Drehschlagbohrverfahren und Drehschlagbohrmaschine für Gestein und andere entsprechend harte Stoffe Bei bergbaulichen Arbeiten, insbesondere bei der Herstellung von Sprenglöchern, erfolgt das Bohren entweder mittels eines Drehbohrers, der ständig um läuft und durch einen, insbesondere bei hartem Ge stein ausserordentlich erheblichen Anpressungs- druck gegen die Bohrsohle gepresst wird, oder durch das Schlagbohrverfahren, bei dem der Bohrer durch in kurzen Abständen erfolgende Stösse gegen die Bohr sohle geschlagen wird und nach jedem Schlag das Umsetzen des Bohrers erfolgt.
Es ist auch schon eine Vereinigung dieser beiden Bohrverfahren bekannt, wobei nach dem Schlagbohrverfahren ein Einkerben der Bohrsohle erfolgt und nach dem Drehbor verfahren das zwischen aufeinanderfolgend geschla genen Einkerbungen vorhandene Gestein gleichzeitig abgebohrt wird.
Das letzterwähnte Verfahren bietet zwar die meisten Vorteile; es ist aber, trotzdem es seit langem bekannt ist, praktisch kaum zur Anwendung gelangt. Ein Grund dafür lag darin, dass bei den mit diesem Verfahren angestellten Versuchen Schlagbohrhämmer verwendet wurden, deren Schlagzahl die übliche Grösse bis zu 1800, jedenfalls unter 2000 Schlägen, in der Minute hatte. Es musste hier für die Dreh bohrarbeit zusätzlich zu der Schlagarbeit ein sehr erheblicher Andruck des Bohrers gegen das Gestein vorgenommen werden, der vielfach so hoch war, dass die Bohrstange sich durchbog und nicht imstande war, den hohen Druck auf die Bohrsohle zu über tragen.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist ein Bohr verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Schlag zahl des Schlaghammers auf über 2000 Schläge/min erhöht ist. Hierdurch wird zwar eine sehr erhebliche Verbesserung des Verfahrens erzielt, und es lassen sich erheblich grössere Bohrleistungen herausholen, als bei den früher verwendeten niedrigeren Schlag zahlen, trotzdem hat dieses Verfahren nicht zu einem voll befriedigenden Ergebnis geführt.
Neuere Forschungsarbeiten auf diesem Gebiete und insbesondere eine genaue Untersuchung der Art der Abnutzung der Bohrer haben ergeben, dass durch die Schlagarbeit an den Schneidkanten eine unebene, kraterartige Oberfläche erzeugt wurde, während die Dreharbeit eine die Schneidkanten ab plattende, also stark abstumpfende Wirkung aus übte.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wirf bei einer Wucht des Hammers von 0,8 bis 1,8 mkg pro cm Bohrerschneidkante das Verhältnis der Dreh zahl des Bohrers zu seiner Schlagzahl so eingestellt, dass eine der Materialhärte entsprechende Kerbfolge erhalten wird, die bei weicherem Material etwa 6 bis 9 mm, bei mittelhartem Material etwa 3-6 mm und bei härterem Material etwa 1-3 mm, gemessen am Umfang des Bohrloches, beträgt.
Die Drehschlagbohrmaschine nach der Erfindung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist so eingerichtet, dass sie ein Übersetzungsgetriebe zur Veränderung der Drehzahl des Bohrers aufweist.
Die Wucht eines mit einem Druckmittel be triebenen Schlagmotors kann durch Änderung des Druckes der Druckmittel entsprechend geändert werden. Achtet man darauf, dass die Wucht des. Bohrers das Mass von 0,8-1,8 mkg pro cm Schneid kantenlänge entsprechend der Härte des zu bear beitenden Gesteins erreicht, so kann ein verhältnis mässig geringer Andruck des Bohrers notwendig sein, der nur einen Bruchteil des sonst üblichen Bohrdruckes beträgt und keinesfalls mehr bis zu 0 kg und darüber. Bei Bohrern mit grösseren, Durchmessern, beispielsweise von 60 bis 80 mm, kann der Andruck bei etwa 600 bis 700 kg liegen, während bei Kleinkaliberbohrern von z.
