| Русский | Українська | English | ДонНТУ | Портал магистров |
 |
Магистр ДонНТУ
Факультет: инженерная механика и машиностроение Кафедра: энергомеханические системы Специальность: энергомеханические комплексы горного и горно-обогатительного оборудования Тема квалификационной работы магистра: « Оптимизация параметров рабочего процесса гидравлического отбойного молотка » Руководитель: к.т.н., доцент кафедры ЭМС Устименко Татьяна Алексеевна |
| Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
|
АВТОРЕФЕРАТ |
|
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ |
|
Гидроударные машины имеют широкую область распространения в горном деле. Обширный диапазон применения гидроударных машин обусловлен тем, что такие механизмы являются одним из основных источников роста всех производственно-технических показателей. Наиболее часто гидроударники используются как вспомогательное звено, способствующее более интенсивному разрушению горных пород на забое. Кроме того, гидроударники могут использоваться как самостоятельные машины, являясь главным техническим элементом в процессе проходки скважин, разрушению негабаритных кусков породы, подрывки почвы и т.п. Разнообразные условия применения, а также сложность рабочих процессов в гидроударных машинах обусловили большое разнообразие технических схем и особенностей конструкции гидроударных машин. В общем случае, гидроударники представляют собой импульсную систему со свободно движущимся поршнем-бойком, перемещающимся между наковальней и верхним ограничителем, который может быть как жестким, так и упругим. В зависимости от направленности гидравлического воздействия на поршень гидроударники можно разделить на две основные группы: Приведенное разделение гидроударников является весьма обобщенным. Так, в группе машин одинарного действия в зависимости от способа совершения активного хода бойка выделены механизмы прямого и обратного действия. На угольных шахтах Украины в большинстве используются электрические или пневматические ударные механизмы. Установки с электрическим приводом имеют ограниченное применение по условиям техники безопасности, а также из-за низкой производительности. Недостатком пневматических ударных установок является низкий КПД и большой расход электроэнергии. В последние годы широкое распространение получили гидравлические ударные устройства, имеющие по сравнению с пневматическими существенные преимущества, такие, как более высокий КПД, лучшие шумо-вибрационные характеристики, возможность их применения при отсутствии пневмосети, большая ударная мощность при меньшей массе. Гидравлические ударные механизмы применяются как ручные, так и переносные. С их помощью возможно выполнение вспомогательных проходческих работ, таких как выполнение участковых квершлагов, камер, заездов, приемных площадок. Они могут быть полезны и как вспомогательный инструмент для механизации ручных работ по разрушению негабаритных кусков породы, подрывки почвы и т.п. Отбойные молотки относятся к ручным горным машинам ударного действия. Они предназначены для отбойки угля и некоторых других полезных ископаемых, а также для разрушения твердого грунта, асфальтовых покрытий, кирпичных и каменных кладок и т. п. Специалисты отмечают мобильность, автономность, меньшую массу и габариты гидравлических устройств. Они могут быть подключены с помощью гибких шлангов к любому гидроисточнику, а также вполне могут работать от гидросистемы любой дорожной машины. Весь набор гидроинструментов, которые работают на объекте, может быть подключен при помощи быстросъемного гидравлического соединения к единому источнику энергии. Целью данной магистерской работы является установление закономерностей и оптимизация параметров рабочего процесса гидроударных машин ручного действия. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
3 НАУЧНОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ Научное значение работы заключается в расширении представлений о теории рабочих процессов гидроударных устройств, установлении закономерностей рабочего процесса гидромолотка, обосновании и выборе диапазона рациональных параметров устройства из условия его максимального КПД. Практическое значение работы заключается в разработке имитационного алгоритма рабочего процесса гидромолотка и программы для ПК. 4 ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК ПО ТЕМЕ 4.1 Обзор пневматических ударных устройств Отбойные молотки представляют собой ручные машины ударного действия и предназначены для отбойки углей различной крепости, слабых пород, дробления крупных кусков разных материалов и выполнения других вспомогательных операций. Отбойный молоток является, как правило, пневматической поршневой машиной ударного действия с клапанным воздухораспределением. Рабочим инструментом служит стальная закаленная пика с острием конической или пирамидальной формы. Включение молотка производится нажатием рукой его рукоятки. При работе молотка ударник совершает возвратно-поступательное движение и в конце