CC BY
23
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 78 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1955 г.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ БУРИЛЬНЫХ МОЛОТКОВ
О. Д. АЛИМОВ
В послевоенные годы заводами Советского Союза создано много высокопроизводительных машин для механизации тяжелых и трудоемких процессов в горнорудной, угольной и строительной промышленности. В том числе созданы новые, более совершенные и более производительные пневматические бурильные молотки типа ОМ-бОб, КЦМ-4 и др., применение которых позволило значительно увеличить производительность буровзрывных работ.
Выпуск нашей промышленностью бурильных молотков с различными техническими характеристиками и различными приспособлениями для облегчения их эксплуатации (ручных, телескопных и колонковых бурильных молотков) дает возможность наиболее целесообразно подбирать и использовать их для различных условий ведения горных работ.
Так, для бурения шпуров в крепких породах при проходке подготовительных выработок созданы колонковые бурильные молотки типа КЦМ 4, установленные на автоподатчиках. Колонковые бурильные молоткн успешно применяются и при обуривании забоя при добыче руд.
Телескопные бурильные мологки ПТ-30 и ТП-4 дали возможность значительно облегчить работу бурильщиков при наиболее трудоемком процессе бурения шпуров, направленных вертикально вверх. Это позволило стахановцам-бурильщикам перейти на одновременную работу двумя и даже четырьмя бурильными мол >тками.
Значительно снизилась трудоемкость и при бурении горизонтальных и наклонных шпуров ручными бурильными молотками за счет применения лневмоподдержек. При бурении ручными бурильными молотками с пневмо-поддержек усилие для поддержания молотка в нужном положении, а также частично усилие для подачи осуществляется за счет телескопической иневмоподдержки. Благодаря этому значительно изменилась роль бурильщика в процессе бурения, которая сводится в основном к регулированию работы бурильного молотка и поддержке бурильного молотка от бокового перемещения. Это позволило понизить влияние отдачи молотка на здоровье бурильщика, увеличив вес так называемых ручных бурильных молотков до 50—35 кг и вследствие этого увеличить их мощность и производительность.
Дтя бурения шпуров и глубоких скважин большого диаметра в породах высокой крепоаи Криворожским заводом „коммунист" за последние годы созданы мощные колонковые бурильные молотки весом 50—70 кг.
Однако имеющееся разнообразие конструкций выпускаемых бурильных молотков создает ряд трудностей при их выборе и эксплуатации. Так» например, в настоящее время имеется до 9 типов ручных бурильных молотков, ряд из них различается на основании мелких (н^ принципиальных) конструктивных отличий (ОМ 506л, <ЭМ-506м, П>\-о08).
Выбор бурильного молотка для тех или иных условий работы, пра-
вильная оценка его качества затрудняется ввиду отсутствия в литературе сравнительных технических характеристик бурильных молотков, полученных при одних и тех же условиях эксплуатации или испытания. Поэтому значительный интерес представляют данные лабораторных и промышленных испытаний пневматических бурильных молотков, выпускаемых заводами Советского Союза, которые были проведены в 1952—1953 г.
Лабораторные испытания проводились кафедрой горных машин и рудничного транспорта на Томском электромеханическом заводе. Промышленные испытания проводились межведомственной комиссией на руднике Сокольном Лениногорского полиметаллического комбината.
Задачей испытания было установление сравнительных технических характеристик бурильных молотков, в зависимости от давления воздуха в пределах 4—7 ати.
Все молотки, выпускаемые заводами Советского Союза-(за исключением тяжелых колонковых бурильных молотков Криворожского завода „Коммунист"), были испытаны по единой методике, на одних и тех же лабораторных установках и в одних и тех же производственных условиях. Полученные при этом результаты приведены в табл. 1, 2.
Данные по тяжелым колонковым бурильным молоткам типа КС-50, ПК-60 и КТ 70, а также по ручному молотку РТ-38 приведены на основании лабораторных испытаний Криворожского завода „Коммунист14.
Для возможности сравнения тех и других данных в табл. 1, 2 приводятся характеристики молотков при работе с давлением воздуха—5 ати. Из табл. 1—2 видно, что даже однотипные молотки при работе на одном и том же давлении воздуха имеют различные технические характеристики и различный окончательный результат—скорость бурения.
