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.