено на фиг. 28, 29, 30 и 31.

При рассмотрении полученных данных можно сделать следующие выводы.

1; Осевые усилия растут по мере опус к а н ил вниз шпуров. Это отчетливо видно как в отношении песчаника, так и особенно сланца. Среднее (по длине шпура) осевое усилие по сланцу возрастает с 134 кг при шнурах 25° вверх до 232 кг в шпурах 25° вниз, то-есть рост на 73%. По песчанику эти усилия соответственно составляют 250 и 355 кг или показывают рост на 40%.

Так как скорость подачи бура, конструкция бура и резца и прочие условия бурения одинаковы для всех наклонов шпуров, то следует считать, что рост осевых усилий вызывается внутренними сопротивлениями в шпуре, которые получает бур от буровой муки и от трения о стенки шпура. Больший рост осевых усилий по сланцу объясняется меньшим коэфициентом удаления буровой муки при бурении этой породы. При бурении нижних шпуров наблюдалось прессование муки в шпуре, что вызывало особо большой рост осевого усилия.

2) Осевые усилия с изменением числа оборотов бура почти не изменяются. Это объясняется тем, что скорость подачи на один оборот бура остается почти постоянной.

3) Осевые усилия по песчанику значительно выше, чем по сланцу. Это отчетливо выдерживается при всех углах наклона шпуров. Объясняется оно тем, что песчаник обладает большей твердостью, чем сланец. Увеличение осевых усилий по песчанику колеблется от 48,5 до 86,5%, а в среднем составляет 61,5%, то есть осевое усилие по песчанику более чем в полтора раза выше, чем по сланцу.

4) Расходуемая мощность на шпинделе растет по мере опускания вниз шпуров.

Это также отчетливо видно из приведенных таблиц как в отношении сланца, так и особенно песчаника.

Средняя (по длине шпура) мощность по сланцу возрастает с 0,61 квт при шпурах 25° вверх до 1,16 квт при шпурах 25° вниз или рост на 90%. По песчанику эта мощность соответственно составляет 0,96 и 2,30 квт или рост 140%.

г

^ /А

Ч «I

/.о

с

3 06 о

t 06 <»

J о.*

о

* «

— \

/ У )

r^-'-'-'l ** • >

г—- г ^ Г---* г

< < г-"' * О, S >

¡83;

1 .—"

¿¿Л££*рл iS*ߣ#px (fНор st J 5* £HÜ3 2S9gxu3

¿/Зол наклона c¿/ п<//э о &

Рис. 30.

*

J t №

3

0 АО

«

£ 4*

*

î

*

i _ _L 1

и* Jj^

С S! и •

- —-

i. „,—ii

Û****pi Í$*£MUJ г 5* ¿низ

У г* л мак si он л ш т£ ■ ш

А

Таблица 16 (по песчанику).

Скорость подачи бура Число оборотов У г о л н а к л о н а Ш II у ров

25° вверх 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

мм в мин. бура в мин. Среднее осевое усилие кг Средняя мощн. на шпинделе кет Среднее осевое усилие кг Средняя мощн. на шпинделе кет Среднее осевое усилие кг Средняя мощн. на шпинделе кет Среднее осевое усилие кг Средняя мощн. на шпинделе кет Среднее осевое усилие кг Средняя мощн. на шпинделе кет

180 193 280 — 293 0,60 304 0,80 390 1,66 390 1,93

210 237 225 0,38 244 0,70 — 1,30 267 1,85 290 2,17

260 286 — 1,57 — 1,73 — 1,74 — 2,15 — 2,33

400 429 242 1,57 268 1,63 304 1,88 344 2,30 384 2,80 .

В среднем 250 0,96 268 1,17 304 1,43 333 1,99 355 2,30 *

% соотношение .... 100 100 107 122 121 149 133 207 142 240

£ о О О ч & В средне 4Ь» О О КЗ о> о ю о 1 00 о Скорость 1 подачи | бура мм в мин.

о Е Я) Я а • з: • • 4^ К? СО ю оо сл го СО -VI со СО оборотов 1 бура в мин. 1 Число

1—» о о * со »—* Сл 4Ьъ (—» 00 со о 1 Среднее осевое усилие кг. ю Сл о СО

о о 0,61 0,95 0,77 о V 0,26 ! Средняя мощн. на шпинделе квт. а п> "О X

оо 00 О ю ю со Сл сл и-» Сл СД 1 Среднее осевое усилие кг. 1—А сл о со о и

ю 1 0,74 1,16 0,87 0,54 0,39 Средняя мощн. на шпинделе квт. а <т> 43 X Я 1 Р»"

Сп ю о со ю о оо ю ю о »—» 00 О 1 Среднее осевое усилие кг. о о аз л Ы О

со а 0,84 1,25 1,05 0,60 0,45 1 Средняя мощн. на шпинделе квт. о ? я С»

» 4*» О оо 00 ю «—к о СО 1 1 Среднее осевое усилие кг. СЛ о С я

»—* О 0,98 1,28 1,18 1 0,48 Средняя мощн. на шпинделе квт. вниз -а о со

со кэ со ю го оо оо * Сл 1 1 Среднее осевое усилие кг. *о Сл о

со о о * 1,44 1,38 1 0,67 Средняя мощн. на шпинделе квт. вниз

н

04 Ь

5

п

еэ

Сланец . . . % соотношен. Песчаник . . % соотношен. ¡3 о "0 о >

134 100,0 250 1 1 186,5 1 Среднее осевое усилие кг. 25° вверх

0,61 100,0 0,96 1 ! 1 157,3 Средняя мощн. на шпинделе квт.

