close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Маликов Виталий Сергеевич. Влияние геометрических параметров ударной системы гидромолота на напряженно-деформированное состояние нагружаемого объекта

код для вставки
Аннотация
Работа содержит следующие разделы:
 Обзорный;
 аналитический;
 экспериментальный;
 организационно-экономический.
Графическая часть проекта состоит из восьми листов формата А1 и содержит:
 Общая информация о ВКР.
 Технологические машины, применяемые при добыче камня.
 Расчетная схема и исходные данные.
 Влияние предударной скорости и геометрических параметров
бойка на напряжения в инструменте.
 Влияние геометрических параметров бойка и инструмента на величину напряжений в волноводе.
 Распространение напряжений в массиве.
 Копровый ударный стенд КУС-3.
 Основные выводы и результаты исследований.
В работе содержится: 7 таблиц, 38 рисунков, 9 формул, список использованной литературы содержит 48 источников.
Общий объем работы составляет 76 страницы.
4
Annotation
The work contains the following sections:
 Overview;
 analytical;
 experimental;
 organizational and economic.
The graphic part of the project consists of eight sheets of A1 format and contains:
 General information on WRC.
 Technological machines used in the extraction of stone.
 The calculation scheme and the initial data.
 The influence of the pre-radial velocity and geometric parameters of the
striker on the stresses in the tool.
 Influence of the geometric parameters of the striker and tool on the
magnitude of the stresses in the waveguide.

Propagation of stresses in the array.
 Impact hammer stand KUS-3.
 Main findings and research results.
The work contains: 7 tables, 38 figures, 9 formulas, a list of used literature contains
48 sources.
The total amount of work is 75 pages.
5
Содержание
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 8
ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ
ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ,
ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ УДАРНОМ РАЗРУШЕНИИ СКАЛЬНЫХ ПОРОД 11
1.1 Характеристика базовых минерально-сырьевых ресурсов и
месторождений нерудных строительных материалов России и Орловской
области................................................................................................................. 11
1.2 Анализ работ по исследованию напряженно-деформированного
состояния, возникающего в зоне контакта твердых тел ................................ 22
1.3 Исследование работ, посвященных строительной технике ..................... 28
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ УДАРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ УДАРНОМ НАГРУЖЕНИИ
ИНСТРУМЕНТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ............................... 30
2.1 Анализ и выбор инструментария для построения
математической модели ..................................................................................... 30
2.2 Создание конечно-элементной модели в пакете программ ANSYS ....... 33
2.3 Механизм формирования импульса в инструменте технологической
машины ................................................................................................................ 38
2.4 Исследование влияния динамических и геометрических
параметров бойка на величину напряжений в инструменте.......................... 41
2.5 Исследование напряженного состояния в основных элементах ударноскалывающего исполнительного органа СДМ ................................................ 46
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
РАЗРУШЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СТЕНДЕ КУС-3 ... 51
3.1 Задачи экспериментальных исследований ................................................ 51
3.2 Конструкция экспериментального стенда КУС-3 .................................... 52
3.3 Контроль и калибровка измерительной системы КУС-3 ......................... 54
3.4 Методика проведения экспериментальных исследований ...................... 57
3.4.1 Подключение ДИПУ- 2004.................................................................... 57
3.4.2 Подготовка к проведению измерений .................................................. 58
3.5 Результаты обработки экспериментальных данных ................................. 59
6
4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ................................. 62
4.1 Организация и планирование научно–исследовательских работ ........... 62
4.2
4.3
Затраты на проведение НИР. Состав работ на этапах НИР ................. 64
Оценка научно-технической результативности НИР ........................... 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 70
ПРИЛОЖЕНИЕ ..................................................................................................... 75
7
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Планируемый двукратный прирост объема добычи строительных материалов в Российской Федерации до 2025 г. предусматривает,
как одну из важнейших задач отрасли, интенсификацию процессов извлечения из недр природного камня, что, в свою очередь, требует совершенствования способов и создание средств эффективного разрушения скальных пород.
Без успешного решения этой проблемы невозможно обеспечения высоких
темпов промышленного и гражданского строительства в России. Ежегодная
добыча природных строительных материалов в Российской Федерации на сегодняшний день оценивается объемом в 115 млн. м3 [9] .
Наиболее эффективным и высоко энерговооруженным способом отбойки
пород от массива является буро-взрывной способ [23]. Однако, ему присущ
ряд негативных факторов: загрязнение окружающей среды, повышенная сейсмическая опасность (для близко расположенных строений и промышленных
объектов и населенных пунктов), неоднородная структура отделяемых от массива пород (необходимость вторичного дробления негабаритов), общая опасность ведения взрывных работ и др., что часто ограничивает применение данного способа в конкретных условиях. Альтернативным способом разрушения
крепких минеральных сред является ударный способ, реализуемый мощными
гидравлическими молотами (гидроударниками), получившими в настоящее
время большое распространение [89]. Вместе с тем, область применения гидравлических молотов и рациональные режимы их эксплуатации остаются недостаточно изученными, особенно применительно к условиям разработки
скальных и трещиноватых естественных и искусственных строительных материалов.
8
В настоящий момент отсутствуют машинные методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающим экономически целесообразную производительность.
Актуальность работы состоит в обосновании целесообразности использования безвзрывного (механического) способа и определении рациональных
параметров разрушения природных и искусственных материалов для увеличения объемов добычи скальных пород, покрывающих растущие потребности
промышленности в строительных материалах.
Цель работы. Разработка методики расчета и выбора геометрических параметров гидромолотов для разрушения скальных пород, обеспечивающих повышение производительности СДМ.
Задачи исследования:
– обзор и анализ результатов исследований механизма ударного взаимодействия инструмента и обрабатываемой среды, разрушения минеральных
сред импульсными механическими нагрузками применительно к различным
условиям их реализации;
– разработка конечно-элементной математической модели и проведение
исследований напряженно-деформированного состояния ударной системы
технологической машины и разрушаемого массива скальных пород;
– проведение лабораторных исследований процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (рабочем инструменте) в зависимости от
энергетических и конструктивных параметров ударной системы;
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является
гидравлическое устройство ударного действия.
Предмет исследований – поля напряжений в инструменте и бойке гидроударника.
Методы исследований включают обобщение результатов исследований разрушения минеральных сред ударными нагрузками, математическое мо9
делирование волновых процессов в ударной системе и массиве, экспериментальные исследования разрушения минеральных сред ударными нагрузками,
стендовые исследования ударно-скалывающего исполнительного органа.
На защиту выносятся:
– конечно-элементная математическая модель, позволяющая анализировать влияние геометрических параметров ударной системы на эффективность ударной системы;
– механизм формирования нестационарного поля напряжений в элементах ударной системы и его влияние на эффективность разрушения массива в
зависимости от параметров первичного импульса, генерируемого ударной системой;
Научная новизна.
– конечно-элементная математическая модель, базирующаяся на классических теориях механики твёрдого тела и методах вычислительной техники
позволяет рассматривать в совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах ударной системы и разрушаемом массиве.
– ударный стенд, оснащенный оригинальным комплектом высокочастотной измерительно-регистрирующей аппаратуры, позволяющей проводить исследования в широком диапазоне варьирования импульсов напряжений, генерируемых в элементах ударной системы.
