CC BY
37
УДК 622.839.45:622.235 М.Ю. Насонов
ОЦЕНКА РОСТА ТРЕЩИН В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ ЭКСКАВАТОРОВ ПРИ ВЕДЕНИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА
Особенностью работы металлоконструкций экскаваторов является циклический характер их нагружения. К таким нагрузкам относятся рабочие, температурные, а также сейсмические нагрузки, возникающие при проведении взрывных работ.
При подготовке на разрезах скальных пород к экскавации производятся массовые взрывы, в основном мощностью 15^70 т, однако масса взрывчатого вещества в отдельных случаях может достигать 500 т и более [1]. Частота проведения взрывов на разрезах колеблется в широких пределах и может достигать 100^-300 раз в год [1]. Из них число взрывов, проводящихся в непосредственной близости от конкретного экскаватора, как правило, не превышают 12^24, то есть выполняются 1^2 раза в месяц.
В соответствии правилами эксплуатации экскаваторы перед проведением взрывных работ должны отводиться на расстояние 100^300 м от края взрываемого блока. Такое расположение экскаваторов при взрывах является пограничным между ближней и дальней сейсмическими зонами. Несмотря на то, что взрывы в непосредственной близости от экскаватора производятся относительно редко, их влияние на прочность и долговечность металлоконструкций при наличии трещин значимо.
При взрывах возникают сейсмические волны различного типа: поверхно-
стные и объемные. Наибольшее влияние на объекты, находящиеся на поверхности, оказывают поверхностные волны. Они подразделяются на продольные, волны Релея, волны Лява, поперечные волны и так далее. При взрывах происходит колебание почвы и, следовательно, расположенных на ней объектов в различных направлениях, особенно они сильны в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Исследования сейсмического действия промышленных взрывов на объекты в России проводились и проводятся весьма широко [2, 3, 4, 5]. Несмотря на это, вопрос о характере влияния и интенсивности воздействия сейсмических волн на экскаваторы остается.
При проведении экспериментальных работ на разрезах Кузбасса в качестве объектов исследования были приняты экскаваторы ЭШ 13/50 и ЭКГ 12,5. Масса взрывчатого вещества при проведении взрывных работ изменялась от 70 до 300 т, расстояние от края взрываемого блока до экскаваторов составляло 100^500 м. Для определения деформаций и напряжений использовались тен-зорезисторы различного типа, которые наклеивались на стреле экскаватора, его настройке, поворотной платформе, опорной базе и ходовой тележке. Для регистрации сигнала от тензорезистора применялись тензоусилитель "Топаз 3" и шлейфовый осциллограф Н-117.
а, м/с2
0 100 200 300 400 500 600
г, м
В результате анализа полученных осциллограмм установлено, что наиболее опасными являются горизонтальные сварные швы поворотной платформы, опорной базы и ходовой тележки.
Для определения влияния расстояния от взрываемого блока до экскаватора на ускорения колебания почвы использовались сейсмоприемники СПМ-16. Результаты исследований приведены на рис. 1.
Из рис. 1 видно, что с увеличением расстояния местоположения экскаватора от 100 до 500 м при одинаковой мощности заряда 70 т уменьшается с 2,3 до 0,3
м/с2.
Для определения ускорения колебания почвы была получена эмпирическая формула а = 960 0Р-85/Г2,
где а - ускорение движения грунта, м/с2; Q - величина заряда, т; г - расстояние до экскаватора, м.
Варьирование мощностей заряда показало, что при сейсмическом воздействии взрывов от приведенной массы заряда 0,04 т1/3/м в метало-конструкциях экскаваторов возникают
до 15 колебаний напряжений с максимальной амплитудой 40 МПа, величина
Рис. 1. Зависимость ускорения от расстояния г при мощности заряда С = 70 т
которой возрастает в 1,3 раза с увеличением приведенной массы в 2 раза.
Учитывая импульсный (ударный) характер нагрузки были проведены лабо-ные испытания сталей ВСт3сп5, 09Г2С и 10ХСНД и их сварных соединений на статическую и
скую трещиностойкость.
Эксперименты по определению параметров статической трещиностойко-сти проводили на гидравлической разрывной машине ГРМ-1.
При определении динамической трещиностойкости использовался специальный вертикальный копер, представляющий собой сквозную решетчатую колонну высотой 3 м.
Для экспериментов использовались образцы с боковым пропилом и выращенной трещиной. При проведении эксперимента используемый образец вертикально устанавливался на нижней платформе копра, в прорезь которого вставлялся клин. На клин с различной высоты по направляющим сбрасывался груз. При этом трещина либо не меняла своей длины, либо скачкообразно подрастала на разную величину в зависимости от высоты падения груза.
Для определения момента страгива-ния трещины и скорости ее развития на образец наклеивались специальные тен-зорезисторы с разрывающимися нитями по мере прохождения трещины. Для регистрации сигналов тензорезисторов использовался осциллограф.
150Кд Кс, МПа/м- ^ - <ч-
125 , *«» ^ К
100 с /ІІ К О д
75 Кс
50 о
25
243 253 263
273 283 293
Т,° К
АК,
МПа^м
Аґ,
А
3 к- —
V
Кд
п
Испытания проводились при температурах от с 293о К до 243о, соответствующих условиям эксплуатации экскаваторов.
Эксперименты позволили определить динамический коэффициент
интенсивности напряжений Кд, соответствующий моменту спонтанного развития трещины, скорость роста трещины и критический коэффициент интенсивности напряжений КС при статических испытаниях в зависимости от температуры испытания. Результаты испытаний для стали ВСт3сп5 приведены на (рифи^ 2 видно, что с понижением температуры с 273о К до 243о К динамический КИН (Кд) уменьшался в 1,6 раза, в то же время Кс возрастал.
Скорость роста трещины зависела от температуры испытания и менялась
Рис. 2. Зависимости динамической трещиностойкости (Кд) и статической трещиностойко-сти (Кс) стали ВСт3сп5 от температуры испытания (Т) при толщине листа 6 = 20 мм
Рис. 3. График изменения действия АК в зависимости от времени
в пределах от 20 м/с до 80 м/с при изменении температуры от 273 оК до 243 оК.
Для расчета удлинения трещины в
рукциях экскаватора при импульсном воздействии взрыва по полученным ным строился график из-нения КИН в вершине щины в процессе взрыва (рис. 3). С помощью этого графика определялось время превышения максимального значения КИН (Ктах) в размахе КИНа (АК) над динамическим КИНом (Кд). Время спонтанного развития трещины находилось сложением его составляющих А^. Приращение длины трещины определялось умножением этого времени на определенную скорость роста трещины.
Установленные в результате испытаний значения динамического коэффициента интенсивности напряжений, скорости развития трещины и приращения длины трещины при импульсном действии взрывов позволили производить оценку долговечности металлоконструкций экскаваторов при проведении взрывных работ на угольных разрезах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богацкий В.Ф. Охрана инженерных сооружений и окружающей среды от вредных воздействий промышленных взрывов. /В.Ф. Богацкий, А.Г. Фридман. - М.: Недра, 1982. 161 с.
2. Медведев С. В. Сейсмика горных взрывов. /М.: Недра. 1964. 188 с. Богацкий В.Ф. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. - М.: Недра, 1978. 158 с.
3. Богацкий В.Ф. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. - М.: Недра, 1978. 158 с.
4. Сафонов Л.В. Сейсмический эффект взрывов скваженных зарядов. - М.: Наука. 1967.
5. Пестряков В. А. О сейсмической безопасности экскаваторов на открытых разработках полезных ископаемых. \ Горный журнал, 1979, № 2, с. 48-50. ЕШ
— Коротко об авторе ------------------------------------------
Насонов М.Ю. - кандидат технических наук, доцент, Кузбасский ГТУ. Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Петров.
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ им. И.В. ТАНАНАЕВА
ВОРОНИНА Надежда Викторовна Развитие и функционирование микроорганизмов в цикле обогащения апатит-нефелиновых руд с использованием оборотного водоснабжения 25.00.36 к.т.н.