Как известно [1—6J, основными параметрами, определяющими скорость ударно-вращательного бурения, являются энергия удара, число ударов и число оборотов бура. На основании данных испытаний можно установить, что числовые значения этих параметров для пневматических бурильных молотков при давлении воздуха 5 ати находятся в пределах, указанных в табл. 3.
Одновременное увеличение энергии и числа ударов современных бурильных молотков без изменения их конструкции и габаритов возможно за счет увеличения давления сжатого воздуха. Как видно из рис. 1 и 2, увеличение давления сжатого воздуха с 4 до 7 ати увеличивает энергию удара молотка на 70—80°/© и число ударов на 17—25°/0. Это приводит к значительному увеличению скорости бурения. Скорость бурения ручными и телескопными бурильными молотками, рис. 3 и 4, при увеличении давления воздуха с 5 до 7 ати увеличивается при бурении по горной породе крепостью /~8 —10 (по шкале профессора Протодьяконова) на 30—140°/0; при бурении по горной породе /*— 14 —15 соответственно на 26—Ю0°/0. Скорость бурения колонковыми бурильными молотками типа КЦМ-4 соответственно увеличивается на 90—50%.
Кроме того, при увеличении давления сжатого воздуха до 7 ати у большинства молотков увеличивается изотермический коэффициент полезного действия (рис. 5), уменьшается общий расход электроэнергии на один погонный метр шпура, режим работы молотка становится более устойчивым. Сравнение основных показателей бурильных молотков при давлении 5 и 7 ати приведено в табл. 4.
Наибольший изотермический к.п.д., а следовательно, и наиболее целесообразное преобразование энергии сжатого возауха в энергию ударов достигается в бурильных молотках ОМ-506, ПА-23, Í1P-35, где при давлении воздуха 7 ати изотермический к.п.д. достигает 25%. Это дает основание сделать вывод, что в этих бурильных молотках соотношение основных параметров лучшее по сравнению с другими.
Рис. 1
Давление воздуха, атн. Рис. 2
Давление воздуха в ати. Давление воздуха в ати.
Рис. 3 Рис. 4
№ II. п. Ручные бурильные молотки
Техническая характеристика РП-17 РПМ-17 ОМ-506 СШ-506 м ПМ-508 | ПА-23 ПР-35 ПР-ЗОК
1 Вес молотка, кг........ 16,5 | 18,5 29,5 29,5 — 22,3 28 30
2 Диаметр цилиндра, мм..... 60 ! 60 65 63,5 63,5 68 72 76
3 Ход поршня, мм........ 45 45 60 — — 60 65 74
4 Вес поршня (бойка), кг .... . 1,625 1,625 1,725 1 2,0 1 2,0 1,8 2,25 2,7
5 Скорость поршня (бойка) перед ударом, м\сек......... 5,5-5,8 5,4-5,9 6,7-6,8 6,56 6,24 6,0-6,5 6,5 6,5
6 Энергия удара (на бойке), кгм . 2,6—2,8 2,7—2,9 4.0-4,1 4,45 4,0 3,4-3,9 4,9 5,8-6,0
7 Число ударов при бурении в мин 1750 1733-1770 1617-1650 1600 1600 1850-1915 1Т83- 1817 1440
8 Шаг резьбы геликоидального стержня, мм........ 800 800 800 750 650/550 781,5 781,5 960
9 Число оборотов бура при бурении в мин...... 75 150 330 240 178 214 300 240
Усилие подачи при замере числа ударов и оборотов, кг . - . . 48 48 48 48 1 48 48 48 48
10 Максимальный крутящий момент на буре, кгсм........ — 68 58 — 88 87 —
1 о ^ ' Соотв. число опорптов 15 МИН . . 75 80 к» 60 —
п. п.
Техническая характеристика
Скорость бурения породы при \ крепости / гг8 — )0,мм\мин . |
РП-17 170
РПМ-17 115
Объёмная работа разрушения кгм\смА ...........
12
Скорость бурения породы при крепости /— 14—15 мм(мин) .
14,7--20 14,4—26,7
1
I
95 |
97
Объемная работа разрушения, кг\см*............! 26,4-37,7
13
Диаметр буровой коронки при определении скорости бурения, мм......... . .
45
29 -31,7
45
14
Расход воздуха в м?\мик .
