| Русский | Українська | English | ДонНТУ | Портал магістрів |
 |
Магістр ДонНТУ
Факультет: інженерна механіка та машинобудування Кафедра: енергомеханічні системи Спеціальність: енергомеханічні комплекси гірничого та гірничо-збагачувального обладнання Тема кваліфікаційної роботи магістра: « Оптимізація параметрів робочого процесу гідравлічного відбійного молотка » Керівник: к.т.н., доцент кафедри ЕМС Устименко Тетяна Олексіївна |
| Автобіографія |
|
АВТОРЕФЕРАТ |
|
ЗМІСТ
ВСТУП |
|
Гідроударні машини мають широку область поширення в гірничій справі. Великий діапазон застосування гідроударних машин обумовлений тим, що такі механізми є одним з основних джерел росту всіх виробничо-технічних показників. Найбільше часто гідроударники використовують як допоміжну ланку, що сприяє більш інтенсивному руйнуванню гірничих порід на вибої. Крім того, гідроударники можуть використатися як самостійні машини, будучи головним технічним елементом у процесі проходки шпар, руйнуванню негабаритних шматків породи, подривці ґрунту й т.п. Різноманітні умови застосування, а також складність робочих процесів у гідроударних машинах обумовили велику розмаїтість технічних схем і особливостей конструкції гідроударних машин. У загальному випадку, гідроударники являють собою імпульсну систему з вільно рухомим поршнем-бойком, що переміщається між ковадлом і верхнім обмежником, що може бути як твердим, так і пружним. Залежно від спрямованості гідравлічного впливу на поршень гідроударники можна розділити на дві основні групи: Наведений поділ гідроударників є досить узагальненим. Так, у групі машин одинарної дії залежно від способу здійснення активного ходу бойка виділені механізми прямої й зворотної дії. На вугільних шахтах України в більшості використаються електричні або пневматичні ударні механізми. Установки з електричним приводом мають обмежене застосування за умовами техніки безпеки, а також через низьку продуктивність. Недоліком пневматичних ударних установок є низький ККД і велика витрата електроенергії. В останні роки широке поширення одержали гідравлічні ударні пристрої, що мають у порівнянні із пневматичними істотні переваги, такі, як більше високий ККД, кращі шумо-вибрационные характеристики, можливість їхнього застосування при відсутності пневмосети, більша ударна потужність при меншій масі. Гідравлічні ударні механізми застосовуються як ручні, так і переносні. З їхньою допомогою можливе виконання допоміжних прохідницьких робіт, таких як виконання дільничних квершлагів, камер, заїздів, прийомних площадок. Вони можуть бути корисні і як допоміжний інструмент для механізації ручних робіт з руйнування негабаритних шматків породи, подривки ґрунту й т.п. Відбійні молотки ставляться до ручних гірських машин ударної дії. Вони призначені для отбойки вугілля й деяких інших корисних копалин, а також для руйнування твердого ґрунту, асфальтових покриттів, цегельних і кам'яних кладок і т.п. Фахівці відзначають мобільність, автономність, меншу масу й габарити гідравлічних пристроїв. Вони можуть бути підключені за допомогою гнучких шлангів до будь-якого гідроджерела, а також цілком можуть працювати від гідросистеми будь-якої дорожньої машини. Весь набір гідроінструментів, які працюють на об'єкті, може бути підключений за допомогою быстросъемного гідравлічного з'єднання до єдиного джерела енергії. Метою даної магістерської роботи є встановлення закономірностей і оптимізація параметрів робочого процесу гідроударних машин ручної дії. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні задачі:
3 НАУКОВЕ ТА ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ РОБОТИ Наукове значення роботи полягає в розширенні уявлень про теорії робочих процесів гідроударних пристроїв, установленні закономірностей робочого процесу гідромолотка, обґрунтуванні й виборі діапазону раціональних параметрів пристрою з умови його максимального ККД. Практичне значення роботи полягає в розробці імітаційного алгоритму робочого процесу гідромолотка й програми для ПК. 4 ОГЛЯД І ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА РАЗРОБОК ПО ТЕМІ 4.1 Огляд пневматичних ударних пристроїв Відбійні молотки представляють собою ручні машини ударної дії й призначені для відбійки вугілля різної міцності, слабких порід, дроблення великих шматків різних матеріалів і виконання інших допоміжних операцій. Відбійний молоток є, як правило, пневматичною поршневою машиною ударної дії із клапанним воздухорозподіленням. Робочим інструментом служить сталева загартована піка з вістрям конічної або пірамідальної форми. Включення молотка виробляється натисканням рукою його рукоятки. При роботі молотка ударник робить зворотно-поступальний рух і наприкінці робочого ходу завдає удару по хвостовику піки, утримуваної