B. etwa 30 mm 0, die als Einfachmeissel eine Schneidkanten- länge von etwa 26 bis 28 mm besitzen können, der erforderliche Andruck unter 100 kg liegen kann, so dass es möglich ist, Bohrarbeiten mit solchen Bohrern unmittelbar von Hand mit einem der gebräuch lichen Bohrknechte auszuführen, ohne dass hierfür verspannte Bohrsäulen oder Bohrungen notwendig werden.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 und 2 zwei ver schiedene Drehschlagbohrmaschinen zur Ausführung des Bohrverfahrens nach der Erfindung, und zwar ist Fig. 1 ein Schnitt durch eine Gesteinsbohr maschine mit dem Drehantrieb für den Bohrer und mit angebautem Schlagmotor, dessen Hammer un mittelbar auf das Bohrgestänge arbeitet.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung, die ge genüber Fig. 1 eine andere Ausführung des Bohr gestänges und des Drehantriebes aufweist.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der für verschieden harte Gesteinsarten erforderlichen Um drehungszahlen des Bohrers bei einer bestimmten Schlagzahl und bei verschiedenen Bohrerdurchmes- sern.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung -der Kerbdichte bei verschieden harten Gesteinsarten. Bei beiden Ausführungen Fig. 1 und 2 ist 1 das Gehäuse einer Bohrmaschine mit gleichzeitig rotie rendem und schlagendem Bohrer, in das in bekann ter Weise der Rotor 2 eingebaut ist. Der Antrieb des Rotors zum Drehen des Bohrers erfolgt durch Druck luft oder Druckflüssigkeit. Der Rotor sitzt gemäss Fig. 1 auf einer Welle 3, mit der er durch das Ge winde 4 verbunden ist.
Die Welle 3 läuft in Kugel lagern 5, und zur Erzielung eines leichten Laufes von Welle 3 und Rotor 2 im Gehäuse dient eine ver stellbare Verschraubung 6, die in den Deckel am vordern Ende des Gehäuses 1 eingeschraubt ist und in der jeweiligen Einstellage durch eine Stellschraube 7 festgestellt werden kann. Die Welle 3 ist in der Achsrichtung durchbohrt, und zwar ist die Bohrung in dem vordern Teil 8 der Welle zylindrisch, dagegen in dem hintern Teil 9 vierkantig. Sie dient zur Auf nahme der Bohrstange 10 mit dem nicht gezeich neten Bohrer, deren Einsteckende ebenfalls mit einem zylindrischen und einem vierkantigen Teil ver sehen ist.
Das Einsteckende ist in axialer Richtung, in der Wellenbohrung leicht beweglich, sitzt aber passend in dem Vierkant, so dass der Bohrer bei der Drehung -des Rotors ohne Spiel mitgenommen wird.
Gemäss Fig. 1 ist am hintern Ende des Bohr maschinengehäuses 1 ein Schlagmotor 11 angebracht, dessen als Schlaghammer wirkender Kolben 12 unabhängig von dem Antrieb des Rotors durch Druckflüssigkeit oder Pressluft bewegt wird. Ein in die Druckmittelzuleitung eingefügtes Ventil 13 dient zur Vorwärts- und Rückwärtssteuerung des Kolbens in sehr rascher Folge. Das Einsteckende der Bohrstange ragt in den Hubraum des Schla- hammers hinein.
Der Hubraum ist vor und hinter dem Kolben so bemessen, dass bei jeder Hubbewe gung der Kolben auf das freie Ende der Bohrstange eine starke Schlagwirkung ausübt und dadurch den Bohrer gegen das Gestein drückt. Zur Dämpfung der Schläge ist der Kolben mit einer Einlage 12a aus Gummi oder einem sonstigen federnden Werkstoff versehen.
Die Zuführung der Druckluft oder der Druck flüssigkeit zu dem Drehmotor 2 erfolgt durch den Stutzen 30, in den zur Regelung des Druckmittel druckes- zur Einstellung der Drehzahl des Rotors ein Drosselventil 31 eingebaut ist, während die Zu führung der Druckflüssigkeit oder der Druckluft zu dem Schlagmotor durch einen Stutzen 32 vorgenom men wird, der ebenfalls mit einem Drosselventil 33 versehen ist, um durch Änderung des Druckes des in den Schlagmotor gelangten Druckmittels die Wucht des Hammers der jeweiligen Gesteinshärte anpassen zu können.