1,9-2,9 ! 2,?—2,4
15
Мощность, затрачиваемая на ра- Г боту молотка, кет 5,65 -8,6
6,55-7
16
17
Мощность, затрачиваемая на компрессоре, кет........I 12,6-19 | 34,5—15,7
Мощность на штоке поршня, кет \ 0,75-0,85
0.77—0,84
18
Отношение веса молотка к развиваемой мощности, кг\квт . .
20,6
19
Изотермический к. п. д. молотка,ч\ 11,3—10,'
20 • Общий к. гк д. установки, Н .
6,4 4,7
23,2
12,6
5,7
Продолжение табл. 1
Ручные бурильные молотки
ОМ-506 ОМ-506 м ПМ-508 ПА-23 ПР-35 ПР-ЗОК
238 240 189 155 70 230
21—22,3 20,8 ' — 28-29,7 20-21,6 25-33
140 135 150 120 185 250
3,35—? 8 37 37,5-38 30-33 24—30
45 45 45 45 45 45
2,6—2,65 2,65 2,3 2,4-2,5 2,6-2,75 3,0
7,8 6,8 7,0-7,4 7,7—8,2 9,0
17,5 — 15,7—16,4 17—18,1 19,8
1,06-1,1 1.17 1,02-1,23 1,43 —1,46 1,57-1,72
27.0 25,2 21,8-18,1 19,3 19—17,4
14,2-14,9 15,6 15,3 — 17,3 19,2—18,4 18,0-19,7
6,4-6,7 7,0. . — ■ ■ ОД - 7,* 8.6-8,:; .8,1—8,9
№ п. п.
Технические характеристики
Телескопные бурильные молотки
Колонковые бурильные молотки
ПТ-30
Вес молотка, кг
2 Диаметр цилиндра, мм
30
60
Ход поршня, мм
Вес поршня (бойка), кг
68
,88
:> Скорость поршня (бойка) перед ударом, м'сек............
6 1 Энергия удара (на бойке),кгм
6,5
4- 4,1
7 Число ударов при бурении в мин.
2100
Шаг резьбы геликоидального стержня, мм.......-........\ 731,5
ТП-4
К-ЦМ-4
КС-50
ПК-60
45
60
39.6
50
68
60
88
90 89
2,5
2,9
4,1
5,24
6,3- 6,5
5,2—5,4
6,45-6,7.
6,2-6,7
6,6
7.0
9,2
1600
1800
13,1
1570 1225—1240
960
1000
КТ-70
73 100
77
6,7
5,9-6,4
12,14
1200-1300
Число оборотов бура в минуту при | бурении........../. . . \
170
120
200
105
105—110
10
Максимальный крутящий момент на бу-♦ ре, кг\см . ..........
88
58
128
335
435
92-110
Скорость бурения., породы при крепости / = 8"— 10.ым\мин.......
30
285
390
1 (роде» л ж е 1111 е т а/>л. 2
№ п. п. Технические .характеристики Телескопные бурильные молотки - ; Колонковые бурильные молотки
ПТ-30 ТП-4 КЦМ-4 К С-50 ПК-60 КТ-70
| Объемная работа разрушения, кгм\см3 18,5—25,3 17,3—27,4 23 ■ — — - —
12 Скорость бурения породы при крепости /—14 — 15, мм ¡мин ....... 115 240 380 83х 137х 129*
13 Расход воздуха, мЦмин........ 2,38-2,5 3,8-4,2 4-4,4 4,8— 4,9 3,9 5-5,1
1 14 Мощность, затрачиваемая на работу молотка, кет............ 7-7,4 11,2-12,4 11,8-13,1 14,2—14,5 11,5 14,8-15,0
15 Мощность, затрачиваемая па компрес-■ соре, кет............ 15,5-16,5 25-27,7 25,3-29,1 31,6-32,4 25,6 : 32,8-34,2
16л Мощность на штоке поршня, кет . . . 1,3 1,4 1,92. 2,36 2,64 2,37-3,0
: 17 Отношение веса молотка к развиваемой мощности, ■ к?\квт......... 23 38,6 20,3 21 22,5 1 30—24,5 ;
18 Изотермический к. п. д. молотка, % . .- 18,3—19,3 13,0-11,7 17—45,2 17,2-16,7 23 17-20
. 19 Общий к. п. д. установки, н ..... 8,2—8,7 5,85-5,3 7,65-6,85 7,75-7,5 10,3 3,65-9,0
*) Скорость бурения определена при бурении коронкой диаметром 85 мм.
