Перфораторы
Реферат
Перфораторы
1.Инструмент для бурения шпуров
Для бурения шпуров применяются цельные (интегральные) и составные буры (штанги). У первых коронка откована заодно с телом бура, что позволяет бурить шпуры уменьшенного диаметра 24-38 мм, у вторых коронки съемные, закрепляются на штанге конусным или резьбовым соединением.
Для переносных перфораторов по ГОСТ Р 51681-2000 применяют буры с размером шестигранника 19, 22, 25 мм и углом конусности 7°±8.° (применяются штанги с углом конусности α=2°23., 3°30., 4°46., 11° и 12°) или резьбой диаметром 22, 25 и 28 мм. Диаметр внутреннего канала 6-7 мм для подачи промывочной воды (при пылеотсосе диаметр канала обычно составляет 12-17 мм). Буры (штанги) изготовляются различной длины из пустотелой высоколегированной - 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 20Х2Н4А, 28ХНЗМ, 35ХГСА или 38ХНЗМФА (Х - хром, Г - марганец, Т - титан) с термообработкой: цементацией и нитроцементацией с последующей закалкой и отпуском. Для защиты от коррозии внутренний канал для подачи промывочной воды фосфатируют.
Круглые штанги обычно применяют для перфораторов, установленных на шахтных бурильных установках и буровых станках.
Хвостовики буров имеют форму и размеры в соответствии с концевой буксой применяемого перфоратора.
При бурении применяют набор буров: забурник длиной 0,7-1 м, а каждый последующий бур имеет длину на 0,5-0,7 м большую, чем предыдущий. Применение указанного комплекта позволяет избежать поломки буров при бурении, обеспечивая безопасные условия работы.
На выбор коронки влияют следующие свойства буримых пород: монолитные или трещиноватые; хрупкие или вязкие; абразивные или неабразивные.
Буровые коронки для перфораторов, а также для бурильных головок ударно-вращательного действия, в зависимости от количества лезвий на них, выпускаются нескольких типов: - долотчатые (в маркировке обозначаются буквой «Д») применяются при бурении малоабразивных только монолитных пород, где практически невозможно заклинивание лезвий коронки при бурении; - крестовые (буква ―К) применяются при бурении высокоабразивных трещиноватых пород; - трехперые (буква ―Т) применяются при бурении как трещиноватых, так и монолитных горных пород средней и высокой абразивности.
Необходимо иметь в виду, что чем меньше лезвий на коронке, тем выше производительность бурения, а крестовые коронки лучше обеспечивают круглое сечение шпура или скважины, что создаѐт благоприятные условия при заряжании. Коронки изготавливаются из стали 35ХГСА, 30ХГТ. Все коронки армируются или пластинами твердого сплава, или цилиндрическими твердо-сплавными вставками (штырями). Коронки, армированные пластинами (обозначаются буквой ―П в маркировке коронки), рекомендуется применять при бурении вязких пород, штырями (буква ―Ш) - при бурении хрупких пород. Расшифровка обозначения буровых коронок:
КХХ 00-00 ХХ
КХХ - Обозначение типа изделия
- Рабочий диаметр коронки
- Посадочный размер коронки
ХХ - Модификация изделия
Например, КДП 40-25-2М - Коронки долотчатые, армированные пластинами диаметром 40 мм и посадочным размером 25 мм, вторая модификация.
Типы и область применения выпускаемых буровых коронок
Обозначение коронкиНаименование коронкиОбласть применения коронкиКДП КДШКоронки (К) долотчатые (Д), армированные пластинами (тип П) или штырями (тип Ш) твердого сплава (d=32, 36, 40, 43, 46 мм)Бурение вязких (П) или хрупких (Ш) монолитных пород малой абразивностиККП ККШКоронки (К) крестовые (К), армированные пластинами (тип П) или штырями (тип Ш) твердого сплава (d=40, 43, 46, 52 и 60 мм)Бурение вязких (П) или хрупких (Ш) трещиноватых пород высокой абразивностиКТП КТШКоронки трехперые, армированные пластинами (тип П) или штырями (тип Ш) твердого сплава (d=40, 43. 46, 65 мм)Бурение вязких (П) или хрупких (Ш) монолитных и трещиноватых пород средней и высокой абразивностиКНШКоронки неперетачиваемые, армированные штырями с полусферической вершинойБурение хрупких пород высокой абразивности
Коронки типа КНШ имеют преимущества перед другими типами вследствие их повышенного ресурса и, следовательно, меньших потерь времени на замену затупленного инструмента (во время бурения эти коронки практически самозатачиваются).