в буксі стовбура молотка кінцевою пружиною. Робітник діє відбійним молотком при відбійці гірничих порід як важелем. Молоток вимикається автоматично при знятті зусилля з рукоятки. Молоток є поршневою пневматичною машиною ударної дії із клапанним воздухорозподіленням, що працює під дією стисненого повітря. Молоток складається з воздухорозподільно ударного механізму й рукоятки із зібраним у ній пусковим пристроєм. Воздухорозподільно-ударный механізм виконує подачу стисненого повітря в циліндр стовбура по черзі в камери прямої і зворотної ходи ударника й видачу відпрацьованого повітря в атмосферу, конвертуючи енергію стисненого повітря в механічну роботу переміщуваного ударного механізму. На кресленні 4.1.1 представлена конструкція пневмомолотків. Де 1 - рукоятка, 2 - амортизатор, 3 - вентиль, 4 - заглушка, 5 - коробка, 6 - клапан, 7 - фіксатор, 8 - кільце стопорне, 9 - стовбур, 10 - ударник, 11 - футорка, 12 - ніпель. Всі молотки виконуються практично по одній конструктивній схемі й відрізняються довжиною стовбура й ударника. Зниження вібрації в сучасних відбійних молотках досягається зменшенням маси й діаметра ударника, застосуванням буферної камери холостого ходу, установкою амортизатора й ін. 4.2 Огляд електричних ударних пристроїв Електробур гідравлічний з перехопленням штанги ЭБГП1 призначений для буравлення із промиванням похилих і горизонтальних шпурів діаметром до 50 мм і довжиною 2,2 м у гірничих породах з коефіцієнтом міцності до f = 12. Електробур складається з електродвигуна 1, гідроприводу 3, двох гідроциліндрів 4, траверси 6 з порожнім шпинделем 7, у який вставляється бурова штанга, і редуктора 8. Особливістю електробура є спеціальна конструкція шпинделя із траверсою, що здійснює перехоплення штанги, що дозволяє бурити шпури на повну глибину (2,2 м) однією штангою. За допомогою фланцевих з'єднань жорстко зв'язані між собою електродвигун, редуктор і гідропривід. Цапфа 2 прикріплена до електродвигуна з нижньої сторони й призначена для закріплення в ній двох паралельно розташованих гідроциліндрів. Кінці штоків 5, що виступають із гідроциліндрів, з'єднані із траверсою й переміщаються возвратно- поступально разом з нею й шпинделем на величину ходу - 0,9 м. При цьому шпиндель може вільно обертатися в траверсі. На рисунку 4.2.1 представлений основний вид електробура гідравлічного з перехопленням штанги. 4.3 Огляд гідравлічних ударних пристроїв Класифікаційні особливості розроблювальних гідроударних пристроїв. Вибір робочої рідини. Більша частина гідроударних пристроїв в якості робочої рідини використовує технічне мастило або емульсії. До недоліків такого роду рідин ставляться забруднення навколишнього середовища при можливих витоках, пожежонебезпека й необхідність ретельного очищення. Особливістю гідроударних пристроїв, розроблювальних у Доннту, є використання в якості робочої рідини технічної води, що є екологічно - і пожежнобезпечно, вимагає при своєму застосуванні очищення лише від грубих механічних домішок. Вибір типу розподільного пристрою. Ця класифікаційна ознака нерозривно пов'язаний з попереднім. З можливих золотників і клапанного розподілу пріоритет відданий останньому. Це пояснюється тим, що клапанні розподільні пристрої в порівнянні із золотниковими не вимагають високої точності виготовлення виконавчого органа, складної системи комунікації, високого ступеня очищення робочої рідини. Вибір принципу дії. Досліджувані гідроударні пристрої працюють в автоколебальному режимі. Клапанний розподільник виконаний у вигляді окремого вузла. Отже, за принципом дії ці пристрої ставляться до типу - з винесеним розподільним механізмом. Вибір гідроударного пристрою по величині ударної потужності, що розвиває. Залежно від величини ударної потужності N, що розвиває гідроударним пристроєм, умовно розрізняють гідроударники малої ударної потужності (N<2 Квт), середньої ударної потужності (N=2-10 Квт) і великої ударної потужності (N>10 Квт). Гідроударники малої ударної потужності використаються як силові пристрої дії, що сколює, установлюваних на рухливих елементахгірничоруйнівних машин. Гідроударники малої ударної потужності характеризуються енергією удару 60...100 Дж при частоті ударів 25...15 Гц. Гідроударники середньої ударної потужності в основному застосовуються як силові вузли шахтних бурильних головок. Визначено, що та сама ударна потужність (6...8 Квт) може бути забезпечена двома способами: за рахунок високої енергії удару (450...600 Дж) при невисокій частоті ударів (14...10 Гц) або, навпаки, за рахунок щодо невисокої енергії удару (120...200 Дж) при значній частоті ударів (60...20 Гц). Гідроударники великої ударної потужності використаються при руйнуванні великих негабаритів при проведенні відкритих гірських робіт або в дорожнім будівництві. З огляду на виконаний аналіз, для наступного дослідження обрані гідроударники малої й середньої ударної потужності із клапанним розподільним пристроєм, з керованими камерами прямого й зворотного ходів, що використають в якості робочої рідини технічну воду Принципова схема гідроударного пристроя представлена на рис. 4.3.1. Пристрій включає наступні основні елементи: корпус 1, бойок 2 з хвостовиком 3, керований клапан 4, напорну 5 й сливну 6 магістралі, 8 - робочий інструмент. Перевагою схеми з керованою камерою прямого ходу є те, що вона відрізняється простотой конструкції. 