180 100,0 268 148,5 Среднее осевое усилие кг. Сл о а СО п> "О

0,74 100,0 1,17 158,3 1 Средняя мощн. на шпинделе квт.

203 100,0 304 150,0 Среднее осевое усилие кг. о о сс о тз з:

0,84 100,0 1,43 170,5 Средняя мощн. на шпинделе квт.

188 100,0 333 177,0 Среднее осевое усилие кг. еина 0д1

N3 — О о 00 — о о О <Г> О СО Ю 00 Средняя мощи, на шпинделе квт.

232 100,0 355 153,0 Среднее осевое усилие кг. 25° вниз

1,16; 100,0 2,30 198,0 1 i | Средняя мощн. на шпинделе квт.

187 100,0 302 161,5 ! Среднее осевое усилие кг. \ Средние значения

0,87. 100,0 1,57 180,5 Средняя мощн. на шпинделе квт.

4* sto

Í\* *%

^ V>

Ч

*

a s

ъ

«

о *

? о

s;

лр

i*

O.S

¿ОС/

С ------ ------

------

-f

9/ ф qs «/ q.9 </ /j 4s 4/ ffi

/stjt&t/H Q UJOJ/pbS € r*

Рис. 32.

se

4

1-r

l"

5 ¿.o

l" « 1.0

i

Г 1 ------

***

**

Cj V Af

Щ ■■ '»« -------

¿о/ал u%sr

oj qs oér as /t/ /j /,s /7 /ts

fs> y HO t-cs J/ /Э & sv*

Значительный рост расходуемой мощности по мере опускания шпуров объясняется большим сопротивлением буровой муки, большей вибрацией бура и большим трением, в связи с этим, бура о стенки шпура. Больший рост этой мощности для нижних шпуров по песчанику нежели по сланцу объясняется, повиди-мому, временными причинами, случайного характера.

5) Мощности на шпинделе возрастает по мере увеличения скорости резания (числа оборотов бура).

Это ясно видно из приведенных таблиц и не требует особых пояснений, так как известно, что скорость резания увеличивает расход мощности.

6) Мощность на шпинделе электросверла при бурении песчаника значительно выше, чем при бурении сланца.

Это увеличение колеблется от 57,3 до 103%, а в среднем составляет 80,5%. Оно объясняется большей твердостью песчаника по сравнению со сланцем.

§ 10. Влияние глубины шпуров на полезную мощность и осевое усилие, развиваемые при бурении.

По мере углубления шпура несомненно должны повышаться развиваемые сверлом мощность и осевые усилия. Они будут, очевидно, увеличиваться за счет дополнительных вредных сопротивлений, которые встречает бур с углублением шпура от стенок последнего (увеличивается площадь соприкосновения бура со стенкой шпура), от изгиба бура (больше трения о стенки шпура) и от буровой муки (большее ее количество).

Наблюдения велись по песчанику и сланцу для различных режимов работы и для разных углов наклона шпура. Так как влияние угла наклона шпуров на мощность и осевое усилие было выявлено в предыдущем параграфе, то здесь выявим влияние на эти показатели только со стороны глубины шпуров. Чтобы не иметь влияния наклона шпуров обработаем полученные данные только для одного горизонтального направления шпуров.

В таблице 19 приведены данные по осевым усилиям и расходуемой полезной мощности на сверление, а графическое изображение их представлено на фиг. 32, 33, 34 и 34а. Приведены данные начальные (при бурении устья шпуров) и конечные —при бурении дна шпуров. Шпуры бурились, как ранее указывалось, глубиною по 1,8 метра. Данные приведены как для песчаника, так и для сланца и для разных режимов бурения.

Из приведенных в таблице 19 данных можно сделать следующие выводы.

1) Абсолютное значение осевых усилий по песчанику значительно выше, чем по сланцу как при одинаковых режимах сверления, так и по средним значениям. Среднее (по всем режимам сверления) начальное осевое усилие

•7 O* i J

Cstyóu *»o uuny pa &

Рис. 34.

os

О,S IJ J,J '.S V j*

fio y Ólj H a пЭрО$ S г?'.

Таблица 19.

1 к к г Сй о н о Осевое усилие в кг 05 53 Мощность на шпинделе кепи 05 I = Средняя мощность кет. 4> X X <и

ЕГ СО СО Ч О ^ * 2 * >>>> и о х о- . ° ж >с £ о' 4 с« <-> О. ГГ хо <и о а: л ч га ЕГ ЗС о о в ЕГ (О Ж о X 0> X е; <а со >1 ж се СО X Л п со сг ш х; се <о ег <и я о ■х. 1 я | 4) 1 ЕГ К Ч <и я >> £ 3 о о о и £

Глинистый сланец

180 210 260 400 193 237 286 429 80 130 145 120 180 230 295 295 125 77 103 146 0,44 0,52 0,78 0,93 0,76 0,79 1,16 1,48 72.5 52,0 48.6 59,0 0,60 0,65 0,97 1,20 100,0 108,0 161,5 200

Среднее . . . 119 250 110 0,69 1,05 52,0 0,80 —

Если принять за 100 И 100 И — 100% 100% 100% —

П е с ч аник

180 210 260 400 193 237 286 429 278 445 420 320 370 495 545 395 33 11 30 23,5 0,84 0,99 1,60 1,71 0,94 1,40 1,70 2,33 12,0 41,5 6,3 36 | 0,89 1,20 1,65 2,02 100,0 135,0 185,0 227

Среднее . . . 366 451 23,5 1,28 1,59 24,2 1,44 —

% соотн. сланцу к 307 180,5 _ 185,5 151,0 180% . „

по сланцу составило 119 кг., а по песчанику—366 кг или на 207% больше. Среднее конечное осевое усилие по сланцу составило 250 /сгм а по песчанику 451 кг или на 80,5% больше.

