Металлов при взаимодействии с горной породой

АБРАЗИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Под абразивностью горных пород понимают их способность изнашивать металлы при трении.  

Под изнашиванием понимается постепенное изменение формы и объема (размеров) детали или инструмента при их работе в результате отделения с поверхности деталей, инструмента частиц вещества, появлении остаточной деформации. Результат изнашивания называется износом. При достижении предельной величины износа детали, инструменты становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации и требуют восстановле­ния или замены.

В технике используются два показателя, характеризующие изнашивание:

• интенсивность изнашивания ω – износ, приходящийся на единицу работы сил трения:

                                                                (6.1)

где W - износ в любых единицах измерения (мг, мм, мм³ );

А _т = f F L  - работа трения,

  f - коэффициент трения; F - нормальная нагрузка; L - путь трения.

• скорость изнашивания - износ в единицу времени

                                                      (6.3)

где t₀ - время изнашивания.

Методы и схемы изучения изнашивания

металлов при взаимодействии с горной породой

При лабораторном изучении абразивного изнашивания металлов, работающих в контакте с горной породой, применяют следующие основные схемы.

1. Схема бурения - резания (рис. 6.1, а). Эту схему использовали при изучении абразивного изнашивания твердосплавных резцов применительно к работе вооружения режуще-скалывающего действия Е.Ф. Эпштейн, Н.В. Пичахчи, Н.И. Любимов и другие.

2. Схему сверления или истирания эталонных стержней (рис. 6.1, б) используют исключительно для оценки относительной абразивностигорных пород. Сущность метода - истирание стержня при трении верчения о блоки породы при заданном режиме изнашивания. Схему применяли М.И. Койфман, Р. Шеферд, Л.И. Барон и другие.

О.Н. Голубинцев для оценки абразивности горных пород предложил комбини-рованный метод, позволяющий оценивать показатель абразивности одновременно с оценкой твердости этой же горной породы. Изготовлен специальный прибор, объединяющий два метода - метод |вдавливания штампа и метод сверления. Прототипом прибора О.Н. Голубинцева является прибор для определения твердости и абразивности горных пород в массиве методом сверления, предложенный В.И. Карповым и М.М. Протодьяконовым. Прибор не воспроизводит изнашивания реальных деталей или инструментов, что является его основным недостатком.

3. Схема изнашивания на цилиндрической поверхности керна (рис. 6.1, в). В рассмотренных выше схемах, за исключением опытов Е.Ф. Эпштейна, не предусматривается очистка зоны контакта металла с горной породой. Опыты, выполненные Б. Фишем и другими, показали, что засорение продуктами износа поверхности трения сильно иска­жает результаты измерений. В связи с этим была предложена схема с непрерывным обновлением поверхности трения.

4. Схема изнашивания диска (кольца) (рис. 6.1, г). По этой схеме изучали абразивное изнашивание металлов Л.А. Шрейнер, П.С. Баландин, А.И.Спивак, А.Н.Попов. Сущность метода заключается в том, что образец металла в виде диска изнашивается при трении скольжения о горную породу. Вращение диска обеспечивает цикличность взаимодействия металла с горной породой.

Изнашивание ведется на специальных экспериментальных уста­новках при непрерывном струйном охлаждении рабочей поверхности диска, равномерной подаче горной породы и непрерывной записи момента трения. Этот метод позволяет приближенно моделировать изнашивание бурового и породоразрушающего инструмента, работающих при цик­лическом взаимодействии с горной породой.

5. Схема изнашивания образцов металла при ударном взаимо­действии с горной породой предложена В.Н. Виноградовым, Г.М. Со­рокиным и Г.К. Шрейбером. Эта схема подобна схеме сверления (см. рис. 6.1, б). Отличительной особенностью является то, что образец металла совершает не вращательное движение, а возвратно-поступа­тельное, нанося удары по поверхности образца породы или абразива.