Горные машины и оборудование : конструкторско технологическое обеспечение машиностроительных производств

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 3121 

Кафедра горного оборудования, транспорта и машиностроения

Д.А. Кузиев 
 
 

Горные машины 
и оборудование 

Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств 

Методические указания  
по выполнению практических работ 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2017 

УДК 622.022 
 
К89 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. А.М. Керопян 

Кузиев Д.А. 
К89  
Горные 
машины 
и 
оборудование : 
конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств : метод. указ. по выполнению практических работ / 
Д.А. Кузиев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2017. – 80 с. 
 

Изучаются назначение, область применения, конструкции грузоподъемных машин. Далее выполняются расчёты и выбор основных показателей и 
производительности на основании изложенных методических указаний по 
выполнению конкретных заданий, где приведены основополагающие формулы и зависимости. 
Даны основные формулы для выполнения задания и приведены таблицы 
вариантов исходных данных, число наборов которых позволяет каждому 
студенту на практических занятиях выполнять индивидуальное задание.  
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 15.03.05 
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» профиль «Технология производства и ремонта горных машин». 
 

УДК 622.022 

 
 Д.А. Кузиев, 2017 
 
 НИТУ «МИСиС», 2017 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие .............................................................................................. 4 
Практическое занятие 1. Изучение конструкции и определение 
основных параметров переносных перфораторов ................................. 5 
Практическое занятие 2. Изучение конструкции и определение 
основных параметров ручных и колонковых сверл ............................ 11 
Практическое занятие 3. Изучение конструкции и расчет 
производительности подземных самоходных бурильных 
установок  и буровых станков ............................................................... 19 
Практическое занятие 4. Изучение конструкции и определение 
основных параметров буровых станков с пневмоударниками ........... 29 
Практическое занятие 5. Изучение конструкции и определение 
основных параметров станков шарошечного бурения ....................... 39 
Практическое занятие 6. Изучение конструкции и определение 
производительности выемочно-погрузочных и выемочнотранспортирующих машин .................................................................... 46 
Практическое занятие 7. Изучение конструкции и определение 
производительности погрузочно-транспортных машин ..................... 59 
Практическое занятие 8. Изучение конструкции и определение 
производительности скреперной установки ........................................ 65 
Практическое занятие 9. Изучение конструкции и определение 
основных параметров комбайнов для выемки калийных и 
марганцовых солей ................................................................................. 69 
Библиографический список ................................................................... 79 
 
 

Предисловие 

Методические указания по выполнению практических занятий 
предназначены для студентов, обучающихся по направлению 15.03.05 
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» по профилю «Технология производства и ремонта 
горных машин», изучающих дисциплину «Горные машины и оборудование». 
В соответствии с программой дисциплины проведение практических занятий предусматривает: 
– получение студентами знаний о конструкции и принципах действия горных машин для подземных и открытых разработок рудных 
месторождений; 
– приобретение навыков по выполнению расчётов основных показателей и производительности изучаемого оборудования.  
К горным машинам, изучаемым на занятиях, относятся: 
– ручные и колонковые перфораторы; 
– ручные и колонковые свёрла; 
– бурильные установки подземных разработок; 
– буровые станки с пневмоударниками открытых и подземных 
разработок; 
– станки шарошечного бурения открытых разработок; 
– выемочно-погрузочные и выемочно-транспортирующие машины; 
– погрузочно-транспортные машины; 
– скреперные установки; 
– выемочно-очистные комбайны для добычи калийных и марганцовых солей. 
На практических занятиях изучаются: назначение, область применения, конструкция машины. Далее выполняются расчёты основных 
показателей и производительности на основании изложенных методических указаний по выполнению конкретных заданий, где приведены основополагающие формулы и зависимости. 
В методических указаниях даны решения примеров для уяснения 
сути выполнения задания и приведены таблицы вариантов исходных 
данных, число наборов которых позволяет каждому студенту выполнять на практических занятиях индивидуальное задание.  

Практическое занятие 1 

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ 
ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕНОСНЫХ 
ПЕРФОРАТОРОВ 

