Основными величинами, характеризующими работу перфоратора, являются производительность, работа одного удара, мощность перфоратора, число ударов в минуту, расход воздуха в м3/мин.
Производительностью бурильного молотка является скорость бурения v в м/мин. Как показывают исследования, величина v зависит от глубины шпура, с увеличением которой v уменьшается.
Величину скорости бурения в зависимости от глубины шпура можно получить из выражения
где v — скорость бурения шпура глубиной до 1 м в м/мин;
k — коэффициент относительной скорости бурения,
при этом lx — глубина шпура в м, для которой определяется скорость vx м/мин.
Проф. А.Ф. Суханов приводит следующие значения средних коэффициентов скорости бурения в зависимости от глубины шпура (без учета крепости породы):
В практике необходимо знать не скорость бурения на конечной глубине, а среднюю скорость vcp бурения шпура данной глубины. Эта скорость может быть определена из выражения
откуда
Преобразуя это выражение, получим
где l1 — начальная глубина шпура в м;
v — скорость бурения шпура на глубине l1 в м/мин;
l2 — конечная глубина шпура в м;
vcp — средняя скорость бурения шпура на глубине l2 в м/мин.
При увеличении диаметра шпура скорость бурения снижается.
Эмпирическая зависимость коэффициента относительной скорости бурения от диаметра шпура представляется следующим выражением:
где k1 — коэффициент относительной скорости бурения по отношению к скорости бурения буром стандартного диаметра;
х — отношение принимаемого диаметра к стандартному.
Мощность перфоратора определяется по формуле
где А — работа поршня при его рабочем ходе или живая сила удара;
где р — давление сжатого воздуха в кг/см2;
l — длина хода поршня в см;
d — диаметр поршня в см.
Число ударов поршня в минуту
где t — время рабочего хода в сек.;
t0 — время холостого хода в сек.
Время рабочего хода поршня
где j — ускорение поршня при его рабочем ходе в см/сек2;
здесь m — масса поршня в кг*сек2/см;
G — вес поршня в кг;
g — ускорение силы тяжести, g = 981 см/сек2.
Подставив значение j в предыдущую формулу, получаем
Сила, действующая на поршень при его холостом ходе,
где k — коэффициент, меньший 1, так как площадь поршня с передней стороны меньше на величину площади поперечного сечения шток.
Ускорение поршня при холостом ходе
Время холостого хода поршня
Подставляя в формулу (1) значения t и t0, получаем
Работа поршня за 1 мин. находится по формуле
Подставляя значения в формулу мощности перфоратора, получим окончательно
Наибольшее влияние на мощность перфоратора и силу удара поршня, как видно из формулы (2), оказывают диаметр поршня и давление сжатого воздуха в цилиндре.
Мощность перфораторов легкого и среднего типов при давлении воздуха 5—6 кг/см2 колеблется в пределах от 0,93—1,1 до 1,5—2,1 л. с.
Расход воздуха при работе перфоратора зависит от его конструктивных данных и от давления воздуха. С повышением давления воздуха расход последнего возрастает в меньшей степени, чем скорость бурения. В связи с этим Удельный расход воздуха (расход на 1 м шпура) снижается. Эта зависимость показана на графике (фиг. 9). При повышении давления от 5 до 7 кг/см2 удельный расход воздуха снижается на 15—20%. Однако более выгодно доводить давление сжатого воздуха в сети у перфоратора до 7 кг/см2.
Расход сжатого воздуха в зависимости от его давления определяется по формуле
где а1, b1 и c1 — коэффициенты, характеризующие перфоратор и породу; значения их приведены в табл. 3.
Расход сжатого воздуха на единицу мощности перфоратора определяется по формуле
где а и b — коэффициенты, значения которых приведены в табл. 4.
Современные ручные перфораторы в зависимости от их мощности расходуют воздуха 2—5 м3/мин при числе ударов 1700—1800 в минуту.
Для повышения производительности пневматического бурения и облегчения труда бурильщиков ведутся работы по созданию сверхчастотных перфораторов с числом ударов до 5000—6000 в минуту.