Die Arbeitsweise ist demnach so, dass während der Drehung des Bohrers durch den Rotor des Drehantriebes der Bohrmaschine der Bohrer zu sätzlich durch den mindestens 2000 bis etwa 6000, am besten 3000 Schläge pro Minute ausführenden Kolben des Schlaghammers ständig gegen die Bohr lochsohle gedrückt wird.
Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, dass der Kolben 12 des Schlagmotors einen Schlagbolzen 14 aufweist, mit dem er in die Bohrung der Rotorwelle einfasst. Der Kolben erhält dadurch bei seinen vibrierenden Be wegungen eine bessere Führung und das Einsteck ende der Bohrstange wird entsprechend kürzer.
Nach Fig. 2 wirkt der Rotor 2 des Drehmotors auf eine Hohlwelle 34, die an ihrem obern Ende einen Zahnkranz 35 trägt. Letzterer kämmt mit einem Zahnrad 36, auf dessen Welle 37 ein weiteres Zahnrad 38 sitzt. Dieses ist wiederum mit einem Zahnrad 39 in Eingriff. Das Zahnrad 39 sitzt auf einer Hülse 40, die in der Welle 34 drehbar ist und entsprechend der Welle 3 in Fig. 1 mit der Bohrstange 10 in Verbindung steht. Die Zahnräder sind auswechselbar, so dass die Übersetzung von dem Rotor 2 auf die Bohrstange verschieden eingerich tet werden kann.
Die Folge der durch den Bohrer an der Boh rungssohle erzeugten Kerben, das heisst die Kerb- dichte, ergibt sich aus folgender Formel:
EMI0002.0048
wobei Kd die Kerbfolge oder Kerbdichte am Umfang des Bohrloches ist, S die Schlagzahl des Hammers des Schlagmotors, D der Bohrerdurchmesser und n die Drehzahl des Rotors und Bohrers oder
EMI0003.0002
Bohrt man beispielsweise ein mittelhartes Gestein mit einer Härte von 45 bis 95 nach Shore, so würde die bei einer Schlagzahl von 3000 sich ergebende Umdrehungszahl des Bohrers
EMI0003.0005
unter der Annahme,
dass der Bohrerdurchmesser L' = 40 mm und die für das erwähnte Gestein zweckmässigste Kerbfolge Kd = 4 mm beträgt.
Bei weicherem Gestein mit Shore-Härten von 20 bis 45 wäre je nach der Härte in die obige Formel für Kd anstatt 4 mm, 6 bis 9 mm einzusetzen, und bei härterem Gestein mit Shore-Härten von 95 bis 120, 1 bis 3 mm.
Aus der Fig. 3 kann man graphisch bei einer bestimmten Schlagzahl, nämlich bei einer Schlag zahl von 3000/min für weichere, mittelharte und härtere Gesteine<I>a, b</I> und c die erforderliche Um drehungszahl des Bohrers ermitteln.
Das Diagramm zeigt als Ordinate die Gesteinshärten nach Shore und die dementsprechenden nach den gemachten Versuchen erforderlichen Kerbfolgen in mm und auf einer ersten Abszisse die dazugehörigen Dreh zahlen des Bohrers bei mit den verschiedenen Kurven angegebenen Bohrerdurchmessern. Darunter ist je auf einer weiteren Abszisse noch anstelle der Drehzahl der Drehungswinkel des Bohrers von Kerbschlag zu Kerbschlag angegeben, darunter die Schlagzahl des Bohrers pro Umdrehung bei 3000 Schlägen/min und schliesslich die Drehzahl des Bohrers bei 6000 Schlägen/min.
Ein zweiter zu berücksichtigender Punkt ist, dass die Wucht des Hammers bzw. des Bohrers aus reichend ist, um die erforderliche Einkerbung im Gestein vorzunehmen. Versuche haben ergeben, dass eine Wucht von etwa 0,8-1,8 mkg/cm Schneidkantenlänge je nach der Härte des Gesteins notwendig ist, um das gewünschte Resultat zu er zielen.
Durchgeführte Versuche haben bei einer Schlag zahl des Bohrers von 3000/min folgende Ergeb nisse gezeigt:
EMI0003.0022
Bohrer <SEP> Drehzahl <SEP> des <SEP> Bohrers <SEP> Schlagzahl <SEP> Kerbabstand <SEP> Verschleissbreite <SEP> Bohrleistung
<tb> o <SEP> mm <SEP> (an <SEP> der <SEP> Bohrstange <SEP> gemessen) <SEP> je <SEP> Umdrehung <SEP> am <SEP> Bohrlochumfang <SEP> am <SEP> Bohrerumfang <SEP> cm/min.
