СРОП № 4
Изучение конструкции, технических характеристик,
силовых и режимных параметров бурильных машин
вращательного действия
6.1 Цель работы
Ознакомить студентов с принципом работы, конструкцией и техническими характеристиками машин вращательного действия.
Оснащение занятия: кинематические схемы колонковых сверл с механической и гидравлической подачей, фотоматериал, иллюстрации, проспекты, фильмы на DVD и CD-RW дисках.
6.2 Машины вращательного бурения.
Вращательное бурение шпуров и скважин применяется для пород ниже средней и средней крепости. Преимуществом вращательного бурения является возможность широкого применения электропривода, который значительно дешевле пневматического (электрическая энергия в 6÷8 раз дешевле пневматической).
К основным типам машин вращательного бурения относятся:
электросвёрла ручные и колонковые;
электросвёрла с длинноходовыми автоподатчиками на самоходных буровых каретках. В качестве инструмента для указанных типов свёрл применяются твёрдосплавные коронки двухперые и торцового резания диаметром 35÷46мм;
станки с электроприводом для бурения взрывных скважин твёрдосплавными коронками. Инструмент аналогичен инструменту, применяемому для электросвёрл, но имеет диаметр 55÷80мм;
станки шарошечного бурения взрывных скважин. Породоразрушающий инструмент – шарошки;
буросбоечные и гезенко-бурильные машины.
Все свёрла имеют примерно одинаковую принципиальную схему. Они состоят из двигателя (электрического, пневматического или гидравлического) с редуктором и шпинделя, в патроне которого крепится хвостовик штанги с резцом.
Колонковые свёрла объединяют в своей конструкции бурильную головку и податчик. Из-за большой массы такие свёрла устанавливают на распорной колонке. Подача инструмента на забой осуществляется выдвижением шпинделя неподвижного сверла.
Колонковые свёрла по способу подачи инструмента на забой подразделяются на свёрла с механической и гидравлической подачами.
На рисунке 6.1 изображена кинематическая схема колонкового сверла с механической подачей. Крутящий момент от электродвигателя 1 через систему шестерен 4-5, 6-11 и 3-12 передается направляющей втулке 13, которая двумя внутренними выступами входит в продольные пазы ходового винта 18, заставляя его вращаться, наличие пазов позволяет подавать винт 18 вперед и назад во время вращения.
Рисунок 6.1 – Кинематическая схема колонкового электросверла
На конце ходового винта укрепляется шпиндель 16, в который при бурении вставляется хвостовик буровой штанги.
Блок шестерня 11-3 свободно вращается на валике подачи 2, причем на торцевой поверхности шестерни 11 закрепляется зубчатый венец 10, при помощи которого вращение может передаваться переключающей муфте 9; переключающая муфта 9 заставляет вращаться валик 2, который при помощи цилиндрической пары 17-14 передает вращение гайке подачи 15 ходового винта. При включении муфты 9 гайка подачи 15 вращается с угловой скоростью большей, чем угловая скорость ходового винта 18, благодаря чему он получает поступательное движение вперед; большая частота вращения достигается соответствующим подбором передаточных чисел приводных шестерен. Муфта 9 позволяет также затормозить шестерни 17 и 14, благодаря чему ходовой винт 18, вращаясь в неподвижной гайке 15, будет подаваться назад. При выключенной муфте 9 гайка подачи 15 увлекается силой трения и будет вращаться с той же частотой вращения, что и ходовой винт, т. е. поступательное движение винта при этом не будет иметь места. Муфта 9 управляется рукояткой 7.
Таким образом в работе винтовой пары шпиндель 16 (винт) – резьбовая втулка 15 (гайка) могут быть три характерных случая: когда угловая скорость гайки больше, равна или меньше угловой скорости винта, что соответствует перемещению винта относительно гайки вперёд, отсутствию перемещения и перемещению назад, т. е. подаче инструмента на забой, нейтральному положению и отводу от забоя.
Скорость подачи шпинделя на забой JП, мм/мин, определяется по формуле:
, (6.1)
где nВ и nШ – частоты вращения резьбовой втулки и шпинделя, об/мин;
h – шаг резьбы, мм.
Изменение частоты вращения шпинделя достигается изменением передаточного отношения шестерён редуктора или частоты вращения ротора двигателя.