Основные положения 
Переносные перфораторы применяются для бурения горизонтальных и нисходящих шпуров диаметром 36–46 мм и глубиной до 5 м. 
Крепость буримой породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова 
f = 6–20. Для облегчения бурения переносные перфораторы оснащаются пневмоподдержками, а также имеют виброзащитное устройство 
и глушитель шума [4]. 
В маркировке перфораторов последовательно указывают: ПП – 
перфоратор переносной, цифровое обозначение – энергия удара в Дж; 
последующие буквы – модификация; стоящие далее цифры – номер 
модернизации; климатическое исполнение (указывается только для 
тропиков, ставится буква Т). 
Буквы модификации обозначают: 
В – пылеподавление водой при бурении (осевая подача воды);  
Б – боковая подача воды в буровой инструмент для промывки 
шпура; 
С – усиленная продувка шпура сжатым воздухом; 
П – центральный пылеотсос шлама из шпура;  
СВП – очистка шпура горячим воздухом с последующим выносом коагулированной пыли в виде гранул (при бурении вечномерзлых россыпей 
Северо-Востока).  
Например: ПП-54ВБ 2 – переносной перфоратор с энергией удара 
54 Дж, с боковой подачей воды в буровой инструмент для выноса 
шлама, после второй модернизации, для районов с умеренным климатом. 
Отечественные пневматические перфораторы выпускают завод 
«Пневматика» (г. Санкт-Петербург) и ОАО «Кыштымский машиностроительный завод» (г. Кыштым, Челябинской области). 
Основными узлами перфоратора (рис. 1.1) являются: корпус, 
ударно-поворотный механизм, воздухораспределительная система, 
промывочная система, рукоятка с виброгасящим устройством, механизмы управления. 

Корпус состоит из головной части 3, цилиндра 9, ствола 10, которые скреплены стяжными болтами 16. На ствол крепится буродержатель 15.  
Ударно-поворотный механизм включает в себя поршень-ударник 
(боек) 12 со встроенной геликоидальной гайкой, которая прокручивается в геликоидальном винте 8 при прямом и обратном ходе бойка. 
При прямом ходе (перед нанесением удара по хвостовику штанги) 
геликоидальный винт проворачивается в храповом механизме 4, при 
обратном ходе (после нанесения удара) – стопорится, заставляя проворачиваться геликоидальную гайку с поршнем-ударником и совмещенные с ним буксы 11, 14 и буровую штангу с инструментом. Крутящий момент от поршня-ударника 12 к буксе 11 передается с помощью шлицев. 
Воздухораспределительная система включает в себя: воздушный 
канал 2 с рукояткой управления 19; клапанную коробку 5 с седлом и 
фланцевым клапаном 6; камеру прямого и обратного хода и каналы; 
выхлопное окно, переходящее в выходную горловину, на которую 
крепится глушитель шума 7. Сжатый воздух поступает в перфоратор 
из шахтной магистрали через патрубок 17. Воздушный кран имеет 
четыре положения: полная работа, забуривание, стоп и интенсивная 
продувка.  

 

Рис. 1.1. Устройство переносного перфоратора 

В промывочную систему подают воду от водяной магистрали через 
кран 20, патрубок 18 и водяную трубку 13. Блокировочное устройство 
обеспечивает автоматическое включение и отключение воды при запуске и остановке перфоратора. 
Рукоятка перфоратора снабжается виброгасящим устройством 1. 
Изучив конструкцию переносного перфоратора, перейдем к определению основных параметров. Вначале определим суммарную 
мощность перфоратора, кВт, 

 
NΣ = Nуд + Nвр, 
(1.1) 

где Nуд – мощность ударного механизма, кВт; Nвр – мощность механизма вращения, кВт, 

 
Nуд = Aуд n 10–3,  
(1.2) 

где Aуд – энергия удара поршня, Дж; n – частота ударов, с–1; 

 
Nвр = 2π Mnвр10–3,  
(1.3) 

где M – крутящий момент, Н·м; nвр – частота вращения бурового инструмента, с–1. 
Вычислив значение суммарной мощности перфоратора NΣ, определим значение удельного расхода воздуха, м3/кВт·с, 

 
q = Q / NΣ. 
(1.4) 

Также одной из важных характеристик работы перфоратора является скорость бурения , м/мин, мм/с, которая определяется по эмпирическим формулам: 

 
2
0,59
56
,
n
d







A
, 
(1.5) 

 
2
0,59
3,36
n
d







A
, 
(1.6) 

где d – диаметр шпура, мм; σ – временное сопротивление пород раздавливанию, МПа (табл. 1.1). 

Таблица 1.1 

Сопротивление пород раздавливанию 

Порода 
Временное сопротивление  
раздавливанию σ, МПа 

Среднезернистый песчаник 
Мелкозернистый песчаник 
Белый мрамор 
Лейкократовый гранит 
Гранодиорит 
Серицитизированный диабаз 
Окварцованный светло-зеленый диабаз 
Кристаллический сидерит 
Кварцит с вкрапленностью сульфидов 
Бакальский кварцит 

12 
20,8 
29,6 
89,6 
95,3 
107 
135 
139 
177 
190 

Задание. На основании исходных данных в табл. 1.2 рассчитать 
для переносного перфоратора ПП63В мощность ударного механизма 
Nуд, мощность механизма вращения Nвр, суммарную мощность NΣ, 
удельный расход воздуха q и скорость бурения . Построить графики 
зависимостей  = f (d) и  = f (σ). 

Пример.  
Исходные данные: Aуд = 63,74 Дж; n = 30 c–1; M = 26,93 Н·м;  
nвр = 1,54 с–1; Q = 3,85 м3/мин; d = 46 мм; буримая порода – гранодиорит.  
Мощность ударного механизма рассчитаем по формуле (1.2): 

 
Nуд = 63,74 · 30 · 10–3 = 1,91 кВт. 