<tb> 40 <SEP> 560/min <SEP> 5,3 <SEP> 23,6 <SEP> mm <SEP> 5,3 <SEP> mm <SEP> 97,0
<tb> 40 <SEP> 420/min <SEP> 7,1 <SEP> 17,6 <SEP> mm <SEP> 4,0 <SEP> mm <SEP> 99,0
<tb> 40 <SEP> 245/min <SEP> 12,3 <SEP> 10,2 <SEP> mm <SEP> 2,3 <SEP> mm <SEP> 99,0
<tb> 40 <SEP> 210/min <SEP> 14,3 <SEP> 8,8 <SEP> mm <SEP> 2,0 <SEP> mm <SEP> 110,6
<tb> 40 <SEP> 150/min <SEP> 20,0 <SEP> 6,3 <SEP> mm <SEP> 1,
3 <SEP> mm <SEP> 120,0 Die Tabelle zeigt, dass mit der Verringerung der Drehzahl, das heisst mit der Annäherung der Kerb- folge an die oben angegebenen Bestzahlen, die Ver schleissbreite am Umfang des Bohrers abnimmt und vor allen Dingen die Bohrleistung ganz erheblich zunimmt.
Es ist also ersichtlich, dass trotz Verringerung der Drehzahl des Bohrers sich die Bohrleistung vergrössert. Das gilt natürlich nur bei einer Ver minderung der Drehzahl bis zu einem gewissen Grade, nämlich bis dahin, bei dem die oben ange gebene günstige Kerbfolge erreicht ist. Würde man die Umdrehungszahl noch weiter verringern, dann würde die Leistung wieder entsprechend sinken.
Zur Durchführung dieses geschilderten Bohr verfahrens verwendet man deshalb Bohrmaschinen, bei denen bei der erforderlichen Wucht das Ver hältnis von Drehzahl des Bohrers zu seiner Schlag zahl einstellbar ist, so dass sich eine regelmässige Kerbfolge ergibt, deren Kerbdichte der Härte des zu bearbeitenden Gesteins entspricht, das heisst bei einer bestimmten Schlagzahl muss die Maschine dem Bohrer eine solche Umdrehungszahl erteilen, dass die durch die Versuche bestimmte günstigste, für das betreffende Gestein kritische Kerbfolge oder Kerb- dichte erzielt wird.
Natürlich braucht man sich nicht auf Einteilung der Materialien in drei Härtegruppen, also auf weichere, mittelharte und härtere Gesteine und Stoffe zu beschränken, sondern man kann die Mate- rialhärten auch in mehr oder in weniger als drei Gruppen einteilen.
Die Einstellung der Bohrmaschine bezüglich der Bohrerdrehzahl kann bei beiden gezeichneten, mit Druckmittel-, z. B. Pressluftdrehantrieb des Bohrers versehenen Maschinen erfolgen, indem man den Druck des zugeführten Druckmittels durch das Drosselventil 31 entsprechend drosselt; die Ein stellung bei der Maschine gemäss Fig. 2 ist auch durch das Übersetzungsgetriebe möglich. Es kann auch umgekehrt, ausgehend von einer bestimmten Umdrehungszahl oder Umfangsgeschwindigkeit des Bohrers, die Schlagzahl entsprechend eingestellt wer den, z.
B. durch Änderung des Druckes des Antriebs mittels durch Einstellung des Drosselventils 33 in Fig. 1 bzw. 2.
Auf alle Fälle soll die Schlagzahl des Schlag motors 2000 bis 6000 Schläge betragen. Bei einer Schlagzahl von z. B. 3000 soll die Drehzahl unter 220 liegen und bei einer Schlagzahl von etwa 6000 unter 440. Aus diesen Angaben lassen sich die höchsten Drehzahlen bei dazwischen-, darunter- oder darüberliegenden Schlagzahlen leicht interpolieren.