Т а б л и ц а 3
Показатель
Бурильные молотки
1. Энергия удара, кгм . .
а) при весе поршня (бойка), кг .
б) при скорости перед ударом, м\сек
2. Число ударов в мин. при бурении
3. Скорость бурения, мм\мин . .
а) по породе ....
б) по породе /— 14-ь 15
4. Объемная работа разрушения, '
кгм\см%.
а) при бурении по породе
/= 8-4- 10 .....
б) при бурении но породе /— 14 — 15..........
Ручные | Телескопные i Колонковы t
2,6-6 1 4— 5,5 í 6—14
1,654-2,7 í 1,88—2,5 ! j 2.9-1-6,4
5,4-6,8 ! 6.3-6,5 ! 5,9-^-7,0
1600—1916 ; 1600—2('00 ! 1200-¿-180ü
150—270 ; ' 250f285 f 390 и более
. 9.W2Í0 215--240 ! 3S0 н боле- i
30 - М 4,7 25,5-;-17
38 —24 j- 55-21 i
К сожалению, пока невозможно ответить на вопрос, насколько близок этот км.д. к теоретически возможному и целесообразному, следовательно» л насколько соотношения основных конструктивных параметров в современных бурильных молотках близки к оптимальным, так как в настоящее время нет еще для этого достаточно разработанной теории. Отсутствуют так же данные о влиянии на работу бурильных молотков различных конструктивных выполнений механизмов воздухораспределеиия, устройств для вращения бура, наличия промежуточных ударников (в молотках ТП-4 и ПТ-30), величины зазоров и качество смазки. Влияние этих факторов должно быть выявлено при специальных исследованиях.
Мощность, затрачиваемая при бурении пневматическими
бурильными молотками
Мощность, затрачиваемая при бурении пневматическими бурильными молотками, расходуется:
1) на создание необходимой энергии удара;
2) на преодоление сопротивления вращения бура;
3) на подачу бурильного молотка;
4) на осуществления промывки и продувки шпура.
Так как определение мощности, затрачиваемой отдельно па ударный и поворотный узлы в пневматических бурильных молотках, представляет значительную трудность, то абычно при испытаниях определяют общую мощность, затрачиваемую на работу бурильного молотка при бурении. Последняя выражается или через расход сжатого воздуха в л* ¡мин'или через мощность, затрачиваемую на компрессоре в кет. Как видно из табл. 1 — 2, мощность, затрачиваемая непосредствднно на работу бурильного молотка при давлении 5 ama, составляет для ручных 5,65 -f-1,3 кет; для телескопных 7-^-12,4 кет; для колонковых 11,8-^-15 кет.
Если принять, что при бурении шпуров глубиной до 2 м и диаметром 42-*- 45 мм бурильные молотки работают устойчиво при числе оборотов бура 100—200 в минуту, что соответствует среднему крутящему.моменту на буре 75-г 25 кг/см [3], то мощность, необходимая для вращения бура, составляет N = 0,076 — 0,051 кет. Как показано Н. Н. Есиным [7], коэффициент полезного действия поворотных устройств современных бурильных молотков составляет—14°/0. Тогда на вращение бура расходуется N = 0,55-1-0,36 кет. Остальная часть энергии, подводимой к молотку, расходуется ударным узлом. Для создания оптимального усилия подачи
* | Энергия ! УДара Скорость Число ударов при бурении Бурение по породе с крепостью /= 8 -г 10 Бурение по породе с крепостью /= 14 -f 15 Мощность Отношение
Бурильный молоток ч п о 03 S н г о а ее j кгм 1 ! ! % 1 поршня перед ударом, м\сек в мин Н X >-> П f> о в е * о « X S о « » Си ^ Средняя скорость бурения в мм/мин Расход эл. энергии на 1 я. м> шпура, квт\ч Средняя скорость бурения в мм/мин Расход эл. энергии на In. м. шпура, квт!ч электродвигателя компрессора, затрачиваемая на работу бурильного молотка, кет веса на единицу мощности, кг;кет