5 МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГІДРОМОЛОТКА Практичне застосування гідромолотків з керованою камерою робочого ходу стримується використанням спрощених інженерних методик розрахунку, які не повною мірою враховують особливості робочого циклу й фактори, що впливають на формування конструктивних і режимних параметрів. У зв'язку із цим, робота, присвячена розробці математичної моделі й методики інженерного розрахунку, а також обґрунтуванню конструктивних і режимних параметрів відбійного гідромолотка з керованою камерою робочого ходу для руйнування будівельних матеріалів і гірничих порід, є актуальною. Для дослідження динаміки гідромолотків широко застосовують математичне моделювання повного робочого циклу або окремих фаз. Аналіз відомих математичних моделей, показує, що вони не повною мірою враховують наступні фактори: температуру й властивості робочої рідини, величини зазорів у сполучних поверхностях рухливих пар. Математична модель ураховує маси бойка, золотника, корпуса, поршня гідропневмоакумулятора, стискальність і температуру робочої рідини, змінні сили тертя, параметри трубопровода, напірно-видаткову характеристику насоса й дозволяє моделювати роботу гідромолотків різної структури: з керованою камерою робочого ходу; з керованою камерою зворотного ходу; з керованою камерою зворотного ходу й пневматичною камерою робочого ходу, а також з мережними акумуляторами або без них. При розробці математичної моделі прийняті наступні допущення: всі вузли й деталі, за винятком трубопроводів, уважаються абсолютно твердими; сила піджатія корпуса до оброблюваного середовища постійна; плин рідини в трубопроводах і каналах турбулентне. Основними ланками при моделюванні кожної з розглянутих схем є: вузол ударника, поршень-бойок якого робить зворотно-поступальний рух під дією сил тиску на його робочі поверхні й вузол розподільника, що забезпечує автоколебальний режим роботи.
Рівняння руху бойка має вигляд: де Відповідно до класичної теорії удару швидкість після зіткнення з інструментом визначається формулою Рухливим елементом вузла розподільника є поршень-клапан, рівняння руху якого має вигляд: Тиск в робочих камерах розраховуються по формулах: Тиск в камерах клапана-розподільника: Спільне рішення всіх зазначених вище рівнянь і становить основу математичного моделювання робочого процесу гідравлічного ударного механізму розглянутої схеми.
 Рисунок 5.1 – Діаграма швидкості бойка для гідравлічного відбійного молотка (анімація: обсяг - 28,1 Кбайт; розмір - 451х364; складається з 10 кадрів; затримка між кадрами - 0,5 з; затримка між останнім і першим кадрами - 2 з; кількість циклів повторення - 10) Досвід створення гідравлічних молотків підтверджує їхні явні переваги перед пневматичними: СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
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 написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата кінцевого завершення роботи: 1 грудня 2010 р. Повний текст роботи та матеріали за темою можуть бути отримані у автора або у його наукового керівника після вказаної дати. |
| Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
| ДонНТУ | Портал магистров |
маса поршня-бойка; х – координата положення поршня-бойка положення; 
- тиск рідини у відповідних робочих камерах; 
- площі робочих поверхонь поршня-бойка у відповідних камерах; 
- сила тертя, створювана гумовими ущільненнями (кільцями) поршня-бойка, розраховується по формулі: 
при 
,де R- коефіцієнт відновлення швидкості, що може перебувати в межах 0,1...0…0,3.
, 
, 
,
– тиск у відповідних робочих камерах. Витрати визначаються швидкістю руху поршня-бойка: 
. 
– гідравлічні опори каналів, що з'єднують відповідні камери. 
- змінний гідравлічний опір між сідлом і клапаном.
, 
Тут 
- гідравлічний опір каналу ВЕ, 
– змінний гідравлічний опір між головкою клапана й сідлом з боку збросної магістралі, що розраховує по формулі 
, 
– зосереджений опір збросної магістралі. 
– витрата, обумовлена швидкістю переміщення клапана розподільника, 
- витрата, що надходить у збросну магістраль. Тиск у камері З можна виразити як 
.