CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 78 ИНСТИТУТА имени С М. КИРОВА 1955 г.
К ВОПРОСУ О КОНСТРУИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
П. М. АЛАБУЖЕВ и О. Д. АЛИМОВ
Одной из возможностей значительного повышения экономичности бурильных молотков является создание различного рода электрических бурильных молотков, из которых в настоящее время наиболее перспек-тйвными являются молотки, работающие на электропневматическом принципе. Описание схем и конструкций, а также исследование рабочего процесса молотков этого типа освещено достаточно полно в литературе |1-14].
На Томском электромеханическом заводе (ТЭМЗ) был спроектирован и изготовлен ряд конструкций электропневматических отбойных и бурильных молотков, однако ни один из них пока не оказался равноценным по своей производительности и работоспособности современным пневматическим отбойным и бурильным молоткам.
В табл. 1 мы приводим основные технические характеристики электрических бурильных молотков, изготовленных в различное время ТЭМЗ. Для сравнения в таблице приведены также технические данные современных пневматических бурильных молотков ОМ-506 м и КЦМ-4 при работе с давлением воздуха 5 ати.
Как видно из табл. 1, основным и единственным преимуществом электрических бурильных молотков СПК-l, ПБР-1, ЗЭР Г-РБ, по сравнению с пневматическим, является значительно больший общий к.п.д, молотка (за счет устранения дополнительных потерь энергии в компрессоре и воздухопроводах. имеющих место при работе пневматическими бурильными молотками). Однако это преимущество электрических машин ударного , действия не могло быть пока реализовано в практике ввиду значительного числа недостатков, из которых главными являются: недостаточная скорость бурения, отсутствие необходимой прочности деталей, а также недостаточная устойчивость в работе ударного и поворотного узлов.
На основании знакомства с материалами по изготовлению и испытанию электрических бурильных молотков на ТЭМЗ и проведенных нами исследований, мы пришли к следующим выводам:
1. Основной причиной неудач в создании электропневматических бурильных молотков является отсутствие достаточно разработанной теории и методов для расчета рабочего процесса и выбора основных параметров этих машин. Вследствие этого машины создавались без достаточных теоретических обоснований.
2. Стремление сделать электропневматический бурильный молоток обязательно легким (ручным) ограничивало вес, а следовательно, и мощность электродвигателя, энергию и число ударов. Для создания электро-яневматического бурильного молотка, равноценного по основным показа-
, телям (энергии и числу ударов, скорости бурения) современным ручным пневматическим бурильным молоткам, необходимо снабдить его электродвигателем мощностью 3 — 5 кет. Если принять во внимание, что вес
Таблица 1
№ п.п. ■ ■■ Т"""ТГ*"1Я -" ■ гТ*"—' »-——■—-- • -------—- -I— • Показатели Бурильные мол Электрические 0 I к и Пневматические
СПК-1 J Г1БР-1 ЗЭРТ-РБ (1938т.) ОМ-506 м ЦКМ-4
1 Тип молотка ........... колонковый | ручной ручной ручной колонковый
2 57 23 — 29,5 38
3 Энергия удара1), кгм.......... 1,94 1,65 25,5 | ~ 1 »38 3-~6,5 5,3+6,0
4 Число ударов в мин.......... 1450 1350 930 j 1500—1850 1800
5 Мощность на бойке, кет . . 0,39 U,495 | 0,21 0.77+1,96 1,57+2,65
6 Расход мощности из электросети, кет 1,8 2,2 0,98 1,3 0,8 17,5 23,2+38,6
7 к. п. д. молотка, и . . ...... 17,7 38 26,3 15.6+25 15+18
24 52 35,8 6,7-11,2 6,7+59,10
9 Скорость бурения, мламин ..... 27 | 50,5 — 135+330 282+520
10 | Принцип ударного узла...... . | мех^ниТеский электропневматический пневматический
11 Характер привода поворота бура .... непрерывный прерывистый j прерывистый прерывистый
12 Основные недостатки, выявленные при малая производительность, сложность изготовления, недостаточная прочность недостаточная прочность неустойчивость рабо-| ты ударного и поворотного узла, малая! прочность, большой! нагрев —
В числителе показаны проектные данные, в знаменателе—опытные. Данные энергии и числа ударов пневматических бурильных .молотков показаны при 4—7 ати.
такого электродвигателя будет равен 30—60 кг и, в свою очередь, в конструкции молотка он составляет около г/2. общего веса, то становятся ясными, трудности создания на электропневматическом принципе легкого и высокопроизводительного ручного бурильного молотка. Уменьшение веса молотка за счет уменьшения веса отдельных деталей, а следовательно, и уменьшения их запаса прочности, при отсутствии данных о величине усилий, возникающих в деталях во время работы молотка, не приводит к нужным результатам. Молотки выходят просто непрочными и ввиду большого числа поломок во время предварительных испытаний часто даже не покидают территории завода. По данным ТЭМЗ, наибольшее число поломок при заводских испытаниях экспериментальных образцов ' электропиевматических бурильных молотков относится к поломкам зубчатых колёс, шатунно-кривошитшого механизма, поворотного механизма и корпуса молотка (в месте закрепления осей и валов).
Существенно лимитирующими величинами в ,части улучшения выбора параметров и повышения долговечности электроударных машин ручного типа являются отдача и нагрев машины. Вопрос о снижении отдачи, сравнительно легкого ручного молотка (весом 8—10 кг), при достижении энергии удара Аб = 3,5 кгм, представляет значительные трудности. Здесь, невидимому, необходимо отчасти уравновесить возвратно движущиеся массы и, кроме того, нужно ввести упругие элементы, поглощающие энергию корпуса машин [3].
