Броят на ударите m в минута на зъбите на конусната корона върху лицевата скала се определя по формулата
къдетоiе предавателното отношение на скоростите на въртене на конуса и накрайника,
nw,nd– честота на въртене съответно на конуса и накрайника,k– брой зъби в разглеждания конусен венец.
Времето на контакт на зъба на накрайника със скалата при търкаляне на конуса по дъното на отвора по дъното на отвораτk при липса на приплъзване се определя по формулата
Разрушаването на скалата на дъното на кладенеца с такъв инструмент възниква, първо, поради ударите, приложени от зъбите на валцоващите ножове по дъното, и, второ, поради действието на аксиалното натоварванеF, което осигурява вдлъбнатина на скално-рязаните елементи в скалата на дъното. С някои конструктивни характеристики на този инструмент за рязане на скали, натоварването на срязване също участва в разрушаването на скалата, извършвайки, освен удар и вдлъбнатина, рязане на скалата с краткотрайно приплъзване на зъбите на накрайника по дъното при липса на въртене на конуса около оста му.
Когато ножът се търкаля по скалата, между последния и зъба на ножа възниква триене при търкаляне. При приплъзване - триене при плъзгане.
Общото за първата и третата подгрупа инструменти е въвеждането на скално-рязани елементи на режещата конструкция в скалата под действието на аксиална силаFс едновременното действие на тангенциална сила на рязанеT.
6.1. Характеристики на разрушаването на скални проби при прилагане на динамично натоварване
Всяко външно въздействие върху твърдо тяло е придружено от генериране и разпространение на еластични вълни в него. Разпространяващите се вълни предават информация за осъщественото външно въздействие от точка до точка в тялото.
Динамично натоварване е това, при което частицитедеформируемата среда се ускорява и в тялото възникват инерционни сили. Строго погледнато, всички видове натоварване трябва да се считат за динамични. На практика изследователите винаги се стремят да начертаят граница между тези два вида прилагане на натоварване. В крайна сметка всичко се определя от скоростта на прилагане на товара, продължителността на натоварването.
При краткотрайно въздействие с ниска интензивност се наблюдава динамичен вълнов модел, който се състои от директни вълни и вълни, отразени от всякакви (външни и вътрешни) граници на тялото. Въздействието с висока интензивност ще доведе до образуване на повърхности на разкъсване, в тялото се разпространява ударна вълна от еластично-пластично натоварване. Във всички случаи вълновите процеси играят решаваща роля в процеса на деформация.
Състоянието на напрежение-деформация, което възниква в скална проба при динамично действие, се различава значително от състоянието на напрежение-деформация, което възниква при статично натоварване на същата проба: ако при статично натоварване на пробата (при компресия, например) целият обем на пробата е подложен на действието на натоварване на натиск, тогава основната характеристика на състоянието на напрежение-деформация, която възниква по време на високоскоростното взаимодействие на две тела, е неравномерното разпределение на състоянието на напрежение във времето и по големина в проба.
Нека разгледаме качествена картина на деформацията на пробата при статично и динамично прилагане на товари (фиг. 27). При динамично натоварване на горния край на образеца в него възниква компресионна вълна, разпространяваща се по образеца със скоростта на звука в даденото тяло. В зависимост от продължителността Δtна силатаF, в пробата може да възникне следното състояние на напрежение: в моментt1, горната част на пробатаще бъде компресиран, а останалата част от пробата ще бъде без напрежение. При достигане на противоположната повърхност на пробата в моментt2, цялата проба може да бъде компресирана. Отразена от тази повърхност, компресионната вълна се превръща във вълна на разтоварване - вълна на разтягане.
Ориз. Фиг. 27. Разрушаване на скални проби при статично(a)и динамично(b)приложение на натоварвания:a– конично макроразрушаване,b– развитие на раздробяване на пробата
В резултат на това при динамично натоварване на пробата в тялото се образува рязко нехомогенно поле на напрежение, възникват големи градиенти на напрежение и деформация. Счупване в такова напрегнато поле възниква в целия обем на пробата. Ако си припомним също, че скалата е хетерогенна формация с голям брой пори и пукнатини, адхезивни интерфейси между минерали, между минерали и циментиращо вещество, става ясно, че появата на отражателни вълни ще се появи на всички интерфейси в целия обем на пробата. Този процес ще доведе до отслабване на цялата скална проба и при висока скорост на удара до нейното разпадане на малки части.
При висока енергия на удара може да настъпи разрушаване при контакта на сблъскващите се тела: възможно е да се наблюдават явления на разцепване, когато вълната на компресия достигне крайната повърхност на пробата.
6.1.1. Локално импулсно механично въздействие върху повърхността на твърдо тяло.Участък от повърхността на еластично хомогенно и изотропно полупространство е подложен на краткотрайно вертикално натоварване (фиг. 28). В тялото на известно разстояние от източника на смущение се образуват надлъжна вълна на опън и натискPи напречна вълна на срязванеS. Разделянето на видовете вълни става според ориентацията на движениеточастици на техните фронтове: във фронта на надлъжна вълна частиците се движат по посока на нейното разпространение, а във фронта на напречна вълна частиците се движат перпендикулярно на посоката на нейното разпространение.
Надлъжните и напречните вълни се разпространяват с различна скорост. Скоростта на надлъжната вълна се определя от съотношението
къдетоKе обемният модул,Gе модулът на срязване,е плътността на материала на полупространството.
Ориз. 28. Действие на ударно натоварване върху полупространство
Наличието на интерфейс (границата на полупространството е свободна повърхност) води до появата на конични и повърхностни вълни. Коничната вълна K е обвивката на срязващите вълни, произтичаща от взаимодействието на надлъжна вълна със свободна повърхност. Той свързва фронтовете на надлъжни и напречни вълни, фронтът му се простира от мястото, където надлъжната вълна излиза на повърхността тангенциално към фронта на напречната вълна. Разликата в посоките на преместванията води до вихрово движение на частиците между фронтовете на коничните и напречните вълни. В близост до свободната повърхност, малко зад напречната повърхност, се движи повърхностната вълна R на Релей, която бързо отслабва с дълбочина, но причинява разрушаване на повърхностния слой.
В случай на прилагане на статично натоварване, вълновите процеси възникват само в първите моменти на натоварване и след това се разпадат и не влияят на процеса на формиране на напрежението: напреженията на натиск възникват в цялата скална проба. Както вече знаем, разрушаването на образеца при статично прилагане на натоварване има конична форма и започва в местата, където напреженията на срязване достигат пределната якост на срязване на скалата (фиг. 27а).
Когато еластичната енергия, съхранявана в статично компресирана скална пробадостига големи стойности, възможно е да се приложи динамично разрушаване на пробата, когато товарът се отстрани незабавно от пробата. В този случай скалната проба може да се срути на малки парчета (самоподдържащо се разрушаване).
Динамичните методи за определяне на характеристиките на деформация на скалите се основават на възбуждането на вълнови колебания в скалата и определяне на скоростта на разпространение на еластичните вълни (надлъжни, напречни) в нея.
При динамични натоварвания се наблюдават по-високи стойности на параметрите на еластичност, якост и твърдост.