Расчет параметров пневматических ударных узлов и амплитуды напряжений сжатия в буровых штангах при продольном ударе по номограммам Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 263 1975

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УДАРНЫХ УЗЛОВ И АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЙ СЖАТИЯ В БУРОВЫХ ШТАНГАХ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ УДАРЕ ПО НОМОГРАММАМ

В. Ф. ГОРБУНОВ, Л. А. САРУЕВ, А. С. СЕРДЕЧНЫЙ, Л. А. ПАРШИКОВА

Расчету основных параметров пневматических бурильных, отбойных и рубильно-клепальных молотков по номограммам посвящены работы [1—2].

В данной работе сделана попытка выбора параметров новых конструкций пневматических ударных узлов, а также конструкций ударных узлов, предназначенных для испытания штанг на долговечность и расчета амплитуды напряжений сжатия в буровых штангах по номограммам.

Расчет параметров предполагается строить на основе известных положений [3—5].

Ау (1)

зтах = 4[1 +Я1-И1-*?)£>] — £шт; (2)

атах = |[1 +Ы —ЯШТ; (3)

где Р0 — давление сжатого воздуха в сети, кг/см2;

— сечение полости ствола ударного узла, см2;

5К — ход бойка, представляющий собой разность между длиной полости (за вычетом длины хвостовика инструмента и длины ударника), м\ тб — масса бойка, кг сек2\м\

— коэффициент потерь энергии, учитывающий степень наполнения сжатым воздухом, механические потери, а также изменение температуры сжатого воздуха при оптимальных режимах работы пневматического ударного узла, который для приближенных расчетов можно принимать равным 0,5— 0,55 [3];

ашах — максимальная амплитуда напряжения в штанге, кГ/см2; У6 — предударная скорость бойка, м1сек\ ашт — скорость звука в материале штанги, м\сек\ .¿ш-г — модуль упругости, кГ/см2.

<7i =

^16 — ^il

+ Лит

где /^б — сечение первой степени бойка, см2; Лит ~ сечение штанги, см2.

— Лб

Я2

(2 ,а>

(2, <У)

^26 + Лб

^26 — сечение второй ступени бойка. При построении номограмм принято:

PQ = 5 а/ягг; К = 0,5; ашт = 5200 м/сек; Ешт — 2,1 Ю6 кг/см2.

Пределы изменения энергии удара (Ау от 4 до 31,5 кГм), а также скорости бойка (Уб от 5 до 20 м/сек) выбраны по ряду предпочтительных чисел [6]. Интервалы значений конструктивного хода бойка выбраны на основании существующих ударных узлов в бурильных машинах [7].

Для приведенных сравнительно простых формул удобно применить номограммы из выравненных точек с логарифмическими шкалами [8]. Построение номограммы (рис. 1) производится по формуле (1). Для

Ау.кГп Д^м

3Í5T

25

20 ..

i к ..

Ю

230т

2Ю f

470+

150 /401 130

но ■

too-

90-

70 • 60..

30 35

-45 50 ^55

60

65

Рис. I. Номограмма для определения диаметра полости ствола ударного узла

удобства пользования номограммой в формуле (1) заменим сечение полости ствола ударного узла через диаметр и после преобразования получим

51 А,

(4)

Подставляя принятые значения энергии удара и конструктивного хода, получим расчетные значения диаметра цилиндра ударных узлов. Вторую номограмму (рис. 2) также строим по формуле [1], представленной в виде

2АУ

По заданным параметрам энергии удара и предударной скорости находим массу бойка.

Максимальную амплитуду напряжения сжатия в штанге при продольном ударе для бойков двухступенчатой формы определяем по номограмме (рис. 3), построенной по формуле

- V,

а,

(6)

где 8] — максимальная продольная деформация для бойков двухступенчатой формы, равная

*l = Jll+gl + (l-gl)g2]. (7)

А У,КГV

25"

20' *

Л"

ю

№5,

2.0 /,5"

Ю"

О.7. .