– методика расчета и выбора энергетических и конструктивных параметров ударно-скалывающего исполнительного органа на основе учета влияния
волновых процессов позволяет производить прогнозную оценку производительности технологической машины и удельных энергозатрат на разрушение
скальных пород.
Достоверность полученных результатов, обоснована применением
классических теорий механики твёрдого тела, а также корректным применением математического аппарата дифференциального исчисления.
10
ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ
ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ,
ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ УДАРНОМ РАЗРУШЕНИИ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
1.1
Характеристика
базовых
минерально-сырьевых
ресурсов
и месторождений нерудных строительных материалов России и Орловской
области
Добыча полезных ископаемых является одной из важнейших отраслей
промышленности Российской Федерации. Значительную часть добываемых
сырьевых ресурсов составляют каменные материалы: известняковые породы,
песчаники, мраморы, граниты и др [29].
Строительные каменные материалы – обширная группа сырьевых ресурсов естественного происхождения. Различают каменные материалы: природные, получаемые из недр земли механической обработкой (иногда и без специальной обработки) горных пород и искусственные, производимые технологической переработкой исходного минерального сырья. Благодаря высоким
строительным качествам (долговечности, прочности, морозостойкости и др.),
распространённости и большим запасам природного сырья, каменные материалы широко применяются в современном строительстве. Они являются основными строительными материалами для возведения жилых, общественных,
промышленных зданий и различных инженерных сооружений. По форме каменные материалы делятся на материалы, состоящие из кусков неправильной
формы (бутовый камень, щебень), и штучные изделия, имеющие правильную
форму (блоки, плиты, фасонные изделия). В зависимости от плотности (объёмной массы) каменные материалы разделяют на тяжёлые (более 1800 кг/м 3),
лёгкие (от 1800 до 1200 кг/м3) и особо лёгкие (менее 1200 кг/м3). Искусственные каменные материалы, используемые в качестве теплоизоляционных материалов, могут иметь плотность в пределах 500 кг/м3 [21] .
11
Основной показатель несущей способности каменных материалов - это
предел прочности при сжатии. По этому признаку каменные материалы делятся на прочные – от 10 до 300 МПа, средней прочности – 2,5–10 МПа и малопрочные – 0,4–2,5 МПа. Прочность каменных материалов при растяжении в
7–15 раз ниже прочности при сжатии, поэтому искусственные каменные материалы часто армируют волокнистыми материалами (асбестом, стеклянным
или органическим волокном) или металлом (стальная арматура) [45]. Каменные материалы, используемые в наружных конструкциях, должны обладать
определённой степенью морозостойкости и водостойкости. Природные каменные материалы по способам их механической обработки делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и
промывкой соответствующих рыхлых горных пород; бутовый камень, добываемый главным образом разработкой (при взрывных работах) известняков,
песчаников и других осадочных пород; щебень, получаемый дроблением крепких горных пород; пилёные камни и блоки, добываемые из лёгких горных пород (туфы, ракушечники и др.) непосредственно в карьере камнерезными машинами; облицовочные камни, плиты и фасонные изделия, изготовляемые на
специализированных камнеобрабатывающих предприятиях из декоративных
горных пород (мрамор, гранит, известняк и др.).
В Орловской области при строительстве промышленных и гражданских
сооружений, дорог и технологических площадок широко используется известняк, как основной добываемый и используемый компонент центрального региона России [59]. Горные породы широко используют в качестве сырья для
изготовления разнообразных искусственных строительных
материалов
(например, керамики, стекла, теплоизоляционных материалов), а также неорганических вяжущих веществ (гипса, извести и цемента). В производстве этих
материалов и изделий применяют технологические процессы, изменяющие состав, строение и свойства природных каменных материалов.
Механические свойства характеризуют способность материала сопро12
тивляться деформациям и разрушению под действием внешних сил. Прочность – свойство твердой минеральной среды сопротивляться разрушению под
действием внутренних напряжений, возникающих в результате нагрузки.
Наиболее распространенной и универсальной оценкой механических свойств
твердых минеральных сред является предел прочности при сжатии σсж (МПа),
который определяется как частное от деления максимального разрушающего
усилия Рmax , полученного при одноосном раздавливании образца породы, на
начальную площадь поперечного сечения образца (правильной геометрической формы) F0 .
σсж = Рmax / F0 .
Характер деформации и разрушения горной породы от действия внешних сил зависит от упругих постоянных. Коэффициент пропорциональности
между пределом прочности при сжатии и деформацией называется модулем
упругости (Па):
E = σсж / δ,
где δ — относительная деформация.
Сопротивление горных пород при растяжении, изгибе и сдвиге значительно меньше сопротивления сжатию. Физико-механические свойства некоторых каменных материалов по данным [45] приведены в табл. 1.1.
Для ориентировочной оценки прочности пород используют данные
табл. 1.2, в которой приведена классификация горных пород, разработанная
М. М. Протодьяконовым. Прочность пород согласно этой классификации оценивают безразмерным коэффициентом f, который приближенно можно выразить через предел прочности на сжатие σсж (МПа) [79]:
f = σсж / 10.
13
Таблица 1.1. Физико-механические свойства горных пород
Порода
Средняя плот-
Предел прочно-
ность ρm , кг/м2
сти при сжатии сти (статический)
Базальт
Диабаз
Габбро
Гранит
Известняк
Песчаники
3000...3300
3000...3100
2900...3200
2500...2800
1800...2500
2400...2600
Модуль упруго-
σсж, МПа
300...400
300...500
100...300
50...250
15...150
30...100
Е, МПа
43900
73200
71000
46000
22500...65000
26000...45 000
Таблица 1.2. Классификация горных пород
ВременКатегория
ное сопро- прочности
тивление
по шкале
на сжатие, М.М. ПроМПа
тодьяконова
Категория Временное
Категория
Категопрочности сопротивле- прочности по
рия
по шкале ние на сжашкале
прочноСНиП
тие, МПа
М.М. Прото- сти по
шкале
дьяконова
СНиП
54,0
IV-III
VI
1,0
66,0
IV-III
VII
3,0
Х-VIII
I
82,0
III
VIII
5,0
VII-VI
I
99,0
III
VIII
8,0
VI
II
119,0
II
IX
12,0
VI
II-III
143,0
II
IX
16,0
VI
III
171,0
II-I
Х
21,00
V-VII
IV
204,0
I
XI
27,0
V
IV
242,0
I
XI
34,0
IV
V
300 и
I
XI
43,0
более
14
С середины прошлого века разработки природного камня в России проводятся взрывным способом. Взрывной способ может перемешать вместе со
слоями известняка и сопровождавшую их ненужную породу, перемешивая их
и затрудняя добычу камня. Поэтому в последние годы все большее распространение находит применение ударного способа разрушения горных пород
посредством использования гидравлических ударных устройств – гидравлических молотов [88]. Основные преимущества ударного способа разрушения над
взрывным:
1. Проведение работ при использовании гидравлических ударных
устройств является экологически безопасным технологическим процессом;
2. Безопасность ведения открытых и подземных горных работ;
3. Возможность проведения подготовительных подземных работ;
4. Более широкая область применения, ввиду лучшего контроля полезной энергии для разрушения материалов различной прочности.
Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки
обычны в центральных регионах европейской части, в том числе соседней с
Орловской Тульской областью. Также распространены на Кавказе, Урале и в
Сибири.