Пластины и штыри коронок изготавливают из металлокерамических твердых сплавов типа ВК-8В, ВК-11B и ВК-15. Эти сплавы получают спеканием смеси порошков монокарбида вольфрама и кобальта при температуре 1350-1480 C (в зависимости от состава). Монокарбид вольфрама (WC) представлен в сплавах в виде зерен размером от 1-5 мкм, кобальт в сплаве является цементирующей основой. Цифра в обозначении сплава определяет процентное содержание кобальта; увеличение содержания кобальта в сплаве повышает его вязкость, сплав лучше выдерживает ударную нагрузку, но хуже работает на истирание. Например, коронки с твердым сплавом ВК-15 рационально применять при бурении крепких пород, хотя коронки изнашиваются быстрее; ВК-8В - при бурении пород средней крепости (f<10), т.е. меньших ударных нагрузках, при этом стойкость коронки на износ увеличивается.
По структуре металлокерамические сплавы различают: мелкозернистые (индекс ―М в обозначении коронки, размер зерен до 1 мкм), среднезернистые (без индекса в обозначении, размер зерен 1-2 мкм) и крупнозернистые (индекс ―В, размер зерен 2-5 мкм). В горной промышленности широко применяются средне- и крупнозернистые сплавы. Вследствие недостаточной прочности мелкозернистые сплавы практически не используют.
Пластины и штыри устанавливаются в соответствующие пазы в корпусе коронки и припаиваются латунным припоем. Припой применяют в виде листа толщиной 0,3 - 0,6 мм или проволоки диаметром 1,5 - 2,5 мм; в качестве флюса применяется техническая бура. Нагрев корпуса коронки при этом ведется обычно токами высокой частоты.
Конусное соединение коронки с буром или штангой обеспечивает плотное прилегание посадочных поверхностей коронки и штанги уменьшает возможность преждевременного износа и поломок корпуса коронки и конического конца бура (штанги).
Резьбовое соединение коронки со штангой применяется для мощных перфораторов и бурильных головок ударно-вращательного и вращательно-ударного действия. Применяется специальная круглая резьба, которая обеспечивает повышенную прочность благодаря отсутствию острых углов на витках и легкость свинчивания и развинчивания после бурения за счет большого угла подъема винтовой линии.
Все типы коронок, за исключением коронок КНШ, имеют клиновидную заточку - угол заострения равен 110° (передний угол составляет - 55°). При правильной эксплуатации буровая коронка практически выдерживает до 3-5 перезатачиваний. Заточенные грани лезвий притупляют до образования площадки шириной 0,5 - 1 мм. Если лезвие не притупить, то после первых ударов по породе острые кромки лезвия могут выкрошиться, что приведет к поломке твердого сплава.
По схеме расположения породоразрушающих вставок (штырей) коронки делятся на двух-, трех-, четырех-, шести и восьмиперые. Каждое перо коронки армируется от одного до трех штырей. В центральной части коронки обычно размещают от одного до семи штырей (часто штыри расположены на разных радиусах от центра). Коронки на боковой поверхности головки имеют от двух до восьми пазов различной формы и глубины, через которые осуществляется очистка забоя от буровой мелочи.
При износе штыревых коронок скорость проходки снижается на 30%. Эксплуатационные расходы возрастают самое меньшее на 40%. Потому что приходится дольше бурить скважину и увеличиваются время работы и текущие расходы на буровую установку.
