WIERTARKI OBROTOWE

1. Podział i zastosowanie wiertarek obrotowych

Wiertarki obrotowe służą głównie do wykonywania otworów strzałowych w węglu. Wiertarki do skał twardych mają budowę bardziej skomplikowaną i muszą być wyposażone w dodatkowe urządzenia do mechanicznego prowadzenia, przesuwania i wywierania dużego docisku.

Wykonywanie otworu ręczną wiertarką obrotową polega na wgłębianiu się w caliznę węglową specjalnego narzędzia, zwanego raczkiem, osadzonego na żerdzi wiertła, które obracane jest wiertarką trzymaną przez górnika. Ostrze raczka dociskane do węgla i obracane zdziera w sposób ciągły warstewkę węgla pewnej grubości. Wytwarzane w ten sposób zwierciny usuwane są na zewnątrz wierconego otworu śrubowym nawojem żerdzi wiertła, który spełnia zadanie przenośnika ślimakowego.

Wiertarki obrotowe ze względu na rodzaj energii zasilającej silnik dzieli się na pneumatyczne, elektryczne i hydrauliczne, a ze względu na masę dzieli się na lekkie (trzymane podczas wiercenia w rękach) oraz ciężkie (mocowane na podporach lub wozach wiertniczych i mające docisk mechaniczny). Wiertarki lekkie stosuje się do skał miękkich, ciężkie zaś — do skał twardych.

Prędkość obrotowa wierteł wiertarek lekkich wynosi 500 do 700 obr/min, wiertarek ciężkich od 120 do 240 obr/min.

2. Wiertarki pneumatyczne

Wiertarki pneumatyczne napędzane są silnikami pneumatycznymi łopatkowymi (łopatki z tekstolitu). Ponieważ prędkość obrotowa silnika pneumatycznego jest znacznie większa niż wymagana prędkość obrotowa wiertła, do jej zmniejszenia stosuje się przekładnię zębatą. Silnik i przekładnia umieszczone są w kadłubach wiertarki, wykonanych z lekkiego metalu w celu uzyskania jak najmniejszego ciężaru wiertarki. Każda wiertarka wyposażona jest ponadto w dwa uchwyty ręczne, przy czym w jednym z uchwytów znajduje się dźwignia służąca do otwierania zaworu wpustowego i uruchamiania wiertarki.

W polskich fabrykach maszyn górniczych produkuje się seryjnie wiertarki pneumatyczne typu PWR-8, PWR-5U. Silniki w tych wiertarkach są wysokoobrotowe i dlatego potrzebna jest przekładnia. W wiertarkach PWR-5 zastosowano przekładnię obiegową (planetarną), a w PWR-8 przekładnię o zazębieniu wewnętrznym

Wiertarkę typu PWR-8 pokazano na rys. 9 a i b. Wirnik 1 silnika pneumatycznego (rys. 1.b) ułożyskowany jest za pomocą dwóch łożysk tocznych 2 i 3 osadzonych w pokrywach 4 i 5, które z kolei umocowane są w kadłubie 6 wiertarki. W kadłubie tym osadzony jest nieruchomo cylinder 7 silnika wiertarki, przy czym oś cylindra przesunięta jest równolegle w stosunku do osi wirnika. Kadłub 6 ma dwa uchwyty 8, przy czym w prawym uchwycie osadzona jest przegubowo dźwignia 9. Naciśnięcie tej dźwigni powoduje przesunięcie trzpienia 10, który z kolei przesuwa kulkę 11 i otwiera w ten sposób dopływ powietrza świeżego do silnika wiertarki. Po zwolnieniu dźwigni 9 kulka 11 zaworu zostaje dociśnięta sprężyną 12 do gniazda zaworu i zamyka dopływ powietrza do silnika wiertarki.

Do wirnika 1 silnika wiertarki wkręcony jest wałek z kołem zębatym 13 (wykonane jako jedna część). Jest ono kołem napędzającym przekładnię o wewnętrznym zazębieniu. Koło napędzane 14 ułożyskowane jest za pomocą dwóch łożysk tocznych 15 w kadłubie 16 głowicy wiertarki. Kadłub głowicy jest umocowany do kadłuba 6 wiertarki za pomocą wkrętów 17. Na wydrążony wał koła zębatego 14 nakręcony jest uchwyt 18 wiertła.

Rys. 9. Wiertarka pneumatyczna typu PWR-8

a — widok,

b — przekroje

Olej ze zbiornika 19 wydostaje się przez zawór dławiący i miesza się z powietrzem dopływającym do wiertarki. Wypływ oleju można regulować przez pokręcanie pokrętłem 20, co powoduje przesuwanie iglicy 21 i przymykanie lub otwieranie otworu zaworu dławiącego. Olej wlewa się do zbiornika po odkręceniu korka 22. Sitko 23 służy do zatrzymywania ewentualnych zanieczyszczeń.

