CC BY
13
УДК.622.23.05
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОИМПУГЬСНОГО МЕХАНИЗМА
ЛЛЯ МАШИН ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРЬОГО ТИПА
М В. Новосельцев?. Е. Н. Пашков. С. С. Шшшлова. Р. Э. Лушннков Нтртилтььын неегас.оапп.ет-усгик Тохгкин поътагничегюшупамярптр.тп, ?. Тписг, Россия
Лннитицни - Б папин щи? ьремн нал .модификацией сущеслвлющих ударных механизмов рабшанл различные научные группы. РФ п другш стран. Результаты исследовании ученых ¿омского политехнического университета ИЛ. Нейштетера, В.П. Ро^кова н лр. свидетельствуют. что при вращательном бт-ренпн. если воздействовать импульсами силы на инструмент, скорость бурения повышается от полутора до пяти раз. Сушсствуюшпе ударные механизмы имеют предел по характеристикам формирующегося шш\.1Ы1 и и1 раничении ни радоншк» ш-ш предела .механический прочной и де!<1лей ударной системы, возникает потребность в создании механизмов по формированию силовых импульсов с возможностью управления характеристиками импульса с целые эффективного разрешения горных перед (при бурении». Цель работы - обоснование основных параметров оезбсикоЕого гидронмпульсного механизма для повышения эффективности машин врашательно-ударнсго бурения В данной работе рассматривается методика изучения нового механизма для машин врашательно-ударного типа. Представлены достоинства нового механизма. Приведены методика изучения н полученные результаты. Новая система ио.кет
быть использована при создании новых бурильных машин с гидроприводом для интенсификации процесса разрушения горных порол.
Киочесые с.юьс: \ лирный .механизм, шиплы, безбинковыи 1 идрии.шплынын мшнизм, .меюлика, основные параметры.
I. Введение
Одним из направлений технического прогресса является широкое применение ударных механизмов для интенсификации лронзводственных процесссв в различных отраслях промышленности. В горной промышленности гидравлические и пневматические механизмы применяются в установках для дробления негабаритных горных пород, в качестве отбойных рабочих органов проходческих машин, в бурильных машинах погружного и выносного типов н т.д.
В настоящее время актуальной задачей становился создание и исследование гидроударных машин с целью повышена! эффективности их раооты.
Вращательно-ударное бурение шпуров является одним из наиболее эффективных способов. Это доказано практикой и многочисленными исследованиями в России и за рубежом. Большим научно-лехническим догги-жепнем б области бурения шпуров является освоение в промышленных масштабач млгштпами вращателыю ударного действия.
В настоящие время на кафедре теоретической и прикладной механики Национального исследовательского Томского политехнического университета ведутся исследования механизма дла машин вращательно-ударного действия, нового типа - безбойковогс гидроимпульс ного механизма [4]. Устранение одного из недостатков в существующих механизмах, а именно соударяющихся частей, позволяет повысить его эффективность. Б существующих ударных механизмах потеря энергии происходил на трении в системах боек - корпус - наковальня, а лакже полери в гндросислеме. Боек совершает движение, при котором теряется значительное количество энергии на трение пары боек - корпус, также происходит потеря энергии при механическом воздействии зо время удара. Возникающие потери в гидросистеме можно ликвидировать путем создания замкнутого объема. Таким ооразом. исключение оейка и создание замкнутой гндроснслемы служил одним из факторов повышения Ы1Д
[1-3].
Достоинства данного механизма:
• отсутствие соударяющихся частей:
• долговременное воздействие на породу;
• малая шумность при работе механизма:
• некробезошкнооь,
• малое лепловыделение.
П. Теория
Для создания опытного образца были определены основные параметры безбойкового гидрэнмгульсного механизма (далее БГИМ). Такие параметры, как технологические и конструктивные, возможно определить несколькими способами: проведя эксперимент и; стендовом оборудование или эксперимент на математической модели. 'Эксперимент на стендовом оборудовании имеет ограничение пс варьированию всеми параметрами системы, для нахождения влияния каждого из них необходимо создаЕие имитационной - математической модели. Мировое сообщество разработчиков механизмов переходит на новый уровень проектирования - создание математических моделей. Такие модели позволяют, меняя параметрические характеристики, изучать гвойства объекта. Такое проектирование обусловлено более детальным изучением объектов прн снижении затрат (без создания экспериментального образца).
Нарнс. 1 показана разработанная методика определения основных параметров БГИМ.
Объект исследования и моделирования - БГИМ. Вначале проводится анализ схемы механизма и принципа работы, огределяелся из каких чзелей состоит механизм, как они взаимосвязаны. Далее определяются граничные условия. Создание математическсй модели (ММ) делится на две части: описание принципа работы уравнениями движения н создание программисте кода с блок-схемой. Проводится эксперимент на математической модели по выявлению влияния основных параметров на формирующийся импульс. Для определения релеванл-ностн математической модели задаются начальные параметры для экспериментального стенда и проводится анализ по.-учекных результатов на ММ. и на экспериментальном стенде (М.М. = Экс. Ст.). После проводится подбор основных параметров механизма в соответствии с техническими требованиями хля опылного образца.
Таким образом, полученная методика позволяет определить основные параметру для безбойкового гидро-нмпу.тьснсго механизма.
Рнс. 1. С'чсма методики определения основных параметров БП1М
Ш. Результаты экспериментов
Моделирование по определению влияния основных параметров на формирующийся импульс производилось на созданной программе в среде МагЬаЬ. Для моделирования начальные параметры системы были равны наименьшим значениям з выбранных границах. Быле получены следующие результаты, представленные в таб-лнпе 1.
Исходя нз полученных данных по зыявленик влияния основных параметров на формирующийся импульс сделаны следующие заключения:
• при увеличении такого параметра, как объемная упругость рукава высокого давления, происходит уменьшение амплитуды выходного импульса - это связано с тем. что происходит потеря энергии на расшнре-иие РВД:
• при увеличении жееттогти пружины происходит уменьшение амплитуды и периода импульса Это ~ово-рнт о том, что система близка к гармоническим колебаниям, где период зависит от массы и жесткости системы:
• при увеличении -значении массы происходит увеличение периода н уменьшение значений амплитуды -этот факт также подтверждает сохранение закона гармонических колебании;
• при увеличении значения площади поперечного сечения поршня гЕДрсцилнн:ра происходит изменение значений амплитуды - понижаются, пернед импульса при этом остается неизменным - это может объясняться тем что чере^ поршень тидроцштиндра происходит передача импульса и *?ем оольпте площадь поперечного сечения. тем больше происходит распределение энергии пс площади и потеря энергии при передаче:
• при анализе полученных графиков не выявлено влияние на формирование силового импульса БГИМ при заданных граничных параметрам площади плунжера в связи с малым значением площади плунжера по отношению к площади 1ндрсци.шндра.
ТАБЛИЦА 1 РЕЗУЛЬТАТЫ МО ДЕ ЛИР ОВАШ1Я
Параметры Амплитуда -А Период-Т
Cv Жесткость нелинейного элемента уменьшается нет изменений
с Жесткость пружины уменьшается уменьшается
S ГЦ Площадь поршня гндроцн-лнндра уменьшается нет изменений
S щ Площадь поршня плунжера нет изменений нет изменений
ТпОНЕ Постоянное усилие поджатня увеличивается нет изменений
Ш Инерционная масса уменьшается увеличивается
Начальное давление нет изменений нет изменений
IV Выводы и заключение
Согласно разработанной методике, определены основные параметры безбойкового гндронмиульсного механизма. влияющие на формирующийся импульс.
По сравнению с существующими ударными механизмами КПД безбойкового гндронмпульсного механизма составляет около 70-80%. что прогно!нрует повышение эффективности в 1.5-2 paja дтя боровых машин вра-щате.тьно-ударного бурения.
список шпературы
1. Pashkov Е. N.. Zivakaev G. R., Tsygankova М. V. Differential equations of processes for the hydropuls power mechanism of drill machines ft Applied Mechanics and Materials. 2013. Vol. 373. P. 91-94.
2. Novasdtseva M. V. Investigation of the Influence of Hydroimpulsive Mechanism Design Parameters on the Formed Impulse ii Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1040. P. d82-<585.
3. Shadrina A. Exploration and determination of the principles of rotarypercussive underground slimhole drilling A. Shadrina. L. Saruev// International Journal of Mining Science and Technology. 2014. 24(2). P. 245-249.
4. Pashkov E. N.. Zivakayev G. R.r Yurovsky P. G. Increase of efficiency of shots drilling by use of headless hy-dropulse system // Mountain information and analytical bulletin (scientific and technical magazine). 2013. S4. 1. P. 521-527.
5. Shadrina A., Kabanova Т.. Krets V.. Sarue\' L. A study of specific fracture energy at percussion drilling // IOP Conference Series: Earth And Environmental Science "XVIII International Scientific Symposium in Honour of Academician M. A. Usov: Problems of Geology and Subsurface Development. PGON 2014" 2014.