2.Телескопные перфораторы
Телескопные перфораторы предназначены для бурения восстающих шпуров и скважин (с отклонением от вертикали до 45°) в породах любой крепости на очистных и проходческих работах. Для проходки восстающих выработок телескопными перфораторами используют проходческие комплексы типа КПВ или КПРС.
В соответствии с ГОСТом 18093-79 выпускаются два типа телескопных перфораторов ПТ38 и ПТ 48А. Они представляют собой перфоратор и расположенный соосно с ним телескопический податчик. Основным параметром перфоратора является его масса.
В самой бурильной машине применяются основные узлы переносных перфораторов. Конструкция телескопных перфораторов основана на ударно-поворотном принципе действия с зависимым (задним) поворотом буровой штанги. Применяется клапанная система воздухо-распределения с плоским кольцевым клапаном.
Особенностью конструкции телескопного перфоратора является отсутствие буродержателя и наличие бойка, который ограничивает перемещение буровой штанги внутрь машины. Штанга выполнена без заплечиков или буртика. Для предотвращения попадания бурового шлама внутрь перфоратора предусмотрена постоянная продувка как при бурении, так и при выключении перфоратора. Сжатый воздух подается к хвостовику штанги через трубку, которая проходит по оси перфоратора концентрично с водяной трубкой.
В качестве подающего устройства используется телескопический раздвигающийся поршневой податчик, состоящий из цилиндра и поршня со штоком. Для устранения вращения перфоратора во время поворота бура на штоке податчика предусмотрены лыски, а упор выполнен раздвоенным. Регулирование усилия подачи производится рукояткой управления телескопа. Для экстренного сброса давления опукания перфоратора вниз служит разгрузочная кнопка, расположенная на рукоятке.
Пусковой кран имеет четыре фиксированных положения: «Выключено» - кран закрыт и включена постоянная продувка; «Подъем телескопа» - перфоратор не работает, но телескоп включен; «Забуривание» - кран открыт для забуривания; «Полная работа» - кран открыт полностью для работы перфоратора и телескопа с полной нагрузкой.
Телескопные перфораторы разделяют на одностоечные (ПТ38, ПТ48) и двухстоечные (УБ2Т-С). В двухстоечных перфораторах податчик выполнен в виде двух параллельных телескопов. Перфоратор УБ2Т-С работает с пылеотсосом через штуцер в головке перфоратора.
3.Колонковые перфораторы
Колонковые перфораторы предназначены для бурения шпуров и скважин любого направления в крепких породах. Это машины повышенной мощности, использование их по назначению возможно лишь с распорных колонок, либо манипуляторов. Подача перфоратора на забой обеспечивается механическим способом посредством специального устройства. Параметры буримых шпуров и скважин: диаметр - до 85 мм; глубина - до 50 м; коэффициент крепости пород - до 20.
Выпускают колонковые перфораторы ПК 60А, ПК 75А. В качестве основного параметра принята масса перфоратора.
Колонковые перфораторы относятся к группе машин с независимым вращением бурового инструмента, и состоят из двух основных узлов - ударного механизма и вращателя. Вращение буровой штанги осуществляется отдельным тихоходным планетарным пневмомотором, выполняющим также функции редуктора. В перфораторах принято клапанное воздухораспределительное устройство, обеспечивающее запуск перфоратора в любом положении и автоматический режим его работы. Сжатый воздух в ударный механизм и во вращатель подается автономно, что позволяет оперативно регулировать параметры удара и частоту вращения независимо друг от друга. Для обеспечения развинчивания бурового става вращатель выполнен реверсивным. Направление подачи зависит от подачи воздуха к передней или задней полости вращателя.
Конструкция ударного механизма аналогична переносным перфораторам и отличается в основном усиленными основными узлами и деталями. Поршень-ударник имеет шлицевое сопряжение со шпинделем вращателя и, помимо возвратно-поступательного, совершает вращательное движение. С целью увеличения ударной мощности в перфораторе ПК75А увеличен диаметр поршня до 125 мм и применено бесклапанное воздухораспределение (золотник на поршне). Ударная мощность перфоратора увеличена на 1.6 кВт и составляет 10.1 кВт.