Значительное осевое усилие по песчанику по сравнению со сланцем объясняется его большей крепостью. Но, несомненно, на уменьшение разницы между конечными усилиями по песчанику и сланцу (80,5%) по сравнению с разницей начальных усилий (207%) оказал влияние меньший коэфициент самоудаления муки при бурении сланца. Буровая мука, очевидно, значительнее повысила конечные осевые усилия по сланцу, чем при бурении песчаника.

2) Конечные осевые усилия выше начальных усилий.

Это увеличение в среднем составляет 110% на сланце и 23,5% на песчанике. Так как бурение производилось только острыми резцами и при одинаковом режиме, то причиной роста осевых усилий являются следующие факторы:

а) с углублением шпура увеличивается площадь соприкосновения бура со стенками шпура, а следовательно и сила трения, вызываемая этим;

б) с углублением шпура увеличивается продольный изгиб бура, а следовательно, и сила тренйя его о стенки шпура;

в) с углублением шпура сопротивление буровой муки увеличивается.

Значительный рост осевых усилий по сланцу по сравнению с песчаником объясняется действием буровой муки, коэфициент самоудаления которой по сланцу, как указывалось ранее, гораздо ниже такового по песчанику. Кроме того, сланцевая буровая мука более вязка и менее рассыпчата, чем песчаника. Все эти факты, как показали непосредственные наблюдения, играют очень большую роль как в увеличении осевых усилий, так и в потребляемой мощности на сверление.

Что же касается режима бурения, то как известно решающее влияние на осевые усилия имеет скорость подачи на один оборот бура. Но так как в нашем исследовании эта скорость была почти постоянна (см. табл. 1), то она влияния не оказывала. Влияние числа оборотов бура на осевые усилия как это видно из полученных материалов (табл. № 19) не имеет места.

3) Полезная мощность, расходуемая на сверление по песчанику, значит ель но выше, чем по сланцу. Это отчетливо видно из таблицы для всех режимов сверления по обеим породам. Средняя начальная мощность по песчанику выше таковой по сланцу на 85,5%. Необходимо считать, что это- увеличение целиком идет за счет большей крепости песчаника, так как в начальной стадии бурения шпуров (в устье их) влияние буровой муки ничтожно, а средства бурения и условия работы были по обеим породам одинаковы.

Средняя конечная мощность по песчанику выше таковой по сланцу на 51%. Увеличение попрежнему идет за счет крепости породы, но снижение разницы в расходуемой мощности (51% вместо 85,5%) необходимо объяснить большим влиянием буровой муки в сланцевых шпурах, чем при бурении по песчанику.

4) Конечна я мощ но сть выше начальной. Это ярко выражено по обеим породам и для всех режимов бурения. Это увеличение в среднем составляет 52% по сланцу и 24,2% по песчанику. Большее увеличение по сланцу, чем по песчанику, объясняется вышеуказанными причинами—влиянием буровой муки.

5) С увеличением скорости резания (числаоборотов бура) расходуемая мощность на бурение увеличивается.

Из таблицы 19 и на фиг. 32 и 33 видно, что это увеличение резко выражено для обеих пород. По сланцу это увеличение составило 100%, а по песчанику—127% при увеличении скорости резания (429 оборотов вместо 193) на 122%, следовательно, на каждый процент увеличения скорости имеем один процент увеличения мощности, расходуемой на бурение песчаника и около 0,82% увеличения мощности по сланцу.

§ 11. Влияние износа резцов на мощность к осевое усилие электросверла.

Для определения влияния износа резцов на мощность и осевое усилие электросверла бурили шпуры горизонтального * направления, но резцами с различным затуплением. Бурение производилось как по глинистому сланцу, так и по песчанику и на различных режимах скорости подачи и резания.

Для сравнения результатов бурили одни шпуры резцами острыми, другие шпуры резцами затупленными на 0,5 лслс(аЬ фиг. 35) и третьи шпуры бурились резцами затупленными на 1 мм. (сс! фиг. 35). Степень затупленности считалась по толщине режущей кромки (пластинки), как указано на фиг. 35.

Замер степени затупления, именно по толщине режущей кромки (лезвия), является наиболее наглядным и доступным в производственных условиях. Тогда как определение степени затупления по другим направлениям, например, по передней грани, сопряжено с замерами углов и геометрическими построениями, что крайне неудобно в производственных условиях и не всегда доступно для обслуживающего персонала. Затупление кромки резца создавалось на точиле карборунд „экстра", так что затупленный резец начинал работу с подготовленной кромкой. Это гарантировало получение более точных результатов.

Шпуры бурились на расстоянии 4—5 см друг от друга, чтобы они проходились в одинаковых условиях.

В процессе наблюдения снимались показания амперметра, вольтметра и динамометра через каждые 10 см шпура.