Prędkość obrotowa silnika pneumatycznego wiertarki przy nominalnym obciążeniu wynosi około 3000 obr/min, przełożenie zaś przekładni zmniejszającej prędkość obrotową 1: 4.

Wiertarka typu PWR-5 budową swoją podobna jest do wiertarki PWR-8 z tą różnicą, że ma lepszą charakterystykę techniczną, a szczególnie znacznie większy moment obrotowy i mniejszą prędkość obrotową. Dzięki temu nadaje się ona do wiercenia w skałach twardszych niż wiertarka PWR-8.

Wiertarki pneumatyczne są całkowicie bezpieczne w atmosferze z zawartością metanu i dlatego nadają się szczególnie do kopalń o dużym zagrożeniu metanowym i pyłowym. Mają ponadto mniejszy ciężar niż elektryczne i są odporne na przeciążenia. Zbyt mocne dociśnięcie wiertła do węgla może spowodować, co najwyżej zatrzymanie wiertarki, lecz nie spowoduje jej uszkodzenia.

3. Wiertarki elektryczne

Wiertarki elektryczne napędzane są silnikami elektrycznymi prądu przemiennego, trójfazowymi zwartymi. Budowa wiertarki elektrycznej w zasadzie podobna jest do budowy wiertarki pneumatycznej z tą różnicą, że kadłub wiertarki elektrycznej jest zawsze użebrowany w celu lepszego odprowadzania ciepła, które wytwarza się przy pracy silnika elektrycznego. Ponadto wiertarka elektryczna zamiast zaworu dolotowego ma wyłącznik elektryczny służący do włączania lub wyłączania silnika.

Włączanie i wyłączanie silnika, czyli jego sterowanie, może być wykonywane bezpośrednio lub zdalnie. Sterowanie bezpośrednie polega na tym, że wyłącznik trójfazowy prądu roboczego (125 V) znajduje się w samej wiertarce i dźwignia obsługiwana przez wiercącego włącza lub wyłącza wprost ten wyłącznik. Sterowanie zdalne polega na tym, że układ elektryczny wiertarki wyposażony jest w dodatkowy obwód sterujący, zasilany niskim napięciem (24 V) i wyłącznik tego właśnie obwodu znajduje się w wiertarce. Wyłącznik trójfazowy prądu roboczego znajduje się natomiast w odrębnym urządzeniu, zwanym wyłącznikiem stycznikowym.

4. Wiertarki hydrauliczne

W wiertarkach hydraulicznych stosuje się przekładnię statyczną hydrauliczną, której silnik hydrauliczny znajduje się w wiertarce, pompa natomiast w osobnym urządzeniu poza wiertarką, zwanym stacją zasilającą. Pompa ta, napędzana silnikiem elektrycznym, umieszczona jest w zbiorniku oleju i połączona z wiertarką za pomocą dwóch elastycznych przewodów gumowych, z których jeden jest przewodem zasilającym, drugi zaś spływowym. Zasadniczą zaletą wiertarek hydraulicznych jest możliwość nastawiania prędkości obrotowej wrzeciona wiertarki (przez regulację wydajności pompy), a tym samym dobieranie prędkości obrotowej najbardziej odpowiedniej do twardości wierconej skały.

5. Wiertła wiertarek obrotowych

Wiertło wiertarki obrotowej (rys. 10) składa się z żerdzi 1 oraz raczka 2 połączonego z żerdzią za pomocą zawleczki 3. Żerdź jest skręcona, co umożliwia dobre usuwanie zwiercin z wierconego otworu na zasadzie przenośnika ślimakowego. Żerdzie wykonuje się ze stali węglowej konstrukcyjnej, walcowanej lub kutej o długościach 1000, 1500, 2000, 2500 i 3000 mm.

Rys. 10. Wiertło do wiertarek obrotowych.

Typowy raczek (typu BOB) ma dwa ostrza z płytkami z węglików spiekanych, przylutowanymi lutem twardym.

Bibliografia:

- J. Antoniak, T. Opolski: Maszyny górnicze część II. Wydawnictwo ŚLĄSK 1983 r.

- Z. Korecki: Maszyny i urządzenia górnicze. Wydawnictwo ŚLĄSK 1978 r.

- W. Lesiecki, T. Opolski: Górnictwo część 5 - Urabianie młotkami i wiertarkami. Wydawnictwo ŚLĄSK 1963 r.

- L. Szostak: Wiercenie głębokich otworów, Wydawnictwo ŚLĄSK 1973r.

---