Wenn eine Änderung der Drehzahl des Dreh antriebmotors zwecks Anpassung an verschiedene Gesteinshärten in sehr erheblichem Masse notwendig ist, kann man auch mehrere Drehantriebsmotoren mit verschiedener Normaldrehzahl für wahlweise zur Arbeit zu verwendende Bohrmaschinen vorsehen, um nicht eine zu starke Drosselung der Antriebsdruck- luft und damit eine zu erhebliche Verminderung des jeweiligen Drehmomentes zu erhalten.
Fig. 4 zeigt noch die Anordnung der am Bohr lochgrund zu erzeugenden Kerben bei den drei vor erwähnten Gesteinshärtegruppen. Der Kreis stellt die Bohrsohle dar. Die radialen Striche sind die Stellen, an denen die Schneide des rotierenden Bohrers beim Schlagen auftrifft. a ist der Abstand dieser Kerben am Umfang bei weicherem Gestein, b bei mittelhartem Gestein und c bei härterem Gestein. Es ist ersichtlich, dass die Kerbdichte bei den verschiedenen Gesteinsarten verschieden ist.
Rotary percussion drilling method and rotary percussion drilling machine for rock and other correspondingly hard materials In mining work, especially when making blast holes, drilling is carried out either using a rotary drill that rotates constantly and by applying extremely considerable pressure against the bottom of the drill hole, especially with hard rock is pressed, or by the percussion drilling method, in which the drill is struck against the drill bottom by shocks occurring at short intervals and the drill is moved after each stroke.
A combination of these two drilling methods is already known, with the hammer drilling method notching the drill bottom and after the rotary borehole proceeding the rock present between successive notches is drilled off at the same time.
The last-mentioned method offers the most advantages; although it has been known for a long time, it has hardly been used in practice. One reason for this was that in the experiments carried out with this method, hammer drills were used whose number of strokes was the usual size of up to 1,800, at least less than 2,000 impacts per minute. For the rotary drilling work, in addition to the percussion work, the drill bit had to be pressed against the rock, which was often so high that the drill rod sagged and was unable to transfer the high pressure to the bottom of the drill hole.
To remedy this disadvantage, a drilling method has been proposed in which the number of blows of the hammer is increased to over 2000 blows / min. Although this achieves a very considerable improvement in the method, and significantly greater drilling capacities can be obtained than with the lower impact rates used earlier, this method has not yet led to a fully satisfactory result.
More recent research work in this area and, in particular, a detailed investigation of the type of wear on the drills have shown that the impact work on the cutting edges produced an uneven, crater-like surface, while the turning work flattened the cutting edges, i.e. had a strong blunting effect.
According to the method according to the invention, at a force of the hammer of 0.8 to 1.8 mkg per cm drill cutting edge, the ratio of the speed of the drill to its number of blows is set so that a notch sequence corresponding to the material hardness is obtained, which is the case with softer material about 6 to 9 mm, with medium-hard material about 3-6 mm and with harder material about 1-3 mm, measured at the circumference of the drill hole.
The rotary percussion drill according to the invention for carrying out the method according to the invention is set up in such a way that it has a transmission gear for changing the speed of the drill.
The force of an impact motor operated with a pressure medium can be changed accordingly by changing the pressure of the pressure medium. If you make sure that the force of the drill reaches the level of 0.8-1.8 mkg per cm of cutting edge length according to the hardness of the stone to be worked on, a relatively low pressure of the drill may be necessary, which is only one Fraction of the otherwise usual drilling pressure and in no case more up to 0 kg and above. In the case of drills with larger diameters, for example from 60 to 80 mm, the pressure can be around 600 to 700 kg, while in small-bore drills of z.
B. about 30 mm 0, which as a single chisel can have a cutting edge length of about 26 to 28 mm, the required pressure can be less than 100 kg, so that it is possible to drill with such drills directly by hand with one of the common union Execute drills without the need for tensioned drilling columns or bores.
The drawing shows in Fig. 1 and 2 two different rotary percussion drills ver for performing the drilling method according to the invention, namely Fig. 1 is a section through a rock drilling machine with the rotary drive for the drill and with attached percussion motor, the hammer un indirectly on the Drill rod works.
Fig. 2 shows an embodiment of the invention, the GE compared to Fig. 1 has a different embodiment of the drilling rod and the rotary drive.
3 is a graphic representation of the number of revolutions of the drill required for different types of rock at a certain number of blows and with different drill diameters.