На таблицах 20, 21, 22 и на фигурах 36, 37, 38 и 39 показаны полученные данные по мощности, расходуемой на собственное бурение и по развиваемым осевым усилиям для разных степеней затупления режущей кромки резца при бурении песчаника и глинистого сланца различными режимами скорости резания и подачи.

Таблица 20 (по песчанику)

Скорость подачи бура мм в мин Состояние резца

й-« £ ■ з С ю >->сГ н «в со в

о о * за ПОКАЗАТЕЛИ 5Х 3 Си н и о . 5 *3 2 С н Я ее СО Я

180 193 Мощность на шпинд. квт . . Н соотношение...... Осевые усилия кг..... И соотношение...... 0,65 100 257 100 1,32 203 462 180 1,53 236 649 253

' 210 237 Мощность на шпинд. квт . . % соотношение...... Осевые усилия кг..... % соотношение...... 0,98 100 314 100 1,58 161 493 157 1,65 169 619 197

Qcrnpi/ij OS /,0

Ctfty rt S rrr*}

Рис. 37.

E ч

4

4

Ch >

«w

5

3

0 <

Q <

2Г 0

сер fß

ifi

tf

t.¿

0,8 06 OA

/SA6.

S S&

fiP^ »

* S s' /3°j

г' >

- ^^^ а

1 ^ ■ „

Острый 0¡5

Jomyrt^pwí/C ê

f,o

ЛЬ.

> г Состояние резца

Скорость ПС дачи бура м в МИН. Число обор, бура в мин. ПОКАЗАТЕЛИ • зК Си н и о 2 . 3 >>о н СО СТЗ СО Я . £ С И • со гез

260 286 Мощность на шпинд. % соотношение Осевые усилия кг . % соотношение . . КВТ - * 1,9 100 366 100 2,07 109 400 109 2,52 133 468 128

400 429 Мощность на шпннд. % соотношение . . Осевые усилия кг . % соотношение . . КВТ . . • • • • 1,86 100 270 100 2,23 120 361 133 2,77 149 420 155

м 1 ие значения Мощность на шпинд. % соотношение . . Осевые усилия кг -% соотношение . . 1 КВТ . . 1,35 100 302 100 1,80 133 429 142 2,12 157 538 178,5

Таблица 21 (по сланцу)

. 2 Состояние резца

Скорость по дачи бура м в мин. Число обор, бура в мин. ПОКАЗАТЕЛИ 3 о. н и о г . 2 ег _ с «о >>сГ н РЗ ед ГО я . ¡5 § ® Н «3 «з (Г) В

180 193 Мощность на шпинд. квт . . % соотношение...... Осевые усилия кг ..... % соотношение...... 0,44 100 97 100 0,90 204 306 315 1,21 275 407 420

210 237 Мощность на шпинд. квт . . % соотношение...... Осевое усилие кг .... . % соотношение...... 0,62 100 178 100 1,12 180 318 179 1,67 270 447 250

260 286 Мощность на шпинд. квт . . % соотношение...... Осевые усилия кг .... . И соотношение...... 1,05 100 212 100 1,62 154 427 201 1,91 182 531 250

400 429 Мощность на шпинд. квт . . % соотношение ...... Осевые усилия кг..... % соотношение...... 1,26 100 245 100 1,42 113 278 113,5 1,67 133 395 161

Средние значения Мощность на шпинд. квт „ . И соотношение...... Осевые усилия кг..... % соотношение...... 0,85 100 183 100 1,27 150 332 181,5 1,62 191 445 243

Таблица 22.

Наимен.

Состояние резца

Показатели

показателя Острый

Затупл. ) Затупл. на 0,5мм ) на 1 мм

Средние осевые усилия по сланцу -Средние осевые усилия по песчанику % соотношение песчаника к сланцу . Средняя мощность на шпинделе по

кг.

183 302 165

332 429 129

445 538 121

Средняя мощность на шпинделе по

% соотношение песчаника к сланцу

сланцу . . .

песчанику.....

ксвт.

0,85 1,27 1,62

1,35 1,80 2,12 159 141 131

Из рассмотрения и анализа полученных данных можно прийти к следующим выводам.

1) С увеличением степени затупления лезвия резца растут осевые усилия. Это хорошо видно данных таблиц 20, 21 и 22 и представленной диаграммы №

в отношении как песчаника, так и сланца, а также и для всех испытанных скоростей резания и подачи.

2) С увеличением крепости породы осевые усилия при остром резце возрастают. Это наглядно видно из данных таблиц и диаграммы в отношении песчаника и сланца. Среднее осевое усилие при остром резце по сланцу составило 183 кг, а по песчанику—302 кг или на 65% больше.

3) С увеличением затупления резца влияния крепости породы на увеличение осевого усилия падает. Это хорошо видно из данных таблицы 22. Из нее следует, что увеличение осевого давления по песчанику (по сравнению со сланцем) при остром резце составляет 65%, а при затуплении его на 0,5 мм—уже составляет 29%, а при износе на 1 мм это увеличение осевого давления составит только 21%.

Влияние режима бурения на осевые усилия в этих условиях выявить не представилось возможным, так как подача на один оборот бура (а от нее главным образом зависит осевое усилие) оставалась почти без изменения. Что же касается скорости резания (числа оборотов бура), то она не влияет на осевые усилия.

4) С увеличением затупления лезвия резца значительно растет расходуемая мощность на шпинделе.

Это ясно видно из представленных таблиц как в отношении обеих пород, так и разных режимов бурения.