Наиболее плавное регулирование усилия подачи достигается на свёрлах с гидравлической подачей (рисунок 6.2).
 |
1 – шпиндель; 2 – втулка; 3, 4, 5, 9, 11 – пары шестерен; 6, 7 – шестерни; 8 – гидроцилиндры; 10 – электродвигатель; 12 – гидронасос; 13 - предохранительный клапан; 14 – распределительный кран; 15 – рукоятка крана; 16 – масляный фильтр; 17 – резервуар.
Рисунок 6.2 – Кинематическая и гидравлическая схемы
колонкового сверла ЭБГП - 1
В свёрлах типа ЭБГП-1 крутящий момент от асинхронного электродвигас короткозамкнутым ротором, имеющим мощность 2,5 кВт, через пары шестерен 9, 4, 5 и 3 передаётся вращающей втулке 2 и далее через шпонки – шпинделю 1. Изменение частоты вращения шпинделя (170 и 315 мин-1) осуществляется переключением блока шестерен 6 на шестерни 5 или 7. Для осевой подачи шпинделя 1 на забой на величину 900 мм применены два гидравлических цилиндра 8, питающихся от специальной гидросистемы. Шестерённый насос 12 с подачей 4,5 л/мин приводится во вращение от электродвигачерез пару шестерён 11.
Масло из резервуара 17 через масляный фильтр 16 поступает в насос, а затем под давлением через предохранительный клапан 13 к распределительному крану 14. При перемещении золотника распределительного крана рукояткой 15 масло поступает в правые (поршневые) или левые (штоковые) полости цилиндров 8. Этим изменяется направление осевого перемещения шпинделя 1 сверла и бурового инструмента. Гидравлическая система позволяет изменять усилие подачи сверла от 103 до 1,5 × 104 Н и обеспечить скорость подачи до 0,023 м/с.
Скорость бурения этими свёрлами автоматически изменяется в зависимости от крепости породы и затупления бурового инструмента при неизменённом усилии подачи.
Буросбоечные и гезенко-бурильные машины предназначены для бурения вертикальных и наклонных скважин большого диаметра 150 – 1500 мм и глубиной до 150 метров.
Буросбоечные машины применяются в угольной промышленности при обработке крутых и пологих пластов для бурения сбоек, необходимых для нарезки лав, спуска воды, вентиляции, дегазации пластов.
Гезенко-бурильные машины применяют в рудной промышленности для бурения вертикальных или круто наклонных восстающих гезенков, предназначенных для перепуска и аккумулирования руды, вентиляции и т. п.
По типу исполнительного органа оба вида машин подразделяются на машины с резцами (буросбоечные машины) и с шарошками (гезенко-бурильные машины).
Бурение производят в два этапа: бурение передовой скважины диаметром до 400 мм с последующим её расширением до требуемых размеров разбуриванием сверху вниз или снизу вверх.
На рисунке 6.3 показана буросбоечная машина СБМ-3У. Машина доставляется к месту работы на тележке. При установке в забое машина 1 раскрепляется распорными стойками 2.
Рабочий инструмент состоит из забурника 4, расширителей прямого и обратного хода 5 и 11, опорных фонарей 7 и буровых штанг 6 со шнеками 8 для удаления буровой мелочи, улавливаемой сборником 10. Буровые штанги трубчатой конструкции имеют соединительную конусную резьбу и крепятся в буровом замке 9. По мере углубления скважины на длину штанги последнюю поддерживают с помощью подхвата 3, а буровой замок спускают до отказа вниз. Опорные фонари устанавливаются через шесть-восемь штанг (3,6÷4,8м) и предотвращают искривление бурового става в скважине. Забурник обеспечивает заданное направление скважине, а расширители 5 и 11 – прорезают кон
центрические щели. Целики, остающиеся между щелями, разрушаются роликовыми скалывателями.
1 – буросбоечная машина; 2 – распорные стойки; 3 – подхват; 4 – забурник;
5 – расширитель прямого хода; 6 – буровая штанга; 7 – опорные фонари;
8 – шнеки буровых штанг; 9 – буровой замок; 10 – улавливатель;
11 – расширитель обратного хода
Рисунок 6.3 - Расположение в выработке машины СБМ – 3У
С помощью редуктора и дифференциально-винтовой передачи шпинделю станка обеспечивается вращение и подача снизу вверх или сверху вниз (соответственно при бурении и разбуривании скважин), вращение без подачи и маневровая подача вверх и вниз без вращения шпинделя.