рабочего хода наносит удар по хвостовику пики, удерживаемой в буксе ствола молотка концевой пружиной. Рабочий действует отбойным молотком при отбойке горных пород как рычагом. Молоток выключается автоматически при снятии усилия с рукоятки. Молоток является поршневой пневматической машиной ударного действия с клапанным воздухораспределением, работающий под действием сжатого воздуха. Молоток состоит из воздухораспределительно ударного механизма и рукоятки с собранным в ней пусковым устройством. Воздухораспределительно-ударный механизм выполняет подачу сжатого воздуха в цилиндр ствола по очереди в камеры прямого и обратного хода ударника и выдачу отработанного воздуха в атмосферу, конвертируя энергию сжатого воздуха в механическую работу перемещаемого ударного механизма. На чертеже 4.1.1 представлена конструкция пневмомолотков. Где 1 - рукоятка, 2 - амортизатор, 3 - вентиль, 4 - заглушка, 5 - коробка, 6 - клапан, 7 - фиксатор, 8 - кольцо стопорное, 9 - ствол, 10 - ударник, 11 - футорка, 12 - ниппель. Все молотки выполняются практически по одной конструктивной схеме и отличаются длиной ствола и ударника. Снижение вибрации в современных отбойных молотках достигается уменьшением массы и диаметра ударника, применением буферной камеры холостого хода, установкой амортизатора и др. Технические характеристики отбойных молотков типа МО приведены в таблице 4.1.1. 4.2 Обзор электрических ударных устройств Электробур гидравлический с перехватом штанги ЭБГП1 предназначен для бурения с промывкой наклонных и горизонтальных шпуров диаметром до 50 мм и длиной 2,2 м в горных породах с коэффициентом крепости до f = 12. Электробур состоит из электродвигателя 1, гидропривода 3, двух гидроцилиндров 4, траверсы 6 с полым шпинделем 7, в который вставляется буровая штанга, и редуктора 8. Особенностью электробура является специальная конструкция шпинделя с траверсой, осуществляющая перехват штанги, что позволяет бурить шпуры на полную глубину (2,2 м) одной штангой. При помощи фланцевых соединений жестко связаны между собой электродвигатель, редуктор и гидропривод. Цапфа 2 прикреплена к электродвигателю с нижней стороны и предназначена для закрепления в ней двух параллельно расположенных гидроцилиндров. Концы штоков 5, выступающие из гидроцилиндров, соединены с траверсой и перемещаются возвратно- поступательно вместе с ней и шпинделем на величину хода - 0,9 м. При этом шпиндель может свободно вращаться в траверсе. На рисунке 4.2.1 представлен основной вид электробура гидравлического с перехватом штанги. 4.3 Обзор гидравлических ударных устройств
Классификационные особенности разрабатываемых гидроударных устройств. Выбор рабочей жидкости. Подавляющая часть гидроударных устройств в качестве рабочей жидкости использует техническое масло или эмульсии. К недостаткам такого рода жидкостей относятся загрязнение окружающей среды при возможных утечках, пожароопасность и необходимость тщательной очистки. Особенностью гидроударных устройств, разрабатываемых в ДонНТУ, является использование в качестве рабочей жидкости технической воды, которая является экологически – и пожаробезопасной, требует при своем применении очистки лишь от грубых механических примесей. Выбор типа распределительного устройства. Этот классификационный признак неразрывно связан с предыдущим. Из возможных золотников и клапанного распределения приоритет отдан последнему. Это объясняется тем, что клапанные распределительные устройства по сравнению с золотниковыми не требуют высокой точности изготовления исполнительного органа, сложной системы коммуникации, высокой степени очистки рабочей жидкости. Выбор принципа действия. Исследуемые гидроударные устройства работают в автоколебательном режиме. Клапанный распределитель выполнен в виде отдельного узла. Следовательно, по принципу действия эти устройства относятся к типу – с вынесенным распределительным механизмом. Выбор гидроударного устройства по величине развиваемой ударной мощности. В зависимости от величины ударной мощности N, развиваемой гидроударным устройством, условно различают гидроударники малой ударной мощности (N<2 кВт), средней ударной мощности (N=2-10 кВт) и большой ударной мощности (N>10 кВт). Гидроударники малой ударной мощности используются в качестве силовых устройств скалывающего действия, устанавливаемых на подвижных элементах горноразрушающих машин. Гидроударники малой ударной мощности характеризуются энергией удара 60…100 Дж при частоте ударов 25…15 Гц. Гидроударники средней ударной мощности в основном применяются в качестве силовых узлов шахтных бурильных головок. Определено, что одна и та же ударная мощность (6…8 кВт) может быть обеспечена двумя способами: за счет высокой энергии удара (450…600 Дж) при невысокой частоте ударов (14…10 Гц) или, наоборот, за счет относительно невысокой энергии удара (120…200 Дж) при значительной частоте ударов (60…20 Гц). Гидроударники большой ударной мощности используются при разрушении крупных негабаритов при проведении открытых горных работ или в дорожном строительстве. Учитывая выполненный анализ, для последующего исследования выбраны гидроударники малой и средней ударной мощности с клапанным распределительным устройством, с управляемыми камерами прямого и обратного ходов, использующие в качестве рабочей жидкости техническую воду. Принципиальная схема гидроударного устройства представлена на рис. 4.3.1. Устройство включает следующие основные элементы: корпус 1, боек 2 с хвостовиком 3, управляющий клапан 4, напорную 5 и сливную 6 магистрали, 8 - рабочий инструмент. Достоинством схемы с управляемой камерой прямого хода является то, что она отличается простотой конструкции. 