Крупные разрабатываемые известняковые месторождения:

Берниковское месторождение – известняки окского надгоризонта нижнего
карбона мощностью в среднем 33 м. Условия благоприятны для разработки
открытым способом. Запасы известняков для обжига на известь, производства щебня в бетон и использования в качестве бутового камня – 5091 тыс.
м3. Увеличение запасов на 7 млн. м3 под лесом.
Расположение: в 27-30 км северо-западнее г. Тулы.
15
 Кураковское месторождение – известняки алексинского, михайловского,
веневского горизонта нижнего карбона мощностью в среднем 28 м. Рекомендуется производство путевого щебня и бутового камня, кальциевой
воздушной извести, известняковой муки. Условия благоприятны для разработки открытым способом. Запасы – 6,7 млн. м3.
Расположение: в 1,5 км северо-западнее ж.д. станции Кураково узкоколейной станции ж.д. Тула – Чекалин.
 Обидимское месторождение – известняки Алексинского, Михайловского
горизонта нижнего карбона мощностью в среднем 21 м. Щебень пригоден
для приготовления асфальтобетона, минерального порошка, строительной
воздушной извести. Запасы – 5,6 млн. м3.
Расположение: на левобережье р. Волоть, в 0,5 км восточнее ж.-д. станции
Обидимо, 3 км северо-западнее пос. Ленинский, в 18 км северо-западнее г.
Тулы.
 Малиновское месторождение – известняки Алексинского, Михайловского,
Веневского горизонта нижнего карбона мощностью в среднем 19 м. Известняки пригодны для производства строительной извести, бутового
камня, щебня в бетон марок 400-600, известняковой муки. Запасы – 5,6
млн. м3.
Расположение: на правобережье р. Упы, в 8 км западнее пос. Ленинский, в
3 км восточнее ж.-д. станции Берники.
 Хомяковское месторождение – известняки Алексинского, Михайловского,
Веневского и Тарусского горизонта нижнего карбона средней мощностью
27-39 м. Известняки пригодны для производства строительной извести, бутового камня, щебня в обычный бетон. Запасы – 26,2 млн. м3.
Расположение: в бассейне р. Волоть, близ деревень Рождествено, Большие
и Малые Байдики в 3 км от магистрали Москва-Симферополь. Имеются
месторождения, не учтенные балансом и требующие доразведки.
Как видно из рис. 1.1. наибольшая доля на добычу и потребление каменных строительных материалов приходится на Центральный Федеральный
16
округ Российской Федерации и потребление превышает спрос больше чем на
3%, что говорит о высокой актуальности проблемы интенсификации добычи
скальных строительных материалов. Ежегодная добыча природных строительных материалов в РФ осуществляется в объеме 115 млн. м3.
Рис. 1.1. Производство и потребление каменных строительных материалов по округам Российской Федерации.
Ежегодная добыча природных строительных материалов в РФ осуществляется в объеме 115 млн. м3, что составляет 1,5 % от мировой добычи.
Крупнейшими разработчиками природного камня являются США – 300 млн.
м3, на долю Китая и Италии приходится по (15-16) % от мировой добычи
природных строительных материалов [69].
17
Рис. 1.2. Прогноз развития камнедобывающей
и камнеперерабатывающей промышленности до 2025 г.
По данным геологоразведочных исследований Орловская область располагает различными видами полезных ископаемых, многие из которых в
настоящее время промышленным способом не разрабатываются и являются
резервными. По данным геологоразведочных исследований запасы строительных каменных материалов Орловской области оцениваются в 31,4 млн. м3 [19].
В частности, известняки, пески, глины и травертин имеют разнообразное применение в производстве строительных материалов. Месторождения
известняков и доломитов (карбонат кальция) находятся практически во всех
районах области. Известняк – это карбонатная горная порода осадочного
происхождения, состоящая в основном из кальцита. Часто содержит различные примеси (кремнезем, глину, доломит, оксиды железа, органические соединения), в зависимости от которых цвет известняка может быть от белого
до темно-серого с разными оттенками. При содержании глины не более 6%
породу называют известняком; при наличии 6-20% примесей – мергелистым
известняком, а при большем содержании глины – мергелем. Текстура известняка – слоистая. В зависимости от текстуры средняя плотность известняк составляет 1,53 г/см3.
18
Известняк широко используют в цементной промышленности для производства портландцемента; также в химической – в производстве соды, едкого натра и др.; в стекольной промышленности для повышения химической
стойкости стекла; является сырьем для негашеной извести. Также его применяют в строительстве в качестве дорожного материала. Для бетонных конструкций гражданского и жилищного строительства используют известняк
плотностью 1,2–1,8 г/см3 с водопоглощением 10–17%, пористостью 25–40%
и прочностью на сжатие 0.7–10МПа. Более прочный известняк широко используется в качестве облицовочного камня [63].
Травертин – это известковый туф, поликристаллическая прочная тонкозернистая гомогенная горная порода, образованная минералами карбоната кальция (в основном арагонит с меньшей долей кальцита), известковые
отложения углекислых источников. Травертин используется как строительный и облицовочный камень (также и для отделки внутренних помещений).
Кроме этого используется в сельском хозяйстве для известкования почвы.
Наиболее известны месторождения известняка «Никольское» в Тосненском р-не, г. Никольское (добыча известняка) и месторождения травертина «Горностаевское» (добыча травертина) Ливенской толщи в Ливенской
области [19].
Карьеры известняка и травертина Ливенской толщи удобны для открытой разработки, без использования буровзрывных работ. При добыче природного камня учитываются также их прочность и трещиноватость, на основании которых и определяется способ отделения известняка и травертина от
массива, а именно – механическим способом.
19
Рис. 1.3. Месторождение известняка «Никольское»
Этот способ позволяет избежать появления микротрещин в структуре
камня и является более экономичным в плане расходования месторождения,
а также позволяет более точно прогнозировать места разлома породы, чем
при практически неконтролируемом взрыве. Такой «щадящий» способ добычи природного камня позволяет максимально сохранить важные качественные характеристики (это особенно важно для добычи таких пород как
известняк и травертин). Постепенно большинство производителей от подземного способа добычи известняка отказались и перешли на открытый –
добычу в карьерах. Это дешевле и безопаснее, а главное этот способ намного
бережнее к самому камню. Средняя мощность залегания известняка и доломитизированного известняка составляет от 6 до 15 м. Эти известняки отличаются чистотой состава, механической прочностью до 20 – 30 МПа [45].
Известняк залегает толстыми плитами, что удобно для разработки крупными
блоками. Известняковыми плитами в г. Орле облицованы фундаменты множества зданий и выложены многие тротуары.
В Орловской области разработкой известняковых месторождений занимается компания ООО «Промнеруд»[19].
20
Рис. 1.4. Залегание известняка в месторождении «Никольское»
Таким образом, исходя из больших объемов промышленного и гражданского строительства, необходимости прокладки новых транспортных коммуникаций и поддержания в хорошем состоянии автомобильных магистралей в
России выполняется большой объем работ по добыче и переработке нерудных
строительных материалов.
