Разрушение горных пород с помощью шарошек (см. рис. 1.2.7, г) — это высокоэффективный, но энергоемкий процесс. Для вдавливания рабочих элементов шарошек в твердый массив требуются значительные усилия, что обуславливает большие массу и габариты машин, оснащенных таким инструментом. Однако ключевым преимуществом шарошечного разрушения перед, например, резанием является значительно меньший износ инструмента. Это достигается благодаря прерывистому, импульсному характеру воздействия на породу. Конструктивно шарошки делятся на два основных типа — штыревые и дисковые, каждый из которых определяет уникальную механику процесса разрушения.
Разрушение штыревой шарошкой
Принцип работы штыревой шарошки основан на прерывистом контакте с забоем. Вращаясь, она последовательно вдавливает в породу свои рабочие выступы — штыри. Каждый такой акт является единичным импульсом разрушения. В результате вдавливания на поверхности породы формируется углубление, называемое лункой выкола. Интересно, что на дне этой лунки часто образуется уплотненный нарост из частиц разрушенной породы. Важной особенностью является то, что фактическая глубина разрушения (выкола) обычно оказывается больше глубины физического внедрения штыря (h), что повышает эффективность процесса.
Разрушение дисковыми шарошками
Механизм воздействия дисковых шарошек принципиально иной. Диск, внедряясь в породу, не сразу вызывает хрупкое разрушение. Сначала он уплотняет поверхностный слой, сдвигая его вглубь (рис. 1.2.7). По мере увеличения глубины вдавливания под диском формируется плотное ядро. Это ядро, погружаясь и увеличиваясь в объеме, создает мощное радиальное давление на окружающую породу, что в итоге приводит к ее сколу по бокам диска. Такой процесс обеспечивает более стабильные режимные параметры разрушения по сравнению со штыревым типом.
Таким образом, выбор между штыревым и дисковым инструментом зависит от конкретных условий работы и требуемых характеристик процесса разрушения горных пород.