05"

аз ■

01

ЦСГ-

ЦС6--

0,03 0,02-

кРс**{

Ц; сен

5

6

7 •2

42 45

/8 -2/

Рис. 2. Номограмма для определения массы бойка ударного узла

В формулах (2, а и 2, б) заменим сечение через диаметр для облегчения расчетов по принятым параметрам

и2 н2

И- 16 И' шт /7о\

^ = , ,2 > (7' а) а ¡б +

г2

¿26 + ¿16

_ ¿26 — ¿16 /Т = ,2 , >2 • (7'6)

Максимальную амплитуду напряжения сжатия в штанге при продольном ударе для бойков цилиндрической формы определяем по номограмме (рис. 4), построенной по формуле.

атах = £1 —- , (8)

^шт

^ = -^(1+^). (9)

Const

А,им t

230 г /зо ■ ■ •1,076

/50 • ■ ■ ■ /,02

160 • 110-.. 100 ■■ so ■■ • • 0.98. ~ чт.» ■ О,9

SO.. .086 . 0,82

70"

60 ■ 07&9

j [ G^iCfv^ ¿Ъ

+9,0 jS/

/e

032'Const

-7,5 •6,5

-5,5 ..4,5

-43:

3tO

2,5

2,0

15

/5

¥<2 9

-a

7

.. 6

lj

Рис. 3. Номограмма для определения максимальной амплитуды напряжений сжатия в штанге при продольном ударе для бойков двухступенчатой формы

230т 170¿.

/30 ••

0,PS

■

. aw

/✓0 + /0О: +

". ■ ■ 0,89

90 80 +

0/= Const

^ хг

О, с*2 V6, се/г TU30 тг/

¿ООО + 7 ООО + /S

ОЛ7

0Л5 ,

^ ^ —

:-----ц*/ ~

ч &32Const

вООО

500 О • -450Q

-15

"42

+ 4000 350Q.

: 3000 •.2500 -2000 1в

•• Z : 7

Рис. 4. Номограмма для определения максимальной амплитуды напряжения сжатия в штанге при продольном ударе для бойков цилиндрической формы

Следует заметить, что в номограммах (рис. 3 и рис. 4) введена шкала диаметров полости ствола для определения максимальной продольной деформации. Зная продольную деформацию по диаметру полости ствола и скорости бойка, легко найти максимальную амплитуду напряжения в штанге.

Таким образом, построенные номограммы позволяют быстро выбирать параметры новых ударных узлов с учетом амплитуд напряжений сжатия в штанге при продольном ударе.

ЛИТЕРАТУРА

1. О. Д. Алимов, А. А. Алимова, В. Ф. Горбунов. К методике расчета основных параметров пневматических бурильных молотков. Межвузовский сборник трудов. Вып. 1. Новосибирск, Полиграфиздат, 1963.

2. А. Г. Д я дюра. Исследование и расчет бурильных молотков с независимым вращением инструмента. Новосибирск, «Наука», 1966.

3. В. Ф. Горбунов, Л. А. С а р у е в, А. С. Сердечный. Определение напряжений в буровых штангах при продольном ударе в зависимости от параметров пневматического ударного узла. Известия вузов, «Горный журнал», № 3, Свердловск, 1972.

4. Ф. К. Арндт. Механизм соударения поршня и штанги при ударном бурении. «Clückauf», i960, № 24.

5. В. Д. Андреев. Формирование импульсов напряжений в ударных узлах буровых маШин. В сб.: «Новая буровая техника при добыче полезных ископаемых». 58/15, «Недра», 1966.

6. В. 3. Васильев, А. А. К охтев и др. Справочные таблицы по деталям машин. Т. 1, М., 1965.

7. О. Д. Алимов. Техника для бурения шпуров и скважин малого диаметра, выпускаемая фирмой «Атлас копко» (Швеция). Материалы заседания секции по разрушению горных пород 23—25 ноября 1967 г. Сб. статей «Проблемы разработки рудных месторождений с применением скважинных зарядов уменьшенного диаметра». Фрунзе, 1968.

8. Д. Л. Гавра. Основы номографии с примерами из машиностроения, т.—л., Машгиз, 1962.