В виду дефицита месторождений кварцевых пород в Центральном Федеральном округе в Орловской области разрабатываются известняковые месторождения, как сырье для производства щебенки. Учитывая среднюю прочность (30–40 МПа) и слоистый характер залегания известняковых пород механический способ их разрушения является наиболее эффективным [45]. В связи
с этим, применение безвзрывных (механических) способов добычи и переработки известняковых пород представляется актуальным для обеспечения строительной индустрии центральных регионов, в том числе Орловской области,
нерудными строительными материалами. Основным средством, используе-
21
мым для разрушения средних и крепких минеральных сред, являются гидравлические молоты (гидроударники) [77]. Однако, область применения гидравлических молотов и рациональные режимы их эксплуатации остаются недостаточно изученными особенно применительно к условиям разработки разнопрочных природных материалов сложной структуры.
1.2 Анализ работ по исследованию напряженно-деформированного состояния, возникающего в зоне контакта твердых тел
Гидравлические ударные устройства (гидромолоты) представляют собой
исполнительное устройство, в котором непрерывный поток гидравлической
энергии преобразуется в силовой импульс в процессе соударения бойка (накопителя кинетической энергии) с рабочим инструментом.
3
2
1
5
4
Рис. 1.5. Гидравлический молот (в разрезе)
1 – рабочий инструмент (волновод); 2– боек; 4 – аккумулятор;
4 – корпус; 5 – золотниковый распределитель
В связи с этим процесс удара является основополагающим в технологии
разрушения горных пород.
Исследование удара, как механического взаимодействия стержневых систем (рис. 1.5 - инструмент 1 и боек 2) и использование этого явления в технологических операциях, представляется важным для оценки разрушения горных
22
пород механическим способом.
Для исследования процесса соударения исполнительных (инструмент –
боек) гидравлических ударных устройств с твердой минеральной средой необходимо выбрать рациональные методы для решения поставленных задач изучения работы машин и разрушения массива, а также обосновать их применимость в реальных условиях работы. Известен ряд работ, например [37,64], в
которых при исследовании удара рассматривались преимущественно процессы, протекающие в месте соударении твердых тел, а для установления зависимости между величиной местных контактных деформаций и законами
движения использовался коэффициент восстановления. Эти работы в дальнейшем легли в основу целого направления, рассматривающего деформации при
ударе как статический эффект взаимодействия сталкивающихся тел, возникающий в начале ударного взаимодействия. При этом пренебрегают местными
эффектами и рассматривают только волновые процессы в соударяющихся телах [50]. Однако, недостатки обоих методов исследования удара привели к созданию синтетической теории, в основу которой легли контактные задачи механики и основные положения волновой теории [30].
Решение некоторых контактных задач для упругих тел впервые дано Г.
Герцем [26]. В основу его теории положены следующие предположения:
 материал соприкасающихся тел в зоне контакта однороден и следует
закону Гука;
 линейные размеры площадки контакта малы по сравнению с радиусом
кривизны и линейными размерами соприкасающихся поверхностей в
окрестности точек контакта;
 силы трения между соприкасающимися телами пренебрежимо малы;
 контактирующие поверхности гладкие.
При этом найдено, что при сжатии двух тел, ограниченных плавными поверхностями, площадка контакта имеет форму эллипса (в частности, круга или
полоски), а интенсивность распределения контактных напряжений по этой
площадке следует эллипсоидальному закону.
23
Контактные напряжения имеют местный характер, т. е. быстро убывают
при достаточном удалении от места контакта. Распределение контактных
напряжений по площадке контакта и в её окрестности неравномерно и характеризуется большими градиентами. Важной особенностью распределения контактных напряжений является то, что максимальные касательные напряжения
 max , которые в значительной мере предопределяют прочность сжимаемых
тел, имеют место на некоторой глубине под площадкой контакта. Вблизи самой этой площадки напряжённое состояние близко к гидростатическому сжатию, при котором, как известно, касательные напряжения отсутствуют.
Р.М. Эйгелес и его сотрудники [32] для наблюдения в прозрачной среде
явлений, происходящих при вдавливании штампа, использовали стекло, которое, как и многие горные породы, является также хрупким.
Штампы были применены трех конфигураций: 1) цилиндр с полусферическим основанием; 2) цилиндр с плоским основанием; 3) двухгранная
призма в виде зуба шарошечного долота с прямоугольной площадкой притупления. Контактная поверхность таких штампов в начале процесса вдавливания представляет собой в первом случае точку, во втором – круг, в третьем
– прямоугольник. Во всех трех случаях в процессе вдавливания механизмы
разрушения носили аналогичный характер.
Картину разрушения стекла Р.М. Эйгелес распространил и на хрупкие
горные породы. На основе рассмотренного эксперимента
Е.И. Эдельш-
тейн и Р.М. Эйгелес выполнили аналитическое исследование механизма разрушения горных пород в предложении, что эти породы упруги до разрушения и что их прочность на разрыв существенно меньше прочности на скалывание.
Таким образом, по Р.М. Эйгелесу, разрушение стекла и хрупких горных
пород при вдавливании в них штампа происходит путем отрыва по первой
теории прочности, согласно которой разрушение начинается в точках, где
находятся наибольшие растягивающие напряжения. Разрушение должно
начинаться в точках контура контактной площадки и затем развиваться по
24
изостате главных нормальных напряжений [8].
Исходя из максимального к.п.д. передачи энергии на основе контактной
теории удара, Б.Н. Стихановскнй [84] рекомендует оптимальное соотношение
масс ( m 
m2
) определять по формуле:
m1
m
где
1  k 1  v   2v
1  k 1  v   2v
v - ограничено пределами:
1 k
1 k
,
v
3 k
2m  1  k
k -коэффициент восстановления;
v
v2
- отношение скоростей двух тел до удара;
v1
П.М. Алабужев в своем труде «Введение в теорию удара» [5] выделил
основные закономерности изменения коэффициента восстановления скорости
при ударе с учетом распространения упругих продольных волн в соударяющихся стержнях. По результатам этих исследований был сделан вывод о необходимости учета как общих, так и местных деформаций соударяющихся тел.
Была разработана методика определения коэффициента восстановления скорости при прямом, центральном и упругом соударении тел. Также был проведен анализ передачи энергии при свободном и прямом ударе тел, в том числе
и для систем, состоящих из трех и более тел. Следует отметить, что в этой
работе исследовалось только взаимодействие стержней цилиндрической
формы.
Для определения максимальной силы взаимодействия элементов ударной системы на основании теоретических исследований Герц и Сирс [26] каждый исходя из своей теории, рекомендовали расчетные формулы. Однако, изза громоздкости и сложности они мало удобны для практического использования. Е.В. Александров и В.Б. Соколинский [6] предложили более упрощенную методику определения силы удара при соударении стержней с торцами
25
произвольной формы. Эта методика, в принципе, может быть использована с
некоторыми изменениями и при расчете параметров силы удара применительно к исполнительному органу гидроударника.
Исследованию процесса внедрения инструмента в массив посвящен ряд
работ [25,31] однако все они не позволяют учитывать действие силы, вызванной взаимодействием прямой и отраженной волн с границей раздела сред.
Сила, с которой инструмент внедряется в массив, зависит от многих факторов
и, в первую очередь, от параметров удара, физико-механических свойств
скальной породы, формы и геометрии инструмента. В работе [35] рассматривается также влияние формы лезвия на эффективность ударного взаимодействия горной породы и инструмента. В указанных выше работах схема разрушения не соответствует условиям работы исполнительного органа, причем
также не учитываются затраты кинетической энергии элементов ударной системы на границе лезвие инструмента-забой.
