Рис. Перфоратор переносной пневматический с центральной промывкой типа пп63В

• Название: Рис. Перфоратор переносной пневматический с центральной промывкой типа пп63В
• Дата: 18.01.2023
• Размер: 0.56 Mb.
• Имя файла: Metod_raschet_energet_par_perfor_2021_2_12121233.docx
• Тип: Документы; #893014

1. ВВЕДЕНИЕ

Пневматический переносной перфоратор представляет собой бурильную машину ударного действия и предназначен для бурения шпуров в крепких породах (коэффициент крепости f = 8 20).

Принцип работы перфоратора заключается в совершении поршнем-ударником под действием сжатого воздуха возвратно-поступательных движений и нанесения последовательных ударов по торцу бурового инструмента.

Выпускаемые перфораторы, в основном, аналогичны по устройству и отличаются лишь конструкцией воздухораспределительного механизма, способом очистки шпура от шлама, типом виброгасящей каретки и некоторыми второстепенными деталями.

Перфоратор типа ПП-63 (рис. 1) состоит из трех основных узлов: головки 1, цилиндра 2 и бурового патрона 6, соединяемых стяжными болтами 21 и гайками 22.



Рис. 1. Перфоратор переносной пневматический с центральной промывкой типа ПП63В.

В цилиндре 2 перемещается поршень-ударник 4. В головке 1 размещен пусковой кран сжатого воздуха 9 с ручкой управления 10 и детали устройства для промывки шпура водой: водяная трубка 12, детали 18,19,20 (на для подачи воды в трубку от шланга 13.

Внутри цилиндра 2 с левой стороны размещен механизм поворота бура ―С, к нему примыкает воздухораспределительный механизм ―В, обеспечивающий автоматическую попеременную подачу сжатого воздуха с той или иной стороны поршня ударника 4.

• 
  правой части цилиндра 2 запрессована направляющая втулка 3, в которой двигается шток поршня-ударника 4. Рядом, в буровом патроне 6 установлены детали поворотного механизма бура: поворотная 7 и концевая 8 буксы. В последнюю входит шестигранный конец хвостовика бура.
  

На конце бурового патрона 6 на двух болтах с пружинами установлен откидной буродержатель 5, предназначенный для удержания бура в перфораторе при извлечении его из шпура. К цилиндру 2 крепится виброгасящая каретка 23, к которой через отверстие диаметром 15,5 мм присоединяется пневмоподдержка. Глушитель шума 16 представляет собой резиновую камеру, надетую на выхлопную горловину цилиндра.

• 
  перфораторе по функциональному признаку можно выделить следующие основные части (устройства):
  

1. 
   Ударный механизм
   
2. 
   Пусковое устройство перфоратора
   
3. 
   Воздухораспределительное устройство
   
4. 
   Механизм поворота бура
   
5. 
   Устройство для удаления из шпура буровой мелочи
   
6. 
   Глушитель шума
   
7. 
   Виброзащитное устройство
   
8. 
   Смазочное устройство
   

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Основными параметрами перфоратора является: энергия удара поршня ( ), число ударов в минуту (n), угол поворота бура после каждого удара (α), крутящий момент ( ), давление сжатого воздуха (Р) и его расхода (Q).

Величина энергии удара поршня ограничивается в основном прочностью материала буровых штанг и твердого сплава коронок. В настоящее время считается допустимым для бурения шпуров диаметром около 40 мм применять перфоратор с энергией удара 50-55 Дж, для бурения скважин диаметром 85 мм можно иметь энергию удара поршня до 90 Дж. Число ударов в минуту лимитируется санитарно-гигиеническими условиями: при увеличении частоты ударов возрастает уровень шума и вредное воздействие вибрации на организм бурильщика.

Для переносных перфораторов рекомендуется частота ударов не свыше 1800-1900 в минуту. Для телескопных и колонковых перфораторов можно повысить частоту ударов до 2500-3000 в минуту, причем в этом случае надо оборудовать перфораторы глушителями шума. От величины крутящего момента зависит устойчивость работы перфоратора, особенно при бурении трещиноватых пород. Можно считать, что при бурении мелких шпуров диаметром около 40 мм требуется крутящий момент порядка 1,2Н^.м - 1,5Н^.м; при бурении глубоких шпуров эта величина должна составлять около 2,5 Н^.м.

3. УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПЕРФОРАТОРА.

Основные геометрические параметры перфоратора.

№ п/п	D, м	м	м	, м	m, кг
12	0,110	0,0040	0,0050	0,0045	3,3

При упрощенном расчете рабочего цикла перфоратора принимаются следующие допущения:

а) перфоратор расположен горизонтально;

б) давление в рабочих камерах цилиндра при движении поршня постоянно (такая картина имеет место при небольших скоростях и больших сечениях подводящих каналов);

в) поршень начинает двигаться с нулевой скоростью, а затем движется равномерно-ускоренно.

Расчетная схема перфоратора показана на рис. 2. При расчете движения поршня условно разделяется на два цикла: рабочий или прямой ход и холостой или обратный.



Рис. 2. Расчетная схема пневматического перфоратора.

D-диаметр поршня, м

d₁ -диаметр геликоидального стержня, м

d₂ -диаметр штока поршня, м

l -ход поршня, м

P -рабочее давление воздуха, Па

P_o -противодавление воздуха, Па

Прямой ход поршня.

Определяем параметры прямого хода перфоратора:

1. 
   Усилие при рабочем ходе поршня определяется из выражения:
   

Преобразуя выражение, получаем:



Р -рабочее давление в цилиндре, Па;

P_о -величина противодавления за поршнем, Па;

 S -полезная площадь поршня при прямом ходе, м²;

D-диаметр поршня, м;

d₁ -диаметр геликоидального стержня, м.

2. 
   Ускорение поршня при рабочем ходе определяется из выражения:
   

,

m-масса поршня, кг.

3. 
   Время рабочего хода вычисляется, исходя из предположения, что поршень движется равноускоренно:
   

– ход поршня, м.

4. 
   Скорость движения поршня определяется из выражения:
   

5. 
   Энергия удара поршня определяется из следующего выражения:
   

Обратный ход поршня.

1. 
   Усилие при обратном ходе поршня определяется:
   

или



– полезная площадь при обратном ходе,

– диаметр штока поршня, м.

2. 
   Ускорение поршня при холостом ходе:
   

, ,

– ускорение обратного хода поршня,

3. 
   Время холостого хода поршня:
   

4. 
   Скорость поршня при холостом ходе:
   

Зная время рабочего и холостого ходов поршня, можно определить продолжительность всего цикла.

, с.











Исходя из продолжительности цикла, можно определить:

а) количество ударов поршня в минуту:













б) полезную ударную мощность перфоратора:



-энергия удара при рабочем ходе, Дж;

n -число ударов поршня в минуту.











Определение расхода воздуха.

Расход воздуха будет определяться с учетом потерь на различные утечки и перехода его из одной плоскости в другую.

1. 
   Расход сжатого воздуха при рабочем ходе поршня можно вычислить из следующего выражения:
   

или

,

- расход сжатого воздуха при рабочем ходе, м³

2. 
   Расход сжатого воздуха при холостом ходе можно определить из следующего выражения:
   

Или



- расход сжатого воздуха за один ход.

3. 
   Расход воздуха за цикл составит:
   

.

4. 
   Расход воздуха в 1 минуту составит:
   

.



В технике принято считать расход свободного воздуха, то есть расход воздуха приведённого к нормальным условиям (нормальному давлению):

,

–коэффициент наполнения цилиндра (0,7 - 0,5);

– коэффициент потерь воздуха (1,3 – 1,5) – для изношенных машин и (1,1 – 1,5) – для новых машин.











Определение крутящего момента.

1. 
   Окружное усилие на геликоидальном стержне при обратном ходе можно определить из выражения:
   

.

Подставляем значение , получаем:

,

Α -угол подъема геликоидального стержня;

Ρ -угол трения гайки о стержень, равный 8⁰30 соответствующий коэффициенту трения скольжения.

Угол α можно определить из следующего выражения:

,





– шаг спирали геликоидального стержня

Тогда формула для вычисления угла будет иметь следующий вид:

2. 
   Определяем крутящий момент:
   

.



.



.



.



.



.

Таблица 1. Расчетные параметры перфоратора

Параметры	Ед. Изм.	Давление сжатого воздуха. Па
		Р1	Р2	Р3	Р4	Р5
	Нм	47,19	53,93	60,67	67,41	74,15
	Дж	14,95	17,08	19,22	21,35	23,49
n		10030	10722	11373	11988	12573
N	Bт	2498,74	3052,88	3642,82	4266,52	4922,25
Q		395452,6	461189,1	529928,6	601562,6	675990,2

На основании данных таблицы строятся зависимости:



На основании полученных расчетных данных, и техническим характеристикам базовых моделей переносных перфораторов, приведенных в таблице Приложения № 2, определяем, что тип перфоратора соответствует ПР20.







5. СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Грабчак Л.Г., Несмотряев В.И., Косьянов В.А. и др. «Горнопроходческие машины и комплексы». Учебник для вузов. М., Издательский дом «ИН-ФОЛИО», 2012

2. Грабчак Л.Г., Багдасаров Ш.Б., Несмотряев В.И. и др. «Горноразведочные работы». Учебник для вузов. М., ВШ, 2003.

3. Косьянов В.А., Несмотряев В.И., Шендеров В.И. и Яшин В.П. «Расчет энергетических параметров перфоратора». Методическое пособие. М., РГГРУ., 2016.

Приложение 2





2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Основными параметрами перфоратора является: энергия удара поршня ( ), число ударов в минуту (n), угол поворота бура после каждого удара (α), крутящий момент ( ), давление сжатого воздуха (Р) и его расхода (Q).