Гезенко-бурильные машины по принципиальной схеме и компоновке узлов аналогичны буросбоечным машинам. Применяются для бурения гезенков и рудоспусков в рудах и породах средней крепости и крепких.
Таблица 6.1 – Техническая характеристика горных ручных электросверл
Параметры | ЭР14Д-2М | ЭР18Д-2М | ЭРП18Д-2М | СЭР-19М |
Мощность электродвигателя получасовая, кВт | 1,0 | 1,4 | 1,4 | 1,2 |
Частота вращения шпинделя, с-1(об/мин) | 14,3 (860) | 10,7 (640) | 5 (300) | 5,7; 11,6 (340; 700) |
Усилие подачи, Н | -- | -- | 3000 | -- |
Масса, кг | 16,5 | 18 | 24,5 | 16,5 |
Таблица 6.2 – Техническая характеристика колонковых сверл
Параметры | Тип колонкового сверла | ||
ЭБК-2А | ЭБК-5 | ЭБГП-1 | |
Мощность электродвигателя, кВт | 2,7 | 1,8-4,2 | 2,5 |
Скорость вращения шпинделя, об/мин | 205 | 152-305 | 170; 315 |
Скорость подачи шпинделя (max), мм/мин | 590 | 439-878 | 0-1400 |
Ход шпинделя, мм | 890 | 890 | 900 |
Максимальное осевое усилие, Н | 10000 | 15000 | 15000 |
Масса, кг | 110 | 110 | 130 |
Таблица 6.3 – Буросбоечные и гезенко-бурильные машины
Параметры | СБМ-3У | МБС-3 | БАВ-1(гезенк) |
Диаметр скважины, мм: при бурении при разбуривании | 390 850 | 390 850 | 1000 -- |
Угол подъёма скважины, (градус) | 0÷90 | 0÷90 | 50÷90 |
Длина скважины, м | 70÷150 | 40÷100 | 90 |
Производительность, м/ч: при бурении при разбуривании | 5,4 2,85 | 9,8 6,4 | 0,5 -- |
Установленная мощность двигателей, кВт | 16 | 16 | 44 |
Рабочие размеры при работе, м: длина ширина высота | 2,28 1,16 2,3 | 2,67 1,16 2,1 | 2,8 1,35 2,9 |
Масса, т | 2,9 | 1,7 | 5,0 |
6.2. 1 Порядок выполнения лабораторной работы
6.2.1.1. Начертить кинематическую схему колонкового сверла с механической подачей.
6.2.1.2 Начертить кинематическую схему колонкового сверла с гидравлической подачей.
6.2.1.3 Изобразить расположение в выработке машины СБМ – 3У.
6.2.2 Содержание отчета
Отчет должен содержать краткие сведения материала, изучению которого посвящена лабораторная работа, с поясняющими схемами и рисунками. Отчет защищается у преподавателя.
6.2.3 Контрольные вопросы:
1) Основные типы машин вращательного бурения.
2) Принципиальная схема любого электросверла.
3) Осветить работу колонкового электросверла с механической подачей на основе его кинематической схемы.
4) Назвать три характерных случая в работе винтовой пары шпиндель (винт) – резьбовая втулка (гайка).
5) Каким образом можно изменить частоту вращения шпинделя в свёрлах с механической подачей?
6) Объяснить принцип работы электросверла с гидравлической подачей.
7) Область применения буросбоечных и гезенко-бурильных машин.
8) Исполнительные органы буросбоечных и гезенко-бурильных машин.
9) Каким образом производят бурение буросбоечными машинами.
10) Рабочий инструмент буросбоечной машины СБМ-3У.
11) Принцип работы машины СБМ-3У.
6.2. 4 Список использованных источников
1 Справочник механика рудной шахты. Под ред. . М.: Недра, 1978. – 583 с.
2 , Гетопанов машины:Учеб. для техникумов. – М.: Недра, 1989. – 304 с. ил