Мощность механизма вращения рассчитаем по формуле (1.3): 

 
Nвр = 2 · 3,14 · 26,93 · 1,54 · 10-3 = 0,26 кВт. 

Суммарную мощность перфоратора рассчитаем по формуле (1.1): 

 
NΣ = 1,91 + 0,26 = 2,17 кВт. 

Удельный расход воздуха определим по формуле (1.4) 

 

3
3,85
м мин
1,774
.
2,17
кВт
q 

 

Скорость бурения  определим по формулам (1.5) и (1.6): 

 
2
0,59
56 63,74 30
3,44
46
95,3








 мм/с; 

 
2
0,59
3,36 63,74 30
0,206
46
95,3







 м/мин. 

Для облегчения расчетов построим зависимость σ0,59 = f(σ) (рис. 1.2). 

 

Рис. 1.2. Зависимость 0,59 = f() 

 

Таблица 1.2 

Варианты заданий по расчету основных параметров переносных перфораторов 

Номер 
варианта 
Тип 
перфоратора
Aуд, 
Дж n, c–1
M, 
Н·м
nвр, 
c–1
Q, 
м3/мин
d, 
мм
Буримая порода 

1 
ПП36В 
36 38,33
20 1,54
2,8 
32 Cреднезернистый песчаник 

2 
ПП36В 
36 38,33
20 1,54
2,8 
36 Мелкозернистый песчаник 

3 
ПП36В 
36 38,33
20 1,54
2,8 
38
Белый мрамор 

4 
ПП36В 
36 38,33
20 1,03
2,8 
36
Лейкократовый гранит 

5 
ПП36В 
36 38,33
20 1,03
2,8 
38
Гранодиорит 

6 
ПП36В 
36 38,33
20 1,03
2,8 
40
Серицитизированный  
диабаз 

7 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,54
3,4 
36 Среднезернистый песчаник 

8 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,54
3,4 
38 Мелкозернистый песчаник 

9 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,54
3,4 
40
Белый мрамор 

10 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,03
3,4 
36
Лейкократовый гранит 

11 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,03
3,4 
38
Гранодиорит 

12 
ПП50В1 
54 
37 
20 1,03
3,4 
40
Серицитизированный  
диабаз 

13 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,54
4,1 
40
Лейкократовый гранит 

14 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,54
4,1 
42
Гранодиорит 

15 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,54
4,1 
43
Серицитизированный  
диабаз 

16 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,03
4,1 
45
Окварцованный  
светло-зеленый диабаз 

17 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,03
4,1 
46
Кристаллический сидерит 

18 
ПП54В1 
55,5 39,16 29,43 1,03
4,1 
42 Кварцит с вкрапленностью 
сульфидов 

19 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,54
3,85 40
Гранодиорит 

20 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,54
3,85 42
Серицитизированный  
диабаз 

21 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,54
3,85 43
Окварцованный  
светло-зеленый диабаз 

22 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,03
3,85 45
Кристаллический сидерит 

23 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,03
3,85 46 Кварцит с вкрапленностью 
сульфидов 

24 
ПП63В 
63,74
30 26,93 1,03
3,85 42
Бакальский кварцит 

25 
ПР30К 
60 
37 
18 1,54
4 
38
Гранодиорит 

26 
ПР30К 
60 
37 
18 1,54
4 
40
Серицитизированный  
диабаз 

27 
ПР30К 
60 
37 
18 1,54
4 
42
Окварцованный  
светло-зеленый диабаз 

28 
ПР30К 
60 
37 
18 1,03
4 
43
Кристаллический сидерит 

29 
ПР30К 
60 
37 
18 1,03
4 
45 Кварцит с вкрапленностью 
сульфидов 

30 
ПР30К 
60 
37 
18 1,03
4 
46
Бакальский кварцит 

Практическое занятие 2 

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ 
ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РУЧНЫХ И 
КОЛОНКОВЫХ СВЕРЛ 

Основные положения 
Ручные сверла предназначены для бурения шпуров диаметром 
36–45 мм и длиной до 3 м по углю и некрепким горным породам с 
коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова 
f ≤ 4 [6]. 
РУЧНОЕ ЭЛЕКТРОСВЕРЛО СЭР-19М [6]. Электросверло СЭР-19М 
(рис. 2.1) состоит из асинхронного электродвигателя со статором 6 и 
ротором 5, которые расположены в литом алюминиевом корпусе 4, 
промежуточного щитка 3, обеспечивающего взрывобезопасность корпуса, передней крышки с двухступенчатым редуктором 2, шпинделя 1, 
камеры с выключателем 9 и крышкой 10, вентилятора 8 и затыльной 
крышки 7 с окнами для всасывания воздуха. 

 

Рис. 2.1. Ручное электросверло СЭР-19М