В колонковых перфораторах ПК60 и ПК75 осуществляется независимый от движения поршня поворот бура с помощью высоко-моментного гипоциклоидного пневмодвигателя, встроенного в корпус перфоратора.
Перфоратор ПК75 состоит из двух основных частей: ударной части и вращателя, соединенных стяжными болтами.
Ударная часть включает в себя цилиндр 4, поршень 7, клапан мотылькового типа 2, гнездо 3 клапана и крышку 20.
Поршень 7 под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно в камеры прямого 19 и обратного 17 хода, совершает возвратно поступательные движения. В конце рабочего хода поршень наносит удар по хвостовику 14, в который при работе перфоратора ввинчена буровая штанга. Удаление отработанного воздуха попеременно из камер 17 при рабочем ходе поршня и 19 при холостом ходе поршня осуществляется через выхлопное отверстие 5 и глушитель шума 6. Сжатый воздух в ударную часть подается через штуцер 1.
Вращатель предназначен для независимого вращения хвостовика 14 вместе с буровой штангой и совмещает в себе высокомоментный пневмо двигатель и планетарный редуктор. Он состоит из ротора 9 с запрессованным золотником 11, статора 15, передней 12 и задней 8 крышек и шпинделя 13.
Статор 15 представляет собой шестерню с внутренними зубьями в виде свободно вращающихся в пазах статора роликов 10. Ротор 9 свободно помещен в статоре 15, зубья которого являются опорой для ротора.
Ротор выполнен в виде шестерни с наружными круговыми зубьями, число которых на один меньше числа зубьев статора. Поэтому за одно обкатывание ротора вокруг оси статора ротор повернется вокруг своей оси только на шаг зубьев статора. Планетарное движение ротора преобразуется во вращательное движение шпинделя 13, частота которого регулируется дросселированием сжатого воздуха, подаваемого к вращателю. Сжатый воздух для работы вращателя по каналам в задней крышке 8 попадает в кольцевую полость 16, откуда поступает в распределительное устройство, представляющее собой золотник 11 с винтовыми каналами.
Вращатель является реверсивным, что облегчает развинчивание бурового става.
Перфоратор имеет центральную промывку. Промывочная жидкость попадается через штуцер 21 в водяную трубку 18, затем в хвостовик и через полую буровую штангу на забой.
.Устройство и принцип действия гидравлических перфораторов
Гидравлические перфораторы включают в себя ударный и поворотный механизмы, органы управления и источники питания. В отличие от ударно-поворотного механизма пневматичесхих перфораторов гидравлические перфораторы имеют, как правило, независимое вращение бура с помощью автономно встроенного вращателя.
Ударный механизм включает в себя поршень-ударник, устройства рабочего и обратного ходов.
Орган управления осуществляет распределение потоков жидкости для обеспечения требуемого движения поршня-ударника. Он состоит из распределительных и управляющих элементов.
Источник питания включает в себя гидронасос, приводимый в движение от электрического или другого типа двигателя, предохранительную аппаратуру, стабилизаторы давления, трубопроводы. Иногда вместо насоса используют различные типы аккумуляторов давления.
Рабочие камеры в ударном механизме могут быть либо гидравлическими, либо пневматическими, причем механизм может иметь только одну пневматическую камеру. Управляемыми могут быть только гидравлические рабочие камеры. Возможны две управляемые камеры: обратного и рабочего ходов. Отработанная жидкость может удаляться непосредственно в маслобак, вспомогательную камеру или сетевой пневмоаккумулятор. При этом для повышения КПД следует стремиться к снижению потерь энергии на удаление жидкости.
Механическая скорость бурения и стойкость бурового инструмента гидравлических перфораторов в 1,5-2 раза выше по сравнению с пневматическими перфораторами той же мощности. Использование гидравлических перфораторов дает возможность получить большую экономию энергии: затраты энергии для бурения шпура гидравлическим перфоратором в два раза меньше по сравнению с пневматическим.