5 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОМОЛОТКА Практическое применение гидромолотков с управляемой камерой рабочего хода сдерживается использованием упрощенных инженерных методик расчета, которые не в полной мере учитывают особенности рабочего цикла и факторы, влияющие на формирование конструктивных и режимных параметров. В связи с этим, работа, посвященная разработке математической модели и методики инженерного расчета, а также обоснованию конструктивных и режимных параметров отбойного гидромолотка с управляемой камерой рабочего хода для разрушения строительных материалов и горных пород, является актуальной. Для исследования динамики гидромолотков широко применяют математическое моделирование полного рабочего цикла или отдельных фаз. Анализ известных математических моделей, показывает, что они ни в полной мере учитывают следующие факторы: температуру и свойства рабочей жидкости, величины зазоров в сопрягаемых поверхностях подвижных пар. Математическая модель учитывает массы бойка, золотника, корпуса, поршня гидропневмоаккумулятора, сжимаемость и температуру рабочей жидкости, переменные силы трения, параметры трубопроводом, напорно-расходную характеристику насоса и позволяет моделировать работу гидромолотков различной структуры: с управляемой камерой рабочего хода; с управляемой камерой обратного хода; с управляемой камерой обратного хода и пневматической камерой рабочего хода, а также с сетевыми аккумуляторами или без них. При разработке математической модели приняты следующие допущения: все узлы и детали, за исключением трубопроводов, считаются абсолютно жесткими; сила поджатия корпуса к обрабатываемой среде постоянная; течение жидкости в трубопроводах и каналах турбулентное. Основными звеньями при моделировании любой из рассматриваемых схем являются: узел ударника, поршень-боек которого совершает возвратно-поступательное движение под действием сил давления на его рабочие поверхности и узел распределителя, обеспечивающий автоколебательный режим работы.
Уравнение движения бойка имеет вид: где В соответствии с классической теорией удара скорость после соударения с инструментом определяется формулой Подвижным элементом узла распределителя является поршень-клапан, уравнение движения которого имеет вид: Давления в рабочих камерах рассчитываются по формулам: Давления в камерах клапана-распределителя: Совместное решение всех указанных выше уравнений и составляет основу математического моделирования рабочего процесса гидравлического ударного механизма рассмотренной схемы.
 Рисунок 5.1 – Диаграмма скорости бойка для гидравлического отбойного молотка. (анимация: объем - 28,1 Кбайт; размер - 451х364; состоит из 10 кадров; задержка между кадрами - 0,5 с; задержка между последним и первым кадрами - 2 с; количество циклов повторения - 10) Опыт создания гидравлических молотков подтверждает их явные преимущества перед пневматическими: СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Тимошенко Г.М., Яценко А.Ф., Селивра С.А. Гидравлический ударный механизм исполнительного органа буровых машин // Уголь Украины,-1984.-№11.-с.24-25. |
| При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты. |
| Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
| ДонНТУ | Портал магистров |
маса поршня-бойка; х – координата положения поршня-бойка положение; 
- давления жидкости в соответствующих рабочих камерах; 
- площади рабочих поверхностей поршня-бойка в соответствующих камерах; 
- сила трения, создаваемая резиновыми уплотнениями (кольцами) поршня-бойка, рассчитывается по формуле: 
при 
, где R- коэффициент восстановления скорости, который может находиться в пределах 0,1 …0,3.
, 
, 
,
– давления в соответствующих рабочих камерах. Расходы определяются скоростью движения поршня-бойка: 
. 
– гидравлические сопротивления каналов, соединяющих соответствующие камеры. 
- переменное гидравлическое сопротивление между седлом и клапаном.
, 
Здесь 
- гидравлическое сопротивление канала ВЕ, 
– переменное гидравлическое сопротивление между головкой клапана и седлом со стороны сбросной магистрали, рассчитываемое по формуле 
, 
– сосредоточенное сопротивление сбросной магистрали. 
– расход, определяемый скоростью перемещения клапана распределителя, 
- расход, поступающий в сбросную магистраль. Давление в камере С можно выразить как 
.