Fig. 4 is a schematic representation of the notch density for different types of rock. In both versions Fig. 1 and 2, 1 is the housing of a drill with simultaneously rotating and beating drill, in which the rotor 2 is installed in a well-known manner. The drive of the rotor for turning the drill is done by compressed air or hydraulic fluid. The rotor sits as shown in FIG. 1 on a shaft 3, with which it is connected by the thread 4 Ge.
The shaft 3 runs in ball bearings 5, and to achieve smooth running of the shaft 3 and rotor 2 in the housing is a ver adjustable screw connection 6, which is screwed into the cover at the front end of the housing 1 and in the respective setting by an adjusting screw 7 can be determined. The shaft 3 is pierced in the axial direction, namely the bore in the front part 8 of the shaft is cylindrical, but in the rear part 9 is square. It is used to take on the drill rod 10 with the not gezeich designated drill, the spigot end is also seen with a cylindrical and a square part ver.
The spigot end is easy to move in the axial direction in the shaft bore, but fits snugly in the square so that the drill is carried along without play when the rotor rotates.
According to Fig. 1, an impact motor 11 is attached to the rear end of the drilling machine housing 1, the piston 12 acting as a hammer is moved independently of the drive of the rotor by hydraulic fluid or compressed air. A valve 13 inserted into the pressure medium supply line is used to control the piston forwards and backwards in very rapid succession. The insertion end of the drill rod protrudes into the displacement of the hammer.
The displacement is dimensioned in front of and behind the piston in such a way that with each stroke movement the piston exerts a strong impact on the free end of the drill rod and thereby presses the drill against the rock. To dampen the impacts, the piston is provided with an insert 12a made of rubber or some other resilient material.
The supply of compressed air or the pressure fluid to the rotary motor 2 takes place through the connector 30, in which a throttle valve 31 is installed to regulate the pressure medium to adjust the speed of the rotor, while the supply of the pressure fluid or compressed air to the impact motor is vorgenom men through a nozzle 32, which is also provided with a throttle valve 33 in order to adapt the force of the hammer to the respective rock hardness by changing the pressure of the pressure medium that has entered the impact motor.
The mode of operation is therefore such that during the rotation of the drill by the rotor of the rotary drive of the drill, the drill is additionally pressed against the bottom of the hole by the piston of the hammer, which performs at least 2000 to about 6000, preferably 3000 blows per minute.
The embodiment according to FIG. 2 differs from that in FIG. 1 in that the piston 12 of the impact motor has a striking pin 14 with which it engages in the bore of the rotor shaft. As a result, the piston receives better guidance during its vibrating movements and the insertion end of the drill rod is correspondingly shorter.
According to FIG. 2, the rotor 2 of the rotary motor acts on a hollow shaft 34 which has a toothed ring 35 at its upper end. The latter meshes with a gear 36, on whose shaft 37 another gear 38 is seated. This in turn meshes with a gear 39. The toothed wheel 39 is seated on a sleeve 40 which is rotatable in the shaft 34 and is connected to the drill rod 10 in accordance with the shaft 3 in FIG. The gears are interchangeable, so that the translation of the rotor 2 on the boring bar can be set up differently.
The sequence of notches created by the drill on the bottom of the hole, i.e. the notch density, results from the following formula:
EMI0002.0048
where Kd is the notch sequence or notch density on the circumference of the borehole, S is the number of blows of the hammer of the impact motor, D is the drill diameter and n is the speed of the rotor and drill or
EMI0003.0002
For example, if you drill a medium-hard rock with a hardness of 45 to 95 according to Shore, the number of revolutions of the drill resulting from a stroke rate of 3000 would be
EMI0003.0005
under the assumption,
that the drill diameter L '= 40 mm and the most suitable notch sequence for the rock mentioned is Kd = 4 mm.
In the case of softer rock with Shore hardnesses of 20 to 45, depending on the hardness in the above formula for Kd instead of 4 mm, 6 to 9 mm should be used, and for harder rock with Shore hardnesses of 95 to 120, 1 to 3 mm.
From Fig. 3 you can graphically at a certain number of blows, namely at a number of blows of 3000 / min for softer, medium-hard and harder rocks <I> a, b </I> and c determine the required speed of the drill.
The diagram shows as the ordinate the rock hardness according to Shore and the corresponding notch sequences required after the tests made in mm and on a first abscissa the associated speeds of the drill with the drill diameters indicated with the various curves. Below that, instead of the speed of rotation, the angle of rotation of the drill from notch to notch is indicated on a further abscissa, including the number of strokes of the drill per revolution at 3000 impacts / min and finally the speed of the drill at 6000 impacts / min.