Гидравлические перфораторы по способу установки и поддержанию при работе подразделяются на переносные и колонковые. Переносные гидравлические перфораторы предназначены для бурения горизонтальных шпуров с пневмоподдержки и нисходящих шпуров с рук. Переносные гидравлические перфораторы могут иметь независимое вращение буровой штанги (от специального вращателя) или зависимое (с помощью винтового храпового механизма, сблокированного с поршнем-ударником).
Колонковые гидравлические перфораторы (гидравлические бурильные головки) предназначены для бурения шпуров и скважин с податчиков и манипуляторов, установленных на каретках. Головки позволяют бурить шпуры и скважины диаметром 32-102 мм. Энергия удара 180-500 Дж, частота ударов 30-50 Гц, частота вращения бурового става 0-5 с1, крутящий момент 200-500 Н· м.
По принципу действия гидравлические перфораторы подразделяются на ударно-врашательные и вращательно-ударные.
Перфораторы ударно-вращательного действия имеют автономный ударный и вращательный механизмы, не связанные функциональной зависимостью.
По принципу действия и конструкции распределительных механизмов рабочей жидкости гидроперфораторы данного типа могут быть подразделены на машины с распределителями, работающими в режимах:
1 - автоколебательном с регулируемой длиной хода поршня-ударника;
- автоколебательном с постоянной длиной хода поршня-ударника;
- автоколебательном с жесткой связью золотника с поршнем-ударником (бесклапанный механизм управления).
Все ударно-вращательные гидравлические перфораторы данного типа оснащаются специальным устройством для предохранения от заклинивания буровой штанги. Это устройство включает в себя систему обратной подачи, которая понижает усилие подачи или реверсирует подачу, а также уменьшает удар в половину мощности, если сопротивление вращению буровой штанги достигает момента заклинивания. Эта операция осуществляется мгновенно и автоматически.
Выпуск гидравлических перфораторов производится Финляндией, Швецией, США, Швейцарией, Францией. Около 20 зарубежных фирм изготовляют более 50 моделей перфораторов. Серийные образцы гидроперфораторов различных фирм имеют много сходных принципиальных конструктивных решений. В качестве двигателя вращателя в них используются высокомоментные гидродвигатели, передающие вращение на инструмент через одноступенчатый редуктор. Большинство фирм применяют также гидропневматические аккумуляторы с мембраной чашечной формы.
телескопный перфоратор гидравлический колонковый
Литература
1. Косков Г.И. Новые материалы и конструкции крепи горных выработок. М., Недра, 2007.
. Мельников Н.И. Анкерная крепь. М., Недра, 2000.
. Механизация взрывных работ/М.Ф. Друкованный, Э.И. Ефремов, Н.М. Бондаренко и др. Под общ. ред. М.Ф. Друкованного. М., Недра, 2004.'
. Панаева Г.Г., Нанаев А.И. Горные машины и комплексы для добычи руд. М., Недра, 2002.
. Носков В.Ф., Комащенко В.Я., Жабин Н.И. Буровзрывные работы на открытых и подземных разработках. М., Недра, 2002.
. Нормативный справочных по буровзрывным работам/Ф.А. Авдеев Н.В. Гуров, В. X. Кантор. М., Недра, 2006.
. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М., Недра, 2005.
. Подземный транспорт шахт и рудников / Под общ. ред. Г.Я. Пейсаховича, И.П. Ремизова. М., Недра, 2005.
. Спиваковский А.О. Транспорт в горном деле. М., Наука, 2005.
. Справочник инженера-шахтостроителя. В 2-х томах / Под общ ред В.В. Белого. М., Недра, 2003.
. Справочник по горнорудному делу / Под ред. В.А. Гребенюка, Я.С. Пыжянова, И.Е. Ерофеева. М., Недра, 2003.
. Харев А.А. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами М., Недра, 2005.
. Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 2002.