Наиболее полно и глубоко процесс ударного взаимодействия инструмента с массивом рассмотрен в работах Кичигина А.Ф. [53] на основе «гипотезы контуров» [51]. В результате выполненных исследований предложены
расчетные формулы для определения силовых и энергетических параметров
удара. Однако, при этом не учитывается влияние близлежащей свободной поверхности и волновых явлений на протекание изучаемого процесса.
В работе [56] Красникова Ю.Д. фотомеханическим способом исследовано
напряженное состояние в массиве при его ударном нагружении. Также было
проведено исследование влияния места приложения нагрузки. Следует отметить, что в этой работе процесс удара считается квазистатическим, что позволило ввести некоторые допущения, которые позволили получить картину распространения напряжений в массиве.
В работе [11] Бабенкова И.С., Иванова К.И. и Хесина Г.Л. описаны результаты исследований напряженного состояния в буровом инструменте и
породе при их взаимодействии. Рассмотрены теоретические основы модели26
рования оптическим методом процессов бурения, методика и аппаратура исследований на плоских и объемных моделях, выполненных из оптически активного материала. Подробно анализируется напряженное состояние долот
и коронок в зависимости от геометрических и технологических факторов при
ударном и вращательно-ударном бурении, а также определение напряжений
в породе. Значительная часть работы посвящена методике и анализу динамических процессов – удара по буру и распространению импульса напряжений
вдоль модели штанги, прохождению импульса через коронку и передача его
в породу. Особое место в исследованиях занимает изучение напряженного
состояния в оптически активном материале при ударном разрушении и расколе. Описывается установка для динамических исследований, являющаяся
синтезом полярископа с импульсным источником света, сверхскоростной кинокамерой и импульсным нагружающим устройством.
Таким образом, проведя анализ работ, посвященных ударному контактному взаимодействию твердых тел можно отметить, что данный вопрос изучается уже много десятилетий и достигнуты большие успехи в описании и
моделировании соударений. Однако ни одна из рассмотренных выше работ
не дает достаточно обоснованной методики определения напряженно-деформированного состояния инструмента и массива при динамическом нагружении, что является наиболее важным для исследования разрушения крепких
минеральных массивов. Во многом это связано со статической и квазистатической постановкой задачи, которая позволяет проводить исследования в
рамках предложенных допущений. Но современные вычислительные мощности позволяют выйти за эти рамки и при помощи машинных вычислительных методов с высокой точностью и сравнительной небольшими затратами
процессорного времени получать искомые результаты.
27
1.3 Исследование работ, посвященных строительной технике
В работе Ушакова Л.С. [77] представлены материалы по обзору отечественной и зарубежной импульсной техники, нашедшей применение в различных отраслях промышленности, приведены оригинальные методики и результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов формирования и передачи ударной нагрузки, изменения напряженного состояния
массива и разрушения горных пород импульсными механическими нагрузками, представлены разработанные конструкции и исследования импульсных гидравлических приводов и ударно-скалывающих исполнительных органов технологических машин. Сделан вывод о высокой эффективности гидроударников при разрушении горных пород различной прочности.
Войцеховский Б.В. и Войцеховская Ф.Ф. в работе [25] рассмотрели вопросы теории и практики разрушения крепких горных пород ударами высокой энергии. Приводятся конструктивная схема экспериментального гидромолота для проходки монолита и результаты исследований в натурных условиях при энергии удара до 120 кДж. Показаны особенности конструкции и
динамики экспериментального бурового гидромолота и сделан вывод о преимуществе ударного способа разрушения над взрывным.
Маттис А.Р., Лабутин В.Н. и др. в своей работе [62], посвященной ковшам активного действия, сделали вывод о существенном преимуществе по
фактору энергосбережения гидравлического привода над пневматическим,
применительно к ковшам активного действия. В статье была рассмотрена математическая модель работы базовой машины с несколькими активными гидромолотами, посредством которой были получены результаты о рациональном количестве одновременно работающих гидромолотов.
В статье Федулова А.И. [91] на основании большого числа проведенных
экспериментальных работ разработан ряд рекомендаций, которые могут повысить производительность работ по дроблению крупных негабаритов твердых
28
минеральных и искусственных сред. Указано, что были проведены испытания
на различных типах горных пород, металлических сплавах, электрокорундах,
бетонах и пр., которые показали, что дробление крепких материалов машинами
ударного действия технически вполне осуществимо и позволяет полностью механизировать этот трудоемкий процесс. Был сделан вывод, что эффективность
дробления различных материалов в значительной мере зависит от их физикомеханических свойств. Оценка горных пород коэффициентом крепости не дала
исчерпывающего критерия дробимости материала. Существенную роль при
этом играли хрупкость и вязкость породы. Дробимость металлических материалов и сплавов зависела от их структуры. Крупнозернистые и пористые материалы дробились лучше, чем мелкокристаллические.
В диссертационной работе Сафронова В.П. [80] проведены исследования
процесса выемки ударными устройствами природных блоков из массива карбонатных пород. Теоретически обоснована технология выемки природных естественных блоков на стадии добычи минерального сырья из массива карбонатных пород. Разработан экспериментальный стенд и метод оценки технологических решений выемки блочного камня комбайном со стреловидным исполнительным органом. Проведено обобщение полученных результатов для разработки рациональной технологии добычи.
В книге Кантовича Л.И. [47] рассмотрены основные виды горных машин
для открытой добычи полезных ископаемых. Проведен анализ основных типов
бурильных машин и установок, горных машин и комплексов для подземной добычи, горнопроходческих машин и комплексов, горных машин и комплексов
для открытой добычи, средств гидромеханизации горных работ, определены
области их применения.
Таким образом, проведя анализ вышеприведенных работ, перспективным
направлением реализации ударного (контактно-волнового) способа разрушения минеральных сред со свободной поверхностью представляется создание
высоко-энерговооруженного ударно-скалывающего исполнительного органа,
установленного на манипулятор технологической машины.
29
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ УДАРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ УДАРНОМ НАГРУЖЕНИИ
ИНСТРУМЕНТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
2.1 Анализ и выбор инструментария для построения математической модели
Для эффективного разрушения крепких минеральных сред необходимо
передавать массиву то количество энергии, которое будет достаточным для
нарушения его монолитности. Экспериментальные исследования [77] показали, что эффективность силового воздействия инструмента технологической
машины на забой зависит от многих факторов, в том числе от способа передачи энергии удара в массив. В балансе затрат энергии удара при разрушении
горных пород существенное значение имеют затраты, связанные с генерированием волн напряжений в массиве породы, активная роль которых может
быть повышена путем оптимизации волнового поля напряжений за счет выбора рациональной схемы разрушения, параметров ударной нагрузки и силовой импульсной системы. Изучение механизма формирования нестационарного поля напряжений в массиве при ударе может базироваться как на экспериментальных, так и аналитических методах исследований. Последние отличаются более широкими возможностями при оценке роли каждой из компонент волн напряжений в формировании линии максимальных напряжений, в
зоне которой происходит развитие разрушающей породу трещины.
Для оптимизации режимов разрушения крепких минеральных сред разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния
массива при ударном воздействии инструмента в основание уступа.