РПМ-17 5 7 2,8 3,9 100 140 5,75 6,8 1750 1883 100 107 2,3 2,6 113 280 2,26 1,15 97 220 2,72 1Н7 15,7 19,3 23,2 15,4
ПА-23 5 7 3,5 100 5,20( 149 6,15 7,5 1890 2160 100 114 2,5 3,0 156 328 1,76 1,14 120 245 2,31 1,55 16,4 22,3 21,3 12,5
ОМ-506 м 5 7 4,45 6,23 100 140 6,56 7,8 1625 1830 100 ИЗ 2,65 3,3 241 380 1,21 1,08 135 280 2,17 MS 17,5 24,5 25,0 15,8
ПМ-508 5 7 5,0 — 6,8 1560 1710 100 110 2,4 3,0 188 390 — 150 300 — —
ПР-30 к 5 7 5,8-6 6,5—6,6 1400 1680 1710 1890 100 122-112 з',о 4,0 230 500 1,48 1,00 245 300 1,35 1,66 19,8 30,0 —
ТП-4 7 1 5,3 7,8 100 147 6,45 7,8 — 4,2 4,7 282 385 1,65 1,53 240 295 1,92 2,СО 27,7 I -35,0 [
1 КЦМ-4 I 1 5 7 6,5 8,9 100 137 . 6,6 7,7 — — 4,0 5,2 392 560 1,19 1,15 280 435 3,67 1,48 <29,0 38,6 —
'60—100 кг при скорости бурения-¡- 100 500 мм!мин необходима затрата „мощности 0,001—0,01 кет. На промывку шпура при расходе воды 5 л!мин и давлении 4,5—6 атм |9] затрачивается не более 0,010 кет. Таким образом, наибольшая часть мощности при бурении расходуется на создание необходимой энергии ударов и на вращение бура. Суммарная мощность на поворотном устройстве бура и поршне в ручных и телескопных бурильных молотках составляет 0,801,8 кет. Тогда при рабочем давлений воздуха 5 ати и расходе воздуха 2—3,8 м*1мин изотермический коэфн фициент полезного действия молотка составляет 30,4 — 20°/0, а общий к.п.д. установки 4,7 —8,9Г70. табл. 1—2.
При этом общая затрата мощности на один работающий ручной молоток составляет до 20 кет, а на колонковый—до 34,2 кет.
Баланс энергии при бурении пневматическими бурильными молоткамц приведен на рис. 6. Крайне малый коэффициент полезного действия существующих бурильных молотков требует изыскания способов его увеличения как на основе тщательного изучения рабочего процесса пневматиче^ сквх молотков и их возможностей, так и на основе создания бурильных ■ молотков с иными, более экономичными процессами [2).
ЛИТЕРАТУРА
1. А л а б у ж е в П. М., А л и м о в О. Д. Влияние усилия подачи и угла поворота б\гра между ударами на скорость ударно-вращательного бурения шнуров, Изв. ТПИ, т. 75, 1954.
2. А л а б у ж е в П. М. и Алимов О. Д. К вопросу о конструировании электропневматических машин ударного действия. Изв. ТПИ, том 78, 1954.,
3. 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.
4. Алимов О. Д. Влияние усилия подачи на скорость бурения пневматическими бурильными молотками. Изв. ТПИ, т. 75, 1954.
5. Б у ч н е в В. К. Буро-взрывные работы. Углетехнздат, М., 1950.
6. В о р о ш и л и II И. Р. Механизация горных работ. Металлургиздат, Свердловск— Москва, 1952.
7. Ее к п Н. Н. Анализ диаграмм рабочего процесса легких бурильных молотков, ЗСФАН, 1953.
8- Ш г е й н с р Л. А. Физические основы механики горных пород. Гостоптехиздат, М, 1950.
9. Временное руководство по • бурению шпуров с боковой промывкой. Углетехнздат, 1053.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Следует читать # По чьей виче допущены опечатки
7 табл. 1 ■ 2 X 2 X 2,4 2X6X2,4 Редакции
16 рис. 4 = 79 м. х0 = 7,9 м. Автора
35 23 сн. для 10 для 9 Автора
92 рис. 6 65 о/о 55% Автора
98 табл. 2 графа 6 а^ а Автора
131 « пункт 8 установки установка Автора
131 пупкт 14 установки установка Автора
132 ■ 7 св. маневровых маневровой Автора
1Л4 3 сн. одинаково почти одинаково Автора
163 16 св. гг. / / ^ л гф2 Редакции