В части нагрева молотка необходимо обратить внимание конструктора на выбор оптимального объема воздуха в гильзе между бойком и поршнем» исходя из положений термодинамики. За цикл работы молотка имеет место нагрев воздуха при сжатии и охлаждение при расширении, но все же превалирует нагрев. По нашим исследованиям [2], к.п.д. воздушной подушки порядка ^ 85°/0. Помимо нагрева от сжимаего воздуха имеет место нагрев от трущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Общий к.п.д молотка схемы ЗЭРТ в лучшем случае порядка 40°/о. Следовательно, 60% энергии уходит в тепло. Отсюда следует вывод: для уменьшения нагрева (перегрева) молотка нужен отвод тепла, то есть необходимо охлаждение—воздушное или водяное.
Нам кажется, что в настоящее время целесообразнее сосредоточить внимание на изготовлении надежного в работе мощного колонкового электропне,вматического бурильного молотка (по своим показателям равноценного пневматическому бурильному молотку типа КЦМ-4), где вопросы отдачи и нагрева хотя не теряют своей актуальности, но отходят на второй план, так как без особого труда можно ввести в систему упругие элементы, э также и водяное охлаждение с последующим использованием воды для промывки шнура; кроме того, проблема веса конструкции в этом случае не столь остра, как в ручном инструменте. На пути создания мощного бурильного молотка главное внимание необходимо уделить проблеме прочности, износоустойчивости и долговечности деталей. Нужно разработать технологию изготовления прочных и долговечных деталей, работающих в тяжелых условиях—переменных и ударных нагрузок.
Огромное значение приобретают натурные испытания отдельных узлов машины (включая и электродвигатель) и моделирование [4, 5, 8, 12].
На основании обширных экспериментальных и теоретических исследований рабочего процесса электропневматических машин ударного действия, проводимых' в течение ряда лет в Томском политехническом институте и частично освещенных в работах (1—7], имеются данные для обоснованного выбора исходных параметров бурильной машины ударного действия. К числу исходных таких параметров относятся: энергия удара, необходимая для разрушения породы Ас, угол поворота бура между ударами 9 и усилие подачи машины на забой [8, 9]. Уместно отметить, что при ударно-враща-
тельном бурении в оптимальном режиме молотка вибрации корпуса молотка обязательно должны иметь место для возможности обеспечения зазора между лезвием бура и породой, что, в свою очередь, регулируется соответствующей силой подачи [8, 10].
В настоящее время больше перспектив имеется для создания мощных высокопроизводительных колонковых электропневматических бурильных молотков и особенно станков для ударно-вращательного бурения скважин большого диаметра, а также динамических стругов с активной кромкой с использованием удара. Для этих случаев возможно создать прочную и надежную в работе электропневматическую машину ударного действия с высоким к.п.дм которая в процессе эксплуатации действительно может окупить несколько увеличенную стоимость ее изготовления. Такие машины могут быть использованы для проведения капитальных работ, подготовительных выработок, при бурении глубоких скважин для блокового обрушения, а также на карьерных работах.
ЛИТЕРАТУРА
1. А л а б у ж е в П. М. Исследование рабочего процесса электгроотбойпого молотка с упругой (воздушной) связью. Изв. ТПИ, т. 61, вып. 1, 1947,
'2. А л а б у ж е в П. М. и Ю д и н И. П. Экспериментальное исследование электропневматического молотка. Тр. Зап.-Сиб. филиала АН СССР, вып. 8, 1950
3. А л а б у ж е в П. М. К вопросу о колебательном движении корпуса электроотбойного молотка с кривошипно-шатунным механизмом.'Изв. ТПИ, т. 68, вып. 1, 1951.
4. А л а б у ж е в П. М. Применение теории подобия и размерностей к исследованию (моделированию) машин ударного действия. Изв. ТПИ, т. 73, 1952.
5. А л а б у ж е в П. М. и Алимов О. Д. Определение энергии удара в машинах ударного действия. Изв. ТПИ, т. 76, 1954.
6. А л а б у ж е в П. М. Применение графоаналитического метода расчета к исследованию рабочего процесса электропневматического молотка. Изв. ТПИ, т. 75. 1954.
7. А л а б у ж е в П. М., Алимов О. Д., Цуканов А. Г. О к.п.д. удара в бурильных молотках. Изв. ТПИ, т. 75, 1954.
8. А л а б у ж е в П. М. и Алимов О. Д. Влияние усилия подачи и угла поворота бура между ударами на скорость ударно-вращательного бурения шпуров. Изв. ТПИ, т. 75, 1954.
9. А л и м о в О. Д- Исследование механизма разрушения горных пород при ударно-вращательном бурении и исходных параметров бурильных молотков. Автореферат. Томск, 1953.
10. А л и м о в О. Д. Влияние усилия подачи на скорость бурения пневматическими бурильными молотками. Изв. ТПИ, т." 75, 1954.
И. Батуев Н. М. Электрические молотки. Сб. трудов ВНИИ Стройдормаш—Исследование машин и механизмов для строительных и дорожных работ, I, Машгиз, 1950.
12. Батуев Н. М. Энергетика электрических молотков и пути повышения их производительности. Сб. трудов ВНИИ Стройдормаш VI—Исследование вибраторов и электрических молотков, Машгиз, 1953.
13. Кучеров П. С. Теория расчета злектропневматических ударных инструментов. Сб. трудов института горного дела, № 2 (11), Изд-во АН УССР, 1952.
14. Ш м а р г у н о в К. Н. Электрические молотки, Машгиз, 1950.