На рис. 2.1 представлена расчетная схема, где по инструменту 2, длиной
l2 , опертому в массив 3 наносится удар массивным телом 1 (бойком) длинной
l1 . Инструмент и боек имеют круглое сечение соответственно диаметром d1 и
d2. Размеры элементов ударной системы для удобства сравнения результатов,
30
полученных путем построения конечно-элементной модели и при обработке
экспериментальных данных приняты с экспериментального копрового ударного стенда КУС-2, размеры которого, в свою очередь, соответствуют геометрическим параметрам реального гидравлического ударника.
1
d1
l1
2
d2
l2
X
3
c
Z
Y
a
b
Рис. 2.1. Расчетная схема: 1 – боек, 2 – инструмент, 3 – массив
В представленной расчетной схеме есть две контактные пары: боек-инструмент и инструмент-массив (рис. 2.2). Контакт бойка с инструментом представляется как контакт плоской поверхности со сферической, а контакт инструмента с массивом – как контакт двух плоских поверхностей неравных площадей.
Для решения поставленной задачи последовательного соударения ударной системы боек-инструмент-массив был использован метод конечных элементов, что позволило в дальнейшем применить программный комплекс
ANSYS [17,48].
31
Рис. 2.2. Контактные пары боек-инструмент и инструмент-массив
Методом конечных элементов (МКЭ) выполняется дискретизация рассматриваемой области определения задачи на подобласти, называемые конечными элементами. Конечные элементы могут быть различной формы (тетраэдры, пирамиды и обобщенные параллелепипеды) и различных физических
свойств материала в пределах одной конечно-элементной расчетной схемы. В
представленной задаче боек, инструмент и массив разбиты на сетку из конечных элементов SOLID 164 (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Восьмиузловой конечный элемент SOLID 164
и его возможные модификации
Каждый определяемый параметр (компонента тензора напряжений, де32
формаций), переменный в пределах конечного элемента, аппроксимирован через полиномиальные функции формы, а коэффициентами полинома являются
узловые значения этого параметра:
ui  a1  a2 xi  a3 yi  a4 zi ,
(2.1)
где ui – перемещения внутри конечного элемента;
xi, yi, zi – перемещения в узлах конечного элемента;
ai – узловые коэффициенты.
Аппроксимация известных и неизвестных параметров, изменяемых в
пределах конечного элемента, представляется в виде ограниченного
ряда.
Степень полиномиальных функций формы выбирается из условия согласования на границах соседних конечных элементов не только самих параметров,
но и нескольких производных от параметров по координатам, а также из требуемой точности решения. Следует отметить, что повышение степени аппроксимации значительно повышает размеры сводной матрицы жесткости, что
приводит к значительному увеличению потребляемых расчетных мощностей.
Для получения разрешающих уравнений МКЭ применяется метод взвешенных невязок в формулировке Галеркина [42]. Это приводит к системе разрешающих алгебраических линейных или нелинейных уравнений, в которых неизвестными являются узловые значения параметров. Для решения полученной
системы уравнений применяется метод итераций [42].
2.2 Создание конечно-элементной модели
в пакете программ ANSYS
Как видно из рис. 2.1 расчетная схема состоит из достаточно простых геометрических примитивов, поэтому ее чертеж можно выполнить собственными
средствами пакета программ ANSYS, используя операции создания параллелепипедов, прямых линий, дуг окружности и булевские операции над ними,
такие как выталкивание, вращение, рассечение и др.
33
Рис. 2.4. Моделирование геометрии расчетной схемы
Постоянные материала задаются группой команд из меню Material Props
(рис. 2.4). Упругая модель в динамической задаче подразумевает, что для описания материала необходимо знать следующие константы: модуль Юнга E, коэффициент Пуассона µ и плотность ρ. Все эти параметры задаются в соответствующем меню (рис. 2.4). В качестве расчетного варианта минеральной
среды была принята среда, физико-механические свойства которых варьируются в следующих пределах: модуль Юнга E1  0,5  1010  12,5  1010 Па ; коэффициент Пуассона 1  0,15  0,30 ; плотность 1  2000  3000 кг / м3 ; предел
прочности на сжатие  cж1  10  83МПа и на растяжение  p1  2  8,1МПа [63]
(известняки, песчаники). Для инструмента и бойка приняты, соответственно,
следующие параметры: E2,3  2 105 МПа ; 2,3  0,3 , 2,3  7800кг / м3 (сталь).
Следует отметить, что базовое исследование было проведено при следующих
параметрах массива: E1  5 1010 Па , 1  2700 кг / м3 и 1  0,23 , которые
соответствуют известняку, добываемому в Тарусском месторождении Тульской области.
34
Рис. 2.5. Задание упругих констант материала
Расчетная схема полностью симметрична относительно плоскости XZ.
Свойство симметрии используется для упрощения задачи, т.е. уменьшения
расчетного времени с сохранением качества решения. Для этого в качестве
расчетной конечно-элементной схемы принимается половина модели, «разрезанной» по плоскости XZ (рис. 2.6). В плоскости «разреза» было наложено
ограничение на перемещение элементов по нормали к этой плоскости.
Рис. 2.6. Использование симметрии задачи
X
X
X
Z
Y
35
На рис. 2.7 показаны граничные
схемы.
Z условия расчетной
Y
Y
v
2
1
X
3
Z
Y
Рис. 2.7. Граничные условия ударной системы
1) Ограничено перемещение точек плоскости по оси OY, что позволяет использовать симметрию системы относительно плоскости XOZ;
2) ограничено перемещение вдоль оси OZ прямой, являющейся осью инструмента. Такое граничное условие позволяет избежать наклона инструмента в
процессе соударения с массивом, что частично имитирует направляющие в
ударном устройстве;
3) полное запрещение перемещений точек плоскости для моделирования соударения элементов ударной системы с большим по объему массивом.
На рис. 2.8 показано разбиение системы на конечные элементы при помощи препроцессора ANSYS/Prepost. Контактное взаимодействие тел системы описывается при помощи модели «3-D Single Surface AutoGen'l Contact
[17,48]. Характерной особенностью этой модели является автоматическое
определение контактных пар, в том числе вновь образованных в процессе расчета.
36
Рис. 2.8. Разбиение системы на конечные элементы
Конечно-элементная сетка создается при помощи генератора конечных
элементов в меню «Meshing». Основные параметры разбиения:
1.
Были использованы конечные элементы типа SOLID164 для разбиения всех трехмерных объектов системы;
2.
Разбиение свободное, т.е. сетка конечных элементов (КЭ) создается средствами автоматического генератора ANSYS (задаются
только размер конечного элемента и его тип);
3.
Для КЭ SOLID164 преимущественно используется тетраэдрическая форма;
4.
В местах контакта было произведено дополнительное измельчение
сетки для повышения точности расчета.
37
Решение проводилось при помощи специализированного для расчета динамических процессов решателя LS-Dуna. Расчетный период времени составил t  5  104 c и временной шаг t  2  106 c . Время полного расчета одной
расчетной схемы составило около 25-ти минут.
Таким образом, применение пакета программ ANSYS позволило создать
расчетную модель изменения напряженного состояния элементов ударной системы, посредством которой можно определить напряженно-деформированное состояние в любой точке бойка, волновода или массива.
