Увеличение мощности пневматических ударных машин

Скорость ударного бурения прямо пропорциональна величине ударной мощности, развиваемой ударным механизмом буровой машины, умноженной на коэффициент, учитывающий потери мощности при передаче ее на рабочие лезвия бурового инструмента.

Ударную мощность можно определить как произведение энергии удара на частоту ударов в 1 с. Установлено, что частоту ударов можно увеличивать в три-четыре раза без ущерба для долговечности и надежности ударного механизма и износостойкости бурового инструмента. Увеличение энергии удара возможно при соответствующем увеличении прочностных показателей бурового инструмента и ударного механизма.

Ударная мощность, развиваемая пневматическими ударными машинами, может быть записана в виде уравнения.

где F — рабочая площадь поршня-ударника; Р — давление сжатого воздуха; 5 — ход поршня-ударника; т — масса поршня-ударника; к — коэффициент пропорциональности.

Как видно из формулы, направлениями, ведущими к существенному приросту ударной мощности пневматических ударных машин, перфораторов и пневмоударников, являются:

• 1. Повышение величины рабочего давления в цилиндре машины.
• 2. Совершенствование конструкции пневматического ударного механизма, ведущее к увеличению рабочей площади поршня.
• 3. Снижение потерь ударной мощности при передаче ее на рабочие лезвия бурового инструмента.

Увеличение рабочего давления в цилиндре пневмоударного механизма достигается за счет применения сжатого воздуха повышенного и высокого давления. Теоретически повышение давления воздуха с 0,5 до.

• 1 МПа увеличивает ударную мощность в 2,8 раза, а при повышении до
• 2 МПа — почти в 8 раз и т. д.

Экспериментальные исследования по применению сжатого воздуха повышенного (до 1,2 МПа) и высокого давления (до 2 МПа) подтвердили приведенные теоретические положения. При бурении обычными серийными перфораторами с применением сжатого воздуха с давлением 1,2 МПа скорость бурения возрастала в три-четыре раза. При этом удельный расход воздуха на бурение одного шпурометра уменьшался в среднем в полтора раза. Снижался также удельный расход бурового инструмента. Отмечалось повышение уровня шума перфоратора на 10… 15 дБ, возрастала вибрация. При бурении перфораторами с применением сжатого воздуха и давлением 2 МПа скорость бурения увеличивалась в семьвосемь раз, однако при этом бур и коронки быстро выходили из строя из-за недостаточной прочности. При условии применения для бурового инструмента сталей и сплавов с более высокими прочностными показателями успешное бурение при таких давлениях сжатого воздуха вполне реально. Опыт зарубежных фирм, применяющих при бурении пневмоударниками сжатый воздух с давлением до 3 МПа и выше, доказывает реальность этого пути повышения производительности пневмоударного бурения. Некоторое увеличение среднего рабочего давления в цилиндре пневмоударной машины может быть достигнуто за счет нахождения оптимальных параметров всех элементов конструкции и получения наиболее высокого КПД. Индикаторные диаграммы, полученные при работе различных конструкций пневматических молотков, свидетельствуют о неудовлетворительной работе воздухораспределительных устройств, недостаточных сечениях воздухопроводящих каналов и выхлопных окоп. Значительные потери давления сжатого воздуха происходят за счет малых сечений каналов в воздухопроводящей арматуре, шлангах, кранах, штуцерах. При замене элементов арматуры на большие сечения среднее рабочее давление в цилиндре пневматического молотка увеличивалось на 15…20%, соответственно увеличивалась и скорость бурения.

Рост ударной мощности пневматической ударной машины можно обеспечить за счет изменения её конструктивных элементов. Таким элементом, определяющим величину ударной мощности, развиваемой пневмоударной машиной, являются размеры рабочей площади поршняударника. При увеличении рабочей площади в 2 раза мощность возрастет в 2,8 раза, увеличение площади в 3 раза увеличит мощность в 6 раз и т. д. Увеличение рабочей площади поршня можно достичь за счет увеличения диаметра головок поршня на одном штоке, работающих в отдельных камерах, или за счёт увеличения количества поршней, наносящих удары по буровому инструменту. При повышении давления сжатого воздуха рост ударной мощности пневмоударной машины происходит одновременно за счёт увеличения частоты ударов и энергии удара. Как было указано, увеличение частоты ударов в 3−4 раза не оказывает существенного влияния на долговечность машины и инструмента. Увеличение энергии удара допустимо до значений, определенных прочностью бурового инструмента и в первую очередь прочностью лезвий буровой коронки. Фактически энергия удара современных перфораторов и пневмоударников уже достигла допускаемого значения, поэтому увеличение мощности при современном буровом инструменте возможно в основном за счёт увеличения частоты ударов. Увеличение частоты ударов при сохранении величины энергии удара можно получить при одновременном увеличении рабочей площади поршня-ударника и таком же уменьшении длины его хода.

Увеличение мощности всех видов производственного оборудования — основная тенденция в машиностроении. Пневматические ударные машины, благодаря своим конструктивным особенностям и возможности работать на повышенном и высоком давлении сжатого воздуха, создают хорошие перспективы по дальнейшему увеличению мощности этих машин, а следовательно, и увеличению скорости бурения горных пород.