A second point to consider is that the force of the hammer or drill is sufficient to make the necessary notch in the rock. Tests have shown that a force of about 0.8-1.8 mkg / cm cutting edge length is necessary, depending on the hardness of the rock, in order to achieve the desired result.
Tests carried out with a drill stroke rate of 3000 rpm have shown the following results:
EMI0003.0022
Drill <SEP> speed <SEP> of the <SEP> drill <SEP> number of strokes <SEP> notch spacing <SEP> wear width <SEP> drilling capacity
<tb> o <SEP> mm <SEP> (measured on <SEP> of the <SEP> drill rod <SEP>) <SEP> per <SEP> rotation <SEP> on the <SEP> drill hole circumference <SEP> on the <SEP> drill circumference <SEP> cm / min.
<tb> 40 <SEP> 560 / min <SEP> 5.3 <SEP> 23.6 <SEP> mm <SEP> 5.3 <SEP> mm <SEP> 97.0
<tb> 40 <SEP> 420 / min <SEP> 7.1 <SEP> 17.6 <SEP> mm <SEP> 4.0 <SEP> mm <SEP> 99.0
<tb> 40 <SEP> 245 / min <SEP> 12.3 <SEP> 10.2 <SEP> mm <SEP> 2.3 <SEP> mm <SEP> 99.0
<tb> 40 <SEP> 210 / min <SEP> 14.3 <SEP> 8.8 <SEP> mm <SEP> 2.0 <SEP> mm <SEP> 110.6
<tb> 40 <SEP> 150 / min <SEP> 20.0 <SEP> 6.3 <SEP> mm <SEP> 1,
3 <SEP> mm <SEP> 120.0 The table shows that as the speed is reduced, that is, as the notch sequence approaches the above-mentioned best numbers, the wear width on the circumference of the drill decreases and, above all, the Drilling performance increases considerably.
It can therefore be seen that the drilling performance increases despite the reduction in the speed of the drill. Of course, this only applies to a reduction in speed to a certain extent, namely until the point at which the favorable notch sequence given above is achieved. If you were to reduce the number of revolutions even further, then the performance would decrease again accordingly.
To carry out this drilling process described, one therefore uses drilling machines in which the ratio of the speed of the drill to its stroke number can be adjusted with the required balance, so that a regular notch sequence results, the notch density of which corresponds to the hardness of the rock to be worked This means that at a certain number of strokes the machine must give the drill a number of revolutions such that the most favorable notch sequence or notch density that is critical for the rock in question is achieved.
Of course, one does not need to restrict oneself to the division of the materials into three hardness groups, i.e. to softer, medium-hard and harder rocks and substances, but one can divide the material hardness into more or less than three groups.
The setting of the drill with respect to the drill speed can be drawn with both, with pressure medium, z. B. Compressed air rotary drive of the drill provided machines by throttling the pressure of the supplied pressure medium through the throttle valve 31 accordingly; A setting in the machine according to FIG. 2 is also possible through the transmission gear. It can also vice versa, based on a certain number of revolutions or peripheral speed of the drill, the number of strokes set accordingly who the, z.
B. by changing the pressure of the drive by means of adjusting the throttle valve 33 in Fig. 1 or 2.
In any case, the number of strokes of the impact motor should be 2000 to 6000 strokes. At a stroke rate of z. B. 3000, the speed should be below 220 and with a number of strokes of about 6000 below 440. From this information, the highest speeds can easily be interpolated for beat numbers in between, below or above.
If a change in the speed of the rotary drive motor for the purpose of adaptation to different rock hardness is necessary to a very considerable extent, you can also provide several rotary drive motors with different normal speeds for drills to be used optionally for work, so as not to reduce the drive compressed air too much and thus a to obtain a significant reduction in the respective torque.
Fig. 4 still shows the arrangement of the notches to be generated on the drill hole bottom in the three rock hardness groups mentioned before. The circle represents the bottom of the drill. The radial lines are the places where the cutting edge of the rotating drill hits when striking. a is the distance between these notches on the circumference for softer rock, b for medium-hard rock and c for harder rock. It can be seen that the notch density is different for the different types of rock.