2.3
Механизм
формирования
импульса
в
инструменте
технологической машины
При проведении расчета решателем ANSYS были использованы следующие геометрические параметры: l1  0,20 м; l2  0,45 м; d1=0,084 м; d1=0,042 м;
a = 0,1 м; b = 0,13 м; с = 0,15 м. По результатам проведенного расчета была
сгенерирована база данных, в которой сохранены все компоненты тензоров
напряжений и деформаций для каждой точки расчетной системы на всем исследуемом временном интервале.
Рассмотрим процесс формирования импульса в инструменте (волноводе).
Для этого были построены диаграммы импульсов напряжений  y для узлов,
располагающихся в местах, соответствующих креплению тензодатчиков на
инструменте в экспериментальном стенде КУС-2, что сделано для последующего сравнения расчетных результатов с экспериментальными.
38
200 мм
100 мм
1
150 мм
2
Рис. 2.9. Расположение расчетных узлов на инструменте
В программном комплексе ANSYS операция построения осциллограммы
напряжений выполняется при помощи постпроцессорной группы команд
TimeHist Postpro (рис. 2.10.)
Рис. 2.10. Постпроцессорная обработка данных
39
В результате были получены графики зависимости напряжений  y от
времени t.
а)
б)
Рис. 2.11. Графики зависимости нормальных напряжений
в волноводе (инструменте)
На рис. 2.11 (а) показан импульс напряжений в узле 1. Напряжение в исследуемой точке в заданный интервал времени характерно отсутствием интерференциальных явлений. Это связано с тем, что фронт волны не успевает вернуться в эту точку после отражения от противоположного конца волновода за
исследуемый период времени и отсутствием влияния краевых эффектов. На
рис. 2.11 (б) показан импульс напряжений в узле 2. В отличие от узла 1 здесь
наблюдается влияние отраженной волны на напряжение в узле 2, вследствие
близкого расположения узла 2 ко второму концу волновода. Вторая часть импульса «съедается» отраженной волной напряжений, так как она противоположного знака.
40
2.4 Исследование влияния динамических и геометрических
параметров бойка на величину напряжений в инструменте
Для определения зависимости напряжений в инструменте от скорости
бойка была проведена серия вычислений с целью определения величины максимального напряжения  x в ударном импульсе для каждого расчетного случая. Были проведены расчеты для ряда скоростей бойка, результаты которых
приведены в табл.1 и на рис. 2.14.
Для иллюстрации полученных данных был построен график зависимости максимальных напряжений в инструменте от скорости бойка.
Напряжение в инструменте
-700
-600
d=65мм
-500
d=80мм
-400
-300
d=95мм
-200
-100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Скорость
бойка
8
9
10
11
Рис. 2.14. Изменение напряжений  x в инструменте в зависимости от
скорости удара бойка v по волноводу для инструментов различных диаметров: d – диаметр волновода (инструмента)
Табл. 2.1. Зависимость сжимающих напряжений в волноводе от
предударной скорости бойка
v , м/с
2
4
6
8
10
 x , МПа
78
183
279
375
484
Следовательно, напряжение в инструменте прямо пропорционально зависит от предударной скорости бойка.
41
Для определения рациональных параметров ударной системы рассмотрим изменение формы ударного импульса в узле №1 в инструменте ударной
системы (рис. 2.9).
Из рис. 2.15 можно сделать вывод об увеличении максимального напряжения в импульсе с увеличением длины бойка, а также об увеличении продолжительности импульса, т.е. о более продолжительном времени контакта
бойка и инструмента.
Рис. 2.15. Импульс напряжений в инструменте при различных
длинах бойка l: 1 – l=36 мм; 2 – l=90 мм; 3 – l=180 мм; 4 – l=216 мм; 5 –
l=234 мм.
При небольших длинах бойка (кривые 1 и 2 на рис. 2.15) большая часть
энергии не передается в массив, а рассеивается в инструменте в процессе колебательного процесса.
На рис. 2.16 показана зависимость максимального напряжения в импульсе
от длины бойка. Как видно из рис. 2.16 при небольшой длине бойка (l=0,0360,108м) идет быстрое увеличение величины максимального напряжения с ее
42
увеличением. Далее при длине бойка l>0,108м напряжение растет линейно. Такой вид кривой можно объяснить тем, что малая длина бойка не способна эффективно передавать энергию в массив, т.к. большая ее часть рассеивается в
инструменте посредством колебательного процесса. Дальнейший линейный
рост величины напряжения связан с увеличением массы бойка.
-400
-350
Напряжение, МПа
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0
0,05
0,1
0,15
Длина бойка, м
0,2
0,25
Рис. 2.16. Изменение максимального напряжения в инструменте
в зависимости от длины бойка
Рис. 2.17. Импульс напряжений в инструменте при различных
диаметрах d и скорости бойка v=5 м/с: 1 – d=42 мм; 2 – d=59 мм;
3 – d=69 мм; 4 – d=83 мм;
43
Как видно из рис. 2.15 и рис. 2.17 импульсы напряжений при варьировании диаметром бойка и его длиной имеют сходную форму. Это объясняется
тем, что геометрические параметры бойка влияют на форму импульса только
через изменение его массы. На рис. 2.18 показано изменение напряжений в
инструменте в зависимости от диаметра бойка.
-350
Напряжение, МПа
-300
7м/с
5м/с
-250
-200
2,5м/с
-150
-100
-50
0
0,03
0,04
0,05 бойка,0,06
Диаметр
м
0,07
0,08
0,09
Рис. 2.18. Изменение максимального напряжения в инструменте
в зависимости от диаметра d бойка.
Вид полученной кривой соответствует квадратичной функции, что можно
объяснить квадратичной зависимостью массы бойка от его
 = 
2
4
диаметра:
,
где  – плотность материала бойка, D - диаметр бойка, L – длина бойка.
44
Рис. 2.19. Импульс напряжений в инструменте
при его различной длине
-350
7м/с
Напряжение, МПа
-300
5м/с
-250
-200
2,5м/с
-150
-100
-50
0
0,3
0,35
0,4Длина инструмента,
0,45
0,5 м
0,55
0,6
0,65
Рис. 2.20. Изменение максимального напряжения в инструменте в
за-
висимости от его длины
При рассмотрении импульсов напряжений для инструментов различной
длины (рис. 2.19) можно отметить, что максимальная величина импульса изменяется не так значительно (рис. 2.20), как при изменении геометрических
параметров бойка, т.е. в пределах 10% при изменении длины инструмента в 2
раза, но продолжительность импульса возрастает пропорционально увеличению длины инструмента.
45
2.5 Исследование напряженного состояния в основных элементах ударноскалывающего исполнительного органа СДМ
Процесс ударного взаимодействия ударно-скалывающего исполнительного органа с массивом начинается с момента соударения бойка с инструментом (волноводом). На рис. 2.21 представлена картина распространения нормальных напряжений в бойке и волноводе гидравлического ударного устройства.
а) t1  0,2  104 с
б) t2  0,5  104 с
в) t1  0,9  104 c
Рис. 2.21. Процесс распространения напряжений в элементах ударной системы
46
На рис. 2.21 показана динамика процесса передачи энергии от бойка через волновод (инструмент) ударной машины к массиву горной породы:
а) процесс соударения бойка и инструмента: от места контакта бойка и хвостовика инструмента начинают распространяться волны напряжений и деформаций (рис.2.21, а);
б) фронт волны напряжений охватывает большую часть инструмента и бойка
(рис.2.21, б);
в) волна достигла острия инструмента и через него начинает передаваться в
массив, в котором происходит формирование поля напряжений
(рис. 2.21,
в).