Средняя мощность по песчанику при подработанном резце на 1 мм на 57% выше, чем при остром резце,,а по сланцу

5) С увеличением крепости породы мощность на шпинделе значительно возрастает.

Средняя мощность на шпинделе по сланцу при остром резце составила 0,85 кет, а по песчанику—1,35 кет или выше на

на 91%.

* €

Чз

i

O <

< J

o

os

' s

/70 /Э <p » —-Y

í

i

P O

0,5

J б fir?*

Рис. 39.

f.o

¿J9

té*

*

4 1Л9

4

4 \ tbo

)

*

% * /aa

«

С 99

Ci

99

-r-— ' ■ 1 C) ■■ ■ ■ i

1 1 !

1

* L, / »

V y- y¡

г V

С "t*— с 1

M 9¡d 4# /ОЛ *<* Jt0 " Mi

П4ЫЧ1Н1* rf+тры m ту/*

Рис. 40.

■ 1 M i ' ы ! 1 ! i

i ¡ pj

9 J ! i

5 i 1 i И

I У r«r ! 1-Й

сь • » I 1 . ! " ; \mi 1

ff . . ■ 1 i _

_ > i

1 i «

-"-s f! i 1 ' ■ ..i. , ( ______ i i í . ... . i..., .i,..... ^ ¡

>Л lé О 7.4 f м.» /V '<* л* j{l< J»,0

fío* 0 M H */ ? d» »Hpw "y/4 ^J

59%. Это объясняется большим временным сопротивлением снятию песчаника по сравнению со сланцем.

6) С увеличением затупления резца влияние крепости породы на увеличение мощности на шпинделе падает.

Из таблицы 22 видно, что увеличение мощности по песчанику (по сравнению со сланцем) при остром резце составляет 59°/0, а при износе его на 0,5 мм—уже составляет 41%, а при затуплении на 1 мм—только на 31%.

7) С увеличением скорости резания (числа оборотов бура) мощность на шпинделе возрастает.

При остром резце рост мощности при 429„оборотах бура в минуту по сравнению с 193 оборотами для обеих пород составит на 186%, при затупленных резцах на 0,5 мм этот рост составит 69% для песчаника и 58% для сланца, а при подработке резца по толщине его кромки на 1 мм—рост составит 81% для песчаника и 38% для сланца.

Эти данные говорят о том, что по мере затупления резца влияние скорости резания на мощность уменьшается, особенно для сланца.

Было произведено также наблюдение над стойкостью резца. Наблюдение проведено по сланцу. Для этого бурили только горизонтальные шпуры на глубину 1,80 метра каждый одним резцом, ведя учет пробуренному метражу и снимая замеры степени затупления резца.

Всего было пробурено двадцать шпуров или 36 п. м., резец, был затуплен на 0,3 мм по толщине лезвия, на его периферийном конце.

Во время бурения снимались отчеты по динамометру, амперметру и вольтметру обычным порядком.

Полученные результаты по осевому усилию и полезной мощности приведены в табл. 23 и на фиг. 40 и 41.

Таблица 23

№№ шпуров Пробурено п. м. Осевые усилия кг Мощность на сверление КВТ. №№ шпуров Пробурено п. м. Осевые усилия кг Мощность на сверление КВТ.

1 1,8 85 0,320 11 19,8 168 0,570

2 3,6 76 0,340 12 21,6 162 0,580

3 5,4 77 0,420 13 23,4 169 0,595

4 7,2 76 0,355 14 25,2 175 0,600

5 9,0 95 0,385 15 27,0 185 0,620

6 10,8 86 0,440 16 28,8 191 0,635

7 12,6 127 0,445 17 30,6 197 0,660

8 14,4 140 0,520 18 32,4 207 0,680

9 16,2 159 0,550 19 34,2 227 0,710

10 18,0 164 0,565 20 36,0 259 0,730

s

3 a m y ¿y <p g s* s*?.

Рис. 42.

Рассматривая полученные результаты по осевому усилию, мы видим, что оно неуклонно возрастало по мере затупления резца. Соединение точек-замеров осевых усилий дает некоторую ломаную линию, неизбежно получающуюся при наблюдениях в производственной обстановке, но эта линия вполне соответствует и может быть заменена какой то средней прямой линией, показывающей, что усилие растет от затупления резца по закону прямой линии, т. е. это наблюдение подтвердило то, что было получено выше.

Наблюдения показывают, что затупление лезвия начинается и происходит постепенно и весьма медленно. Ни при этом испытании и ни в процессе других наблюдений не было замечено отступления от этого правила.

Приведенные данные по развиваемой мощности на шпиндеде1 показывают неуклонный рост по мере затупления лезвия ре'зца. Кривая (фиг. 41) роста мощности почти идентична кривой роста осевых усилий. Также можно кривую мощности принять за некоторую среднюю прямую и считать, что рост мощности по мере затупления лезвия резца идет по закону прямой линии.

При затуплении резца расходуется (истирается) победитовая пластинка. С увеличением затупления сильно растет расход победитовой пластинки от истирания (фиг. 42 для резца № 2). Еще значительнее увеличивается расход победитовой пластинки от заточки (фиг. 43). Общий расход победитовой пластинки от истирания и заточки, в зависимости от степени затупления ее режущей кромки, представлен на фиг. 44.

Установление экономически выгодного предела затупления резца должно быть специально изучено для различных условий работы и при различных режимах.

§ 12. Сравнение витых буров ромбического и прямоугольного сечения.

Как известно; в практике каменноугольных шахт применяется буровая витая сталь двух сечений: ромбическая (свита из ромбической стали) и прямоугольная—свита из стали прямоугольного сечения. Испытанная ромбическая сталь имела шаг винтовой канавки 110—115 мм, а прямоугольная—50—52 мм9 диаметр буров обоих профилей был одинаков и равнялся 30 мм. Буров с одинаковым шагом винтовой канавки в нашем распоряжении не имелось. Сравнение проведено по следующим показателям: 1) по потребляемой мощности на сверление; 2) по развиваемому осевому усилию; 3) по коэфициенту самоудаления буровой муки.

Для определения этих показателей были пробурены шпуры в одинаковых условиях по песчанику бурами ромбического и f прямоугольного сечения при скорости подачи 400 мм в мин. и при числе оборотов 429 в минуту. Шпуры бурились рядом. Методика наблюдений аналогична указанной ранее.

с Ы*

i

t

к Ö Ч/

о Ч

q&

0,7

¥ #

Ц5 Q2

ЗАm*ftpt feue % ihm»

Рис. -14.

1 • 1

1яг

• ^

N 'Я,

ГГ N Ч \

ч ч к

1 N 1

г

es'ggy* t54S+/>* Q*mi S?$ MVS 2 5* ёнив

/ " г

112

18X351 .

Полученные данные по всем вышеуказанным показателям при ведены в таблице 24.

* Таблица 24

Скорость подачи бура мм в мин. Число оборотов бура в мин. Сечение стали Мощи, на сверление КВТ % соот-нош. Осевое усилие кг % соотн. Коэфиц. само-удал, •буров, муки % соотн.

400 400 429 429 Прямоугольное Ромбическое 2,28 1,88 121 100 365 310 117,5 100 0,605 0,645 93,8 100

Из приведенных данных можно сделать следующие выводы:

1) П р и витой стали прямоугольного сечения осевые усилия больше, чем при ромбической стали. Это обусловливается большим трением прямоугольной стали о стенки шпуров, так как ребра у нее плоские.

2)Коэфициент самоудаления буровой муки у прямоугольной стали несколько хуже, чем у ромбической.

Это, вероятно, можно объяснить тем, что она недостаточно отдирает муку от стенок шпура благодаря своим плоским ребрам. Но все же этот вопрос требует дополнительной проверки.

3) Полезная мощность, расходуемая на сверление, при прямоугольной стали выше, чем при ром б и ч е с ко й. Это объясняется большим трением ребер бура о стенки шпура и худшим коэфициентом самоудаления буровой муки.

Прямоугольная сталь, имея меньшую прочность на продольный изгиб, легче и скорее изгибается, касается своими ребрами стенок шпура, увеличивая силу трения бура о стенки. В дополнение к полученным результатам необходимо добавить, что сравнение профилей стали происходило с разными шагами винтовой канавки, что может, в известной мере, повлиять на полученный цифровой материал, С получением стали с одинаковым шагом будет сделано повторное сравнение, при котором, возможно, цифровые показатели несколько изменятся, но общий отрицательный вывод о прямоугольном профиле, очевидно, останется

§ 13. Сравнение ромбической витой стали разного диаметра.

На каменноугольные рудники поступает ромбическая сталь двух размеров:1) 16X30 мм и 18X35 мм (по ромбу, т. е. диаметры составляют 30 и 35 мм (или близкие им). Были сравнены два комплекта ромбических буров. Один компект вклю-

*) „Ценник на материалы". Изд. Кузбассугля. 1937 г.

чал буры диаметром 30 мм и с шагом навивки ПО —115 мм, а другой комплект—диаметром 35 ми и с шагом навивки 80— 85 мм. Диаметр резцов у обоих комплектов был одинаков, (40 мм).

Сравнение этих буров велось по следующим показателям:

1) По коэфициенту самоудаления:

2) По развиваемой мощности и осевому усилию при бурении. Показатели определялись при бурении глинистого сланца,

так как при нем наблюдаются затруднения с самоудалением муки. Полученные данные представлены в табл. 25 и 26 и на фиг. 45.

Таблица 25

У г л ы% н а к л она ш п у ров

Диаметр 25° вверх 15° вверх 0° норм. 15° вниз 25° вниз

буров = £ н X £ * я н Коэфиц. самоуд. , и ? * 33 , н

мм -8-о* <п 5 О £ ЬЙ о о и £ -е- о О £ 3 о и ^ г* -о- о Й я 3 ££ о о и £ о о 3? £ ° ГО 5 о = ^ 3 О и *

30 мм ■ 0,652 100 0,584 100 0,485 100 0,370 100 0,190 100

35 мм 0,794 121 0,?28 125 0,620 128 0,545 147 0,493 260

Таблица 26

п. Углы на к л она ш п У Р 0 в

Диам. £Х >> ХО сэ О* 15° вверх 0° норм. 15° вниз

>> \о Мощн. Осев. Мощн. Осев. Осев.

буров Порода 03 ж о, О нашпинд. усилия на шпинд. усилия усилия

мм | Скор, по ММ В МИ1 Число о£ В МИН. КВТ & н О о £ кг И соотн. КВТ И соотн. ! кг % соотн. кг р — . % соотн.

16X30 Гл. слан. 180 193 0,5 100 102 100 0,53 100 115 100 223 100

18X35 В V » • 0,4 80 103 100 0,45 85 97 85 111 50

Из таблиц и фигуры следует:

1) С увеличением диаметра бура и уменьшением шага навивки коэфициент самоудаления буровой муки увеличивается. Особенно это увеличение возрастает с увеличением угла наклона шпуров вниз. Оно объясняется тем, что буры большого диаметра лучше отдирают муку от стенок шпура, не дают ей прилипать к ним. А уменьшение шага навивки облегчает движение буровой муки по винтовой линии.

2) С увеличением диаметра бура и уменьшением шага навивки (при постоянном диаметре резца) осевые усилия уменьшаются. Особенно это уменьшение заметно при бурении шпуров с наклоном вниз, так как сланцевая мука крайне плохо поддается самоудалению при нижних шпурах. Наклонные шпуры вниз на сланце бурами диаметром 30 мм бурились с трудом, тогда как при бурах с диаметром 35 мм эти шпуры удавалось выбуривать без особых осложнений.

3)С увеличением диаметра бура и уменьшением шага навивки (при постоянном диаметре резца) р а с-ходуемая мощность на сверление уменьшается.

Из таблицы 26 следует, что в одинаковых условиях развиваемая мощность при бурах диаметром 35 мм составляет Ж) — 85% от мощности при бурах диаметром 30 мм. Это объяс-- няется тем, что буровая мука при бурах диаметром 35 мм лучше удаляется и она меньше влияет на развиваемую мощность, а также, очевидно, большая жесткость бура меньше дает продольный изгиб и трения о стенки шпура.

В заключение необходимо подчеркнуть,.что данные получены при бурах не только с разным диаметром, но и с разным шагом навивки, поэтому влияние этих параметров в отдельности на сравниваемые показатели не выявлено. С получением соответствующих размеров стали этот вопрос будет доведен до конца.

§ 14. Недостатки электросверла. ^

Изучение работы электросверла в производственных условиях и во время проведения экспериментальной части данной исследовательской работы показало, что оборудование обладает . рядом недостатков.

1) Значительный (120 кг) вес. Благодаря этому приходится задалживатЬ на установку и перестановку сверла два человека, тогда как при самом бурении требуется лишь один человек.

2) Благодаря отсутствию каких-либо подъемных приспособлений, перемещение сверла по колонке также приходится производить вдвоем.

3) Колонка тяжела (50 кг). Одному ставить ее трудно.

4) Недостаточная .жесткость колонки. При осевом усилии в €00—700 кг она сильно изгибается и грозит разрушением.

5) Дужки (4), скобы (5) и винты (6) крайне слабы, быстро расшатываются, изнашиваются и плохо держат сверло за цапфы.

6) Наличие фрикционно-кулачной муфты, не позволяющей на хоцу включать рабочий ход бура. Было бы лучше иметь только фрикционную муфту.

7) Ненадежная работа фрикционно-кулачной муфты в ее фрикционной части.

8) Абсолютно ненадежная работа холостого хода. Сверло его почти никогда не имеет, так как проволочное кольцо (150)

быстро разрабатывает 'свой паз в бронзовой шайбе (10), после чего оно начинает легко проскальзывать и не передавать усилия на промежуточный вал (12).

9) Подрабатывается бронзовая гайка (18) фрикционно-кулач-ной муфты благодаря трению о шайбу (19) и головку рейки (14).

10) Наличие подшипников скользящего трения увеличивает расход смазки, затрудняет производство ее и уменьшает коэфи-циент полезного действия редуктора.

11) Сложное устройство заднего лабиринта на валу мотора; его можно сделать проще, что уже намечено заводом к осуществлению.

12) Ненадежно укрепление оси (32), на которой сидят вторая и третья шестерни. Болт, укрепляющий головку этой оси, отвертывается, ось провертывается и смазка его поверхности нарушается.

13) Камера контролера недостаточного размера, крайне трудно присоединять и отсоединять в ней провода, что ведет, нередко, к нарушению их изоляции.

14)Полость мотора недостаточно предохранена от попадания масла через лабиринтовые уплотнения.

15) Неудовлетворителен способ укрепления бура в патроне шпинделя (шпонкой). Требуется значительное время на выбивание этой шпонки при смене буров.

16) Внутреннее отверстие в патроне шпинделя для бура делается круглого сечения, это заставляет к бурам приваривать круглые хвостовики, что создает слабое место в бурах, на этой сварке они обычно ломаются. Необходимо внутреннее отверстие в патронах делать согласно профилю и размеру хвостовика применяемых буров. Если буры применяются разного профиля^ или размера, то придется иметь несколько патронов, но это не составит особого затруднения, так как буры можно подбирать комплектно по отдельным электросверлам.

17) Шариковые масленки неудобны в шахтных условиях. Смазочные отверстия вместо них должны закрываться обычными пробками, имеющими приспособление для отвертывания и завертывания руками.

§ 15. Заключение и предложения.

Полученный, в результате данной исследовательской работы, материал в порядке дальнейшей работы над этой темой будет пополняться, обобщаться и анализироваться с тем, чтобы подвести под него теоретическую базу.

В данной статье мы изложили только первично обработанный экспериментальный материал и на основе полученных данных делали соответствующие обобщения с пояснениями. Обобщения эти сводятся к следующему.

1) С увеличением крепости породы коэфициент разрыхления буровой муки уменьшается (табл. 5).

По песчанику, при подаче бура около одного мм на один оборот, он составил 1,60-М,80 (в среднем 1,75), а по глинистому сланцу 2,16-^-2,18 (в среднем 2,17).

При бурении на другом режиме, при другой толщине стружки коэфициент разрыхления буровой муки, конечно, изменится, но, но всей вероятности, незначительно, так как толщина стружки изменяется в небольших пределах.

Безусловно можно считать, что при бурении более мягких пород получаемой буровой муки больше (по объему), чем при бурении более твердых пород. Это должно быть учитываемо при выборе конструкции буров—сечения, диаметра, шага винтовой канавки и т. д.

2) Коэфициент самоудаления буровой муки при бурении твердых пород выше, чем при бурении мягких пород (табл. 6,7 и 8).

Средний, для всех испытанных режимов резания и подачи, коэфициент самоудаления муки при бурении песчаника составил от 0,232 (при шпурах с наклоном в 25° вниз) до 0,815 (при шпурах с подъемом в 25° вверх). При бурении глинистого сланца коэфициент составил от 0,190 до 0,652 соответственно.

При бурении песчаника средний коэфициент самоудаления муки для различных условий выше такового по сланцу на 20,8%-^-26,8%, а в среднем на 23,3%.

Причем разница эта несколько увеличивается для шпуров, направленных вверх и уменьшается для шпуров, направленных вниз (табл. 8).

3) Коэфициент самоудаления буровой муки увеличивается с увеличением угла подъема шпуров. Эта закономерность ясно выражена для различных пород и для любого режима бурения (фиг. 17 и 18).

4) Коэфициент самоудаления буровой муки несколько возрастает с увеличением числа оборотов бура. Эта закономерность имеет место рри различных породах и при разных режимах бурения, что видно на фигурах 17 и 18.

5) Буровая мука получается более крупной при бурении более мягких и хрупких пород (фиг. 22 и 23 и табл. 11).

6) В устье шпура мука получается более крупной, чем из дна шпура (фиг. 20 и 21 и табл. 11).

7) С увеличением числа оборотов бура крупность буровой руки, получаемой из дна шпуров, несколько уменьшается (табл, 9 и 10)

8) Угол естественного откоса буровой муки из твердых пород больше, чем из более мягких пород (табл. 12).

9) Коэфициенты трения, покоя и движения для буровой муки из твердых пород выше, чем из более мягких пород (таб. 12).

10) Расход мощности на шпинделе на преодоление сопротивления буровой муки и трения бура о стенки шпура в твердых породах выше, чем в мягких породах (таб. 15 и фиг. 27).

Особенно возрастает эта мощность с увеличением угла падения шпуров. Угол наклона шпуров особенно влияет на эту мощность при мягких породах.

11) Осевые усилия на шпинделе растут с увеличением падения шпуров, особенно при бурении мягких пород (табл. 163 17 и 18).

12) Осевые усилия с изменением числа оборотов бура при постоянной стружке почти не изменяются (таб. 16 и 17).

13) Осевые усилия при бурении более твердых пород гораздо выше, чем при бурении мягких пород, (таб. 16,17 и 18).

14) Расходуемая мощность на шпинделе при бурении более твердых пород выше, чем при бурении более мягких пород, (табл. 16,17 и' 18).

15) С увеличением скорости резания развиваемая мощность на шпинделе возрастает (таб. 16, 17, 18 и фиг. 29 и 30).

16) Мощность на шпинделе также возрастает с увеличением угла падения шпуров (табл. 16,17 и 18 и фиг. 29, 30 и 31).

17) С увеличением глубины шпура расходуемая мощность на шпинделе и осевые усилия возрастают, особенно при бурении более мягких пород, (таб. 19 и фиг. 32,33,34,34-а)

18) С увеличением степени затупления резца значительна возрастают осевые усилия и расходуемая мощность на шпинделе (таб. 20,21,22 и фиг, 36, 37, 38, 39).

С увеличением затупления резца влияние крепости породы на увеличение осевого усилия и развиваемой мощности на шпинделе несколько падает.

19) Буровая сталь ромбического сечения дает лучшие показатели по расходуемой мощности, развиваемым осевым усилиям и коэфициенту самоудаления муки, чем сталь прямоугольного сечения (таб. 24).

20) Диаметр резца и диаметр буровой стали должны находиться в определенных соотношениях при бурении пород разной крепости. Пока удалось выяснить, что значительная разница между диаметрами резца и бура дает худшие результаты, чем более умеренная разница. Можно предварительно считать,, что диаметральный зазор между ребрами бура и стенками шпура должен быть около пяти мм. Но этот вопрос требует дальнейшего изучения.

21) Существующие колонковое электросверло и колонка требуют реконструкции или создания новых, более легких и прочных (колонка).

На основе полученного опыта изучения вращательного бурения шпуров напрашиваются следующие предложения:

1) Изучение геометрии резца. На основе изучения его экономической стойкости и динамических свойств при различных условиях и при разных элементах его геометрии, размерах и конфигурации можно будет подойти к наиболее рациональному резцу для тех или иных условий работы и для соответствующих режимов.

2) Изучение буров, их геометрии, механической прочности и динамических свойств для различных условий и режимов работы.

3) Создание теории сверления горных пород.

4) Конструирование нового колонкового электросверла, на базе вышеуказанного материала (резцы, буры) для пород осадочного происхождения.

5) Изучение вращательного бурения изверженных пород и руд с целью скорейшей замены пневматического бурения электрическим на базе создания колонкового электросверла для этих пород.

6) Технико-экономическое сравнение чисто вращательного и вращательно-ударного бурения электрическими сверлами и электрическими перфораторами.