CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP KHOAN ĐẬP
2.2. MÁY KHOAN ĐẬP KHÍ ÉP
2.2.3. Năng suất và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khoan
1. Năng suất:
Năng suất lý thuyết và thực tế của máy khoan đập khí ép được xác định theo tốc độ khoan lý thuyết:
; . 2
. 2 . . 27 , 1
2
m n
d
f tg d
tg n A
V
m/phút (2-22)
m N f tg h
d
Ad n m ; .
. 2 . .
2 2
(2-23)
h - được xác định theo công thức (2-6)
Sau khi xác định được V thay vào công thức (2-14, 2-15) xác định năng suất thực tế của búa khoan khí ép.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khoan khi dùng búa khoan đập khí ép:
a. Ảnh hưởng của lực dọc trục P0:
Khi khoan phải tạo lực dọc trục P0 để ép dụng cụ khoan vào đất đá, nâng cao hiệu suất đập, truyền năng lượng đập từ piston vào choòng được tốt hơn. Mối quan hệ giữa tốc độ khoan và lực dọc trục được thể hiện ở hình 2.9.
Hình 2.9. Mối quan hệ giữa lực dọc trục và tốc độ khoan.
Từ hình 2.9 cho thấy nếu tăng lực dọc trục đến một giá trị nào đó thì tốc độ khoan đạt giá trị lớn nhất, tuy nhiên giá trị này với các máy khoan khác nhau có giá trị khác nhau. Sau giá trị đó tốc độ khoan sẽ giảm, do mômen xoắn không đủ khắc phục lực ma sát giữa đầu khoan và đất đá, đồng thời làm tăng độ mòn dụng cụ khoan.
Trị số hợp lý của lực dọc trục xác định gần đúng theo công thức
P0 = 0,5. P1; N (2-24)
P1 = p.F.k1 ; N (2-25)
Trong đó:
P1- lực làm chuyển động piston về phía trước.
p- Áp suất khí nén, N/m2. F- Tiết diện piston, m2.
k1- Hệ số giảm tiết diện có ích của piston (k1 = 0,8).
b. Ảnh hưởng của áp suất khí nén:
Nếu tăng áp suất khí nén thì lực tác dụng lên piston tăng, tốc độ dịch chuyển, tần số và năng lượng 1 lần đập tăng, do đó tốc độ khoan tăng. Nhưng khi đó tiếng ồn và độ rung sẽ tăng lên, dụng cụ khoan sẽ chóng hỏng.
c. Ảnh hưởng của đường kính đầu khoan:
Thể tích đất đá được phá vỡ trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với tốc độ khoan và bình phương đường kính đầu khoan. Có thể coi tốc độ khoan tỷ lệ nghịch với bình phương đường kính lỗ khoan. Mối quan hệ này được thể hiện ở biểu thức sau:
;
1 2 2
1
n
k k k
k
d d v
v
(2-26)
n = 1 ÷ 2,5
Trong đó: vk1, vk2- Tốc độ khoan tương ứng với đường kính lỗ khoan dk1, dk2. Khi năng lượng đập lớn, đường kính đầu khoan nhỏ thì một phần năng lượng nghiền nát sản phẩm phá vỡ một cách vô ích, hình (2.10).
V, cm/phút
P0, KN
1 1,5
20 40
Hình 2.10. Mối quan hệ giữa tốc độ khoan với đường kính lỗ khoan.
- Nếu tăng đường kính, tốc độ khoan giảm, tỷ lệ nghịch với số mũ n < 2.
- Vùng tăng đường kính tốc độ khoan giảm tỷ lệ với bình phương đường kính (n = 2) rất rộng nên có thể coi tốc độ giảm tỷ lệ nghịch với bình phương đường kính.
- Nếu tăng quá d thì tốc độ khoan sẽ giảm tỷ lệ nghịch với chỉ số n > 2.
d. Ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan tới tốc độ khoan :
Khi tăng chiều sâu lỗ khoan sẽ làm tăng khối lượng của dụng cụ khoan, hiệu suất đập giảm và điều kiện thoát phoi sẽ khó khăn hơn, trị số mômen xoắn cần thiết phải tăng lên, làm giảm tốc độ khoan dẫn đến có thể ngừng khoan.
Để xác định hiệu suất đập, sử dụng hệ số truyền năng lượng khi va đập giữa các vật thể theo công thức:
;
) (
. . . 2
1 2
2 1
2 1
m m
m m
(2-27)
Trong đó:
2 1
' 1 ' 2
V V
V V
- hệ số hồi phục
V1’, V2’- Tốc độ của hai vật thể có khối lượng m1, m2 sau khi đập.
V1, V2- Tốc độ của hai vật trước khi đập
Với vật thể bằng thép có thể có ε = 1 khi đó công thức (2-27) có dạng:
;
) (
. . 4
2 2 1
2 1
m m
m m
(2-28)
Trong trường hợp có tính đến chiều dài của dụng cụ khoan và tính chất của đất đá thì:
) ; (
. .
. 4 2
2 1
2 1
m m
m m
(2-29)
Trong đó α = α1.α2 ; Hệ số kể đến tỉ lệ chiều dài α1 và tính chất của đất đá α2, α
< 1.
Từ các công thức trên cho thấy với búa khoan đập đã xác định thì m1 không đổi, tăng chiều sâu lỗ khoan thì m2 tăng làm η giảm do đó tốc độ và năng suất của máy khoan giảm.
e. Ảnh hưởng của hình dạng và độ mòn dụng cụ khoan:
Chiều dài lưỡi của dụng cụ khoan ảnh hưởng tới tốc độ khoan vì nó ảnh hưởng đến lực đập trên một đơn vị chiều dài lưỡi. Khi lực đập nhỏ thường dùng đầu khoan
v
d, mm v = f(d)
n = f(d) n
3 2 1
dạng chữ nhất hoặc đầu khoan có lưỡi không liên tục. Khi năng lượng đập lớn (2 - 3,5 KGm trên 1 cm chiều dài lưỡi) thì dùng đầu khoan chữ thập.
Khi khoan lỗ khoan lớn đầu khoan có lưỡi không liên tục có tốc độ khoan cao, độ bền của đầu khoan tăng.
Khi khoan trong đất đá nứt nẻ mạnh và phân lớp dùng đầu khoan có lưỡi vượt trước sẽ định hướng lỗ khoan tốt, lỗ khoan thẳng tâm tránh cong gây kẹt choòng.
Trong quá trình khoan đầu khoan bị mòn về đường kính, lưỡi đầu khoan cũng bị mòn và mòn mạnh nhất ở phần ngoài làm giảm tốc độ khoan, khi tốc độ khoan giảm 30-40% cần phải thay đầu khoan. Khi dùng lưỡi mới, tải trọng riêng lớn nên tốc độ khoan mòn lớn nhất. Vì vậy cần phải tạo trước diện tích mòn rộng 0,2mm khi chế tạo hoặc mài lưỡi khoan.