Для исследования процесса рассеивания энергии в массиве проведены исследования изменения напряжений  1 вдоль направлений 1-5 (рис. 2.22).
Направления 1-5 были выбраны таким образом, чтобы можно было оценить
рассеивание энергии в массиве от места приложения нагрузки к свободной поверхности непосредственно под инструментом и вглубь массива.
Рис. 2.22. Исследуемые направления распространения напряжений
47
Для момента времени t  1,5  104 с были построены графики изменения
напряжений σ1 по длине пути 1-5 (рис. 2.23).
а) Напряжение по направлению 1
б) Напряжение по направлению 2
в) Напряжение по направлению 3
г) Напряжение по направлению 4
д) Напряжение по направлению 5
Рис. 2.23. Затухание напряжений по мере удаление от места
приложения нагрузки
48
Как видно из построенных графиков, на расстоянии от места приложения удара менее 15 мм (рис. 2.23) наблюдаются высокие сжимающие напряжения, которые довольно быстро снижаются по мере отдаления от точки
приложения нагрузки. В направлениях 1 и 2 (рис. 2.23, а, б), которые характеризуют влияние свободной поверхности на напряженное состояние массива
наблюдается преобладание растягивающих напряжений, что говорит о существенном влиянии свободной поверхности на формирование волнового поля
напряжений.
На рис. 2.24 показан процесс формирования в массиве динамического поля
напряжений.
а)
б)
в)
г)
49
д)
Рис. 2.24. Формирование поля напряжений в твердом минеральном
массиве под действием ударной нагрузки
50
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
РАЗРУШЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СТЕНДЕ КУС-3
3.1 Задачи экспериментальных исследований
Для проведения экспериментальных исследований был разработан копровый ударный стенд (КУС-3) (рис. 3.1), представляющий собой физическую модель ударной системы строительно-дорожной машины.
Рис. 3.1. Общий вид стенда
Для проведения экспериментальных исследований были поставлены и
решены следующие задачи:
1. Проверка результатов теоретических исследований – соответствия конечно-элементной математической модели физическому процессу, протекающему в ударной системе боек-инструмент-массив.
2. Исследование на физической модели процесса передачи энергии удара
разрушаемой породе.
3. Определение энергетических характеристик процесса разрушения
скальных пород ударными нагрузками.
51
3.2 Конструкция экспериментального стенда КУС-3
Стенд предназначен для изучения процесса передачи энергии удара через
систему «боек-инструмент-массив», исследования волновых процессов в волноводе с измерением и регистрацией параметров напряжений и времени.
Структурная схема стенда представлена на рис. 3.2.
Н
Усилитель
тензосигнала
АЦП
L783
ЭВМ
ДИПУ2004
Рис. 3.2. Структурная схема копрового ударного стенда (КУС-3)
Экспериментальный стенд состоит из:
Несущей части, которая представляет собой три несущих стойки и две
опорные плиты (верхняя и нижняя), на которых крепятся все основные узлы;
Ударного узла, состоящего из волновода (инструмента) и бойка, поднимаемого через блок на заданную высоту, соответствующую определенному
уровню потенциальной энергии. Боек перемещается по направляющим струнам и под действием гравитационных сил падает вниз, обеспечивая определенную скорость удара на хвостовик волновода;
Объекта нагружения, предназначенного для имитации разрушаемого
массива горной породы или искусственных и естественных строительных материалов.
52
Для измерения напряжений в волноводе использован комплект специальной регистрирующей аппаратуры ДИПУ-2004 (двухканальный измеритель параметров ударов) [49], разработанной НПФ «Удармаш» по техническому заданию ПНИЛ «Импульсные технологии» ОрелГТУ.
Конструкция стенда КУС-2, набор измерительных штанг и схема компоновки датчиков представлена на рис. 3.2 и 3.3, соответственно. Скорость соударения бойка с хвостовиком волновода регулируется высотой подъема
бойка над инструментом и определяется по формуле:
v  2 gH ,
где g – ускорение свободного падения,
H – высота подъема бойка.
а)
б)
Рис. 3.3. Общий вид стенда КУС-2 (а), схема установки тензодатчиков (б).
Основой ДИПУ-2004 является двухканальный измерительно-преобразовательный блок (ДИПБ). К соответствующим входам ДИПБ присоединены
тензодатчики измерительных штанг (волноводов). С выхода ДИБП данные и
управляющие сигналы поступают на вход платы сбора данных. Питание
ДИБП осуществляется от сети переменного тока 220 В. При измерении ударных деформаций в волноводе используется измерительная штанга с наклеенными на ней тензодатчиками.
53
Тензодатчики, наклеенные на измерительной штанге, запитываются стабилизированным постоянным током, который может регулироваться для согласования с выходным сопротивлением тензодатчика и максимизации отношения сигнал/шум. При прохождении волны сжатия-растяжения (ударного
импульса) в теле измерительной штанги тензодатчик изменяет свое сопротивление, преобразуя механический импульс в электрический сигнал в виде
напряжения.
Сигнал тензодатчика усиливается до необходимого уровня усилителем
переменного тока с изменяемым коэффициентом усиления. В состав тензоусилителя входит быстродействующий компаратор, уровень срабатывания которого может регулироваться в широких пределах. Блок схема измерительнопреобразовательного устройства (ИПУ) представлена на рис. 3.4. При превышении сигнала тензодатчика порога срабатывания выход компаратора переходит из состояния логического «0» в состояние логической «1», и наоборот, при
уменьшении величины сигнала тензодатчика. Таким образом, выбором соответствующего напряжения срабатывания компаратора осуществляется селекция импульсов по амплитуде. Выход компаратора соединён с микропроцессорной системой управления ДИБП.
С выхода тензоусилителя сигнал поступает на вход цифровой платы
сбора данных L-783 фирмы «Л Кард» с частотой преобразования f=2,8 МГц,
что при исследуемом временном диапазоне t=0,001 c составит n=ft=2,8106
– 0,001=2800 точек, что достаточно для качественного построения осциллограммы импульса.
3.3 Контроль и калибровка измерительной системы КУС-3
В измерительном комплексе ДИПУ-2004 осуществляются следующие
виды калибровки и контроля:
а) калибровка чувствительности измерительного тракта амплитуды импульсов;
54
б) контроль цепи тензодатчиков измерительной штанги на обрыв и короткое
замыкание.
При калибровке чувствительности тракта измерения амплитуд прямых
импульсов калибровочный сигнал формируется шунтированием тензорезистора датчика измерительной штанги сопротивлением известной величины.
Подключение шунта к тензорезистору осуществляется с помощью специального электронного ключа, входящего в схему калибровки, и специального
внутреннего генератора, управляющего замыканием и размыканием ключа.
Генератор калибровочных импульсов позволяет получать импульсы с регулируемыми длительностью и периодом повторения, соответствующими импульсам при реальном ударе.
Применение метода шунтирования тензорезистора позволяет осуществить сквозную калибровку тракта измерения амплитуд, включая измерительную схему тензорезистора.
Процесс калибровки представляет собой включение генератора калибровки