Actualmente, en la excavación de túneles rocosos, a pesar de la gran variedad de formas de los picos, que satisfacen las necesidades de excavación en diferentes tipos de roca, la estructura simple del pico en forma de cuña con inserciones de carburo, su alta velocidad de perforación y la facilidad de fabricación y afilado, lo han convertido en uno de los picos más utilizados en el proceso de perforación.

Para mejorar la velocidad de perforación del pico en forma de cuña, prolongar la vida útil de cada pico después de cada afilado, reducir los costos de fabricación y perforación, y permitir su uso eficiente en diferentes tipos de roca, es necesario investigar y modificar el pico.

En la fase anterior de la promoción del método de optimización, basándonos en los principios de optimización de herramientas, hicimos una audaz propuesta para mejorar el pico en forma de cuña, y formamos un grupo de prueba conjunto, que tras repetidas pruebas, obtuvo resultados iniciales satisfactorios.

Primero, afilamos en bisel las dos esquinas del pico en forma de cuña que se desgastan más fácilmente. ( Figura 1) Luego, realizamos una prueba comparativa con un pico sin bisel, para observar su resistencia al desgaste. Los resultados de la prueba mostraron que la vida útil del pico con bisel fue más del doble que la del pico sin bisel, además de mejoras en la eficiencia de perforación, sujeción y centrado del orificio.

A continuación, siguiendo el principio de "perforación en grupo", basándonos en el hecho de que la adición de varias ranuras de evacuación de virutas en la superficie de corte de un broca helicoidal puede mejorar su vida útil y eficiencia, realizamos un experimento similar en el pico en forma de cuña. Primero, se hicieron tres pequeñas ranuras circulares en cada superficie de corte, y luego se eliminaron en ángulo las dos esquinas que se desgastaban más fácilmente, formando cuatro biseles en los extremos del filo principal. ( Figura 2) De esta manera, la larga cuchilla del pico en forma de cuña se convirtió en nueve cuchillas cortas, aumentando la longitud total del filo. 70%。

Luego, comparamos el pico modificado de nueve cuchillas con un pico en forma de cuña del mismo modelo y diámetro sin modificar, en la misma superficie de trabajo. (f=8 de piedra caliza ) Realizamos múltiples pruebas comparativas, y a continuación se describen sus ventajas y los resultados de las pruebas. :

I. Prolongación de la vida útil del pico

Durante la perforación, el filo del pico, por un lado, rompe la roca, y por otro lado, sufre un desgaste continuo. El desgaste del filo hace que el filo de corte se embota, perdiendo gradualmente su capacidad de perforación. Además, el grado de desgaste en las diferentes secciones del filo es muy desigual, siendo menor cuanto más cerca del centro del filo y mayor cuanto más cerca del borde. Con cada rotación del pico, en términos del área de rotura por unidad de longitud de filo, esta aumenta desde el centro hacia el borde, pudiendo ser varias veces mayor en el borde que en el centro.

Además, el punto más extremo del filo no solo sufre desgaste frontal, sino también lateral. Esto se debe a que este punto solo puede cortar y romper la roca frontal, pero no puede soportar la presión o el impacto producidos al cortar y cizallar la roca lateral, ni resistir la fricción de la roca lateral. ( Figura 3) Este es el principal factor que provoca el desgaste más rápido del borde del filo.

Al modificar el pico en forma de cuña, se utiliza una muela para afilar en bisel la parte del borde del filo que se desgasta más fácilmente. La longitud de estos dos biseles es aproximadamente cuatro veces la longitud del filo desgastado, lo que reduce el área de rotura por unidad de longitud del filo y disminuye considerablemente el desgaste del borde del filo.

La fuerza de impacto del bisel sobre la roca provoca la compresión de la roca lateral, produciendo una deformación elástica. Cuando la fuerza de impacto, la reacción de la roca y la fuerza de fricción alcanzan el equilibrio, la roca lateral se comprime y rompe oblicuamente hacia afuera debido al impacto, lo que reduce la fuerza de fricción de la roca lateral sobre la parte biselada, protegiendo así eficazmente el ángulo de corte. ( Figura 4) 。

La posición del bisel está en los extremos del filo principal, separándose hacia las dos esquinas. No solo tiene una relación tridimensional con el filo principal, sino que en cada impacto, la profundidad de penetración del bisel en la roca es solo una fracción de la profundidad de penetración del filo principal. 70% Cuanto mayor sea el número de filos del pico, menor será la fuerza de impacto y fricción por unidad de longitud del filo, reduciendo así el desgaste del ángulo de corte, disminuyendo el número de cambios de pico y el tiempo de trabajo auxiliar, y prolongando la vida útil del pico.

Según los resultados de las pruebas y el uso en el sitio, la longitud total de perforación del pico en forma de cuña modificado después de un afilado es más del 10 doble que la del pico sin modificar. La situación del desgaste se muestra en la figura. 5。

II. Mejora de la eficiencia de perforación

La forma del pico tiene un efecto decisivo en la velocidad de perforación.

El pico en forma de cuña sin modificar solo puede hacer una marca lineal en la roca en cada impacto, y la superficie de corte solo puede comprimir y romper la roca hacia los lados del filo. ( Figura 6) 。

El pico en forma de cuña modificado puede hacer simultáneamente nueve marcas lineales en la roca en cada impacto, y las nueve cuchillas de corte impactan oblicuamente en diferentes ángulos y direcciones. ( Figura 7) Este impacto oblicuo es muy favorable para la fragmentación de la roca, y la superficie de corte puede comprimir y romper la roca hacia los cuatro lados del filo. ( Figura 8) Además, los filos están dispuestos de forma tridimensional y entrecruzada, y la dirección del impacto de las cuchillas de corte sobre la roca es diferente, lo que crea un fondo de orificio con marcas entrecruzadas e irregulares. Con la misma fuerza de impacto, la cantidad de roca cortada o triturada en cada impacto es mayor que la del pico en forma de cuña sin modificar, la roca es más fácil de romper, y las partículas de roca son más uniformes, y las diferentes partes con radios desiguales y el mismo centro están en equilibrio de fuerza. Este es el principal factor que mejora la eficiencia de perforación.

Después de múltiples pruebas y uso en producción, en condiciones de roca similar, misma presión de aire, misma perforadora, misma barra de perforación y misma broca de diámetro, la eficiencia de perforación promedio de la broca modificada es mayor que la de la broca sin modificar 40% Arriba ( Tabla 1) 。

3. Función de guiado y centrado

Aunque existen numerosas formas de brocas, generalmente, debido a que el centro de la broca no siempre coincide con el centro del orificio de perforación durante la rotación, el orificio perforado es curvo o de forma irregular, lo que afecta la eficiencia de perforación y el efecto de voladura.

Debido a que el fondo del orificio perforado por la broca en forma de letra "L" modificada tiene forma de cono truncado, esto proporciona una función de guiado a la broca, haciendo que la forma del orificio sea más cercana a un círculo.

4. Reducción de atascos y roturas de la broca

Al perforar en rocas más duras y con grietas, el contacto entre la broca en forma de letra "L" y la roca es una curva ligeramente arqueada, por lo que el ángulo de corte es más propenso a atascarse o romperse. Sin embargo, en el fondo del orificio, la broca modificada tiene un contacto de superficie, por lo que el área de contacto es grande, y el ángulo de corte no es fácil de atascarse o romperse.

1976 Año 6 Mes, durante la excavación de un túnel de roca caliza, primero usamos una broca en forma de letra "L" sin modificar para perforar ( Dos perforadoras trabajando simultáneamente ) En un pequeño turno se rompieron más de diez brocas, al día siguiente se cambiaron por brocas modificadas y no se rompió ninguna.

5. Buen efecto de eliminación de polvo y lavado

Debido a que la broca modificada tiene seis pequeñas ranuras a ambos lados del filo, las dos ranuras centrales del filo inclinado están conectadas con los orificios de agua laterales. De esta manera, el agua o el aire que sale de la barra de perforación puede limpiarse fácilmente hacia afuera a través de las ranuras laterales, permitiendo que el polvo de roca se elimine sin problemas. Desde su uso, además de otras razones, no se ha encontrado ningún caso de obstrucción de los orificios de agua de la broca.

6. Reparación y afilado fáciles

Aunque la broca en forma de letra "L" es fácil de fabricar y tiene un bajo costo, las dos esquinas cercanas al borde del filo se desgastan muy rápidamente, y la vida útil promedio de la broca es muy corta. A veces, el ancho del desgaste del ángulo de corte alcanza 3~5 milímetros, y la profundidad alcanza 1.5~3 milímetros ( Figura 5a) En este caso de desgaste severo, si se restaura a una forma cercana a la original, al menos se deben volver a afilar las dos esquinas del filo. De esta manera, la cantidad de material que la roca desgasta en el exterior cerca del ángulo de corte debe ser igual a la cantidad de carburo que se debe moler en la parte central del filo con una muela. Aunque el método de reparación de la broca en forma de letra "L" es fácil de dominar, moler manualmente dos piezas tan grandes de carburo requiere una gran cantidad de molienda y tiempo. Esto no solo desgasta rápidamente la muela, sino que también requiere mucho esfuerzo del operador. Además, debido a la falta de instrumentos de inspección especializados, es difícil garantizar la forma geométrica del filo de la broca, ya sea reduciendo el radio de curvatura o aumentando el ángulo del filo. Este es un problema común en la reparación de brocas en forma de letra "L". El uso de brocas reparadas de manera no calificada prolongará el tiempo de perforación y reducirá la eficiencia de perforación.

Aunque la broca en forma de letra "L" modificada tiene una forma exterior compleja con muchas ranuras, filos y superficies, es mucho más fácil de reparar que la broca sin modificar. ( Figura 5b) Por lo tanto, el ancho y la profundidad de las marcas de desgaste del ángulo de corte después de un uso prolongado son de aproximadamente un milímetro. Por lo tanto, la cantidad de molienda durante la reparación es pequeña. Sin embargo, debido a que el área de rotura por unidad de longitud del filo en la parte inclinada es mayor que en la parte central, las cuatro partes del filo inclinado cerca del borde del filo se desgastan antes que la parte central del filo. En este caso, al reparar la broca modificada, solo se debe moler el borde del filo, y el filo central sin desgaste no necesita ser reparado.

Quizás se pregunte si este método de reparación hará que el ángulo de corte sea cada vez más bajo ( Figura 9) Sin embargo, los experimentos han demostrado que cuanto más bajo es el ángulo de corte del borde, más sobresale el filo central, y dentro de un cierto rango, se formará una broca de múltiples filos con filo delantero.

Según la investigación extranjera sobre brocas con filo delantero, la roca en la parte del borde del fondo del orificio delantero es muy fácil de romper. Dentro de un rango razonable de avance, es más rápida que una broca del mismo diámetro sin avance. 10~13% 。

7. Método de modificación simple

La modificación de la broca en forma de letra "L" generalmente se puede realizar con una muela abrasiva común. Primero, use la superficie frontal de la muela para moler los dos ángulos de corte, y luego use los dos bordes de la muela para moler seis pequeñas ranuras en las dos superficies de corte. La parte superior de las dos ranuras centrales debe estar en el centro del filo de la broca, y la parte inferior debe estar conectada con los orificios de agua, y los lados exteriores de las cuatro ranuras laterales deben intersecarse con los cuatro filos inclinados. Este método de modificación es rápido, simple y efectivo, y se puede utilizar inmediatamente en la producción.

Al modificar y reparar, se debe tener en cuenta que no se debe utilizar una muela abrasiva con un grano demasiado grueso, de lo contrario, quedarán marcas profundas en la superficie del filo, lo que provocará la rotura de las placas de aleación durante la perforación. Al moler, no se debe permitir que la temperatura de la broca sea demasiado alta, y mucho menos sumergirla en agua para enfriarla, ya que esto puede provocar grietas en las placas de aleación.

8. Ahorro de carburo

Aunque generalmente se utilizan brocas con placas de carburo intercambiables, esto todavía tiene un impacto en el costo de perforación. Además, la longitud promedio de perforación de una broca de carburo es limitada. Si se modifica la broca para aumentar la longitud promedio de perforación, se puede reducir el consumo de carburo.

De acuerdo con las pruebas comparativas anteriores, el efecto del uso de la broca en forma de letra "L" modificada es bueno. Por lo tanto, lo hemos promovido en un equipo de excavación, y la tabla 2 es el consumo mensual de brocas de este equipo desde 1976 Año 2 mes.

La práctica ha demostrado que el uso de la punta de cincel modificada ha reducido el consumo de puntas de cincel, por lo que esta es una nueva forma de acelerar la velocidad de avance y reducir el costo de perforación.

Por supuesto, nuestra modificación de la punta de cincel en forma de letra "I" es solo el comienzo, y nuestro conocimiento al respecto aún es insuficiente. Hemos experimentado con varias formas de puntas de cincel, incluyendo tres, cinco, siete, nueve, quince hojas y cinco hojas con forma de arco cóncavo, y el rendimiento de las puntas de cincel ha mejorado en diferentes grados. También hemos experimentado con puntas de cincel en forma de cruz afiladas a dieciséis hojas, y los resultados también han sido significativos. Temporalmente hemos modificado la punta de cincel en forma de letra "I" a una forma de nueve hojas, pero los diversos parámetros, como el ángulo de inclinación, la profundidad del arco, el radio del canal circular y el ancho del canal pequeño, aún requieren más investigación y experimentación.

Mina de carbón de la montaña Jinhuashan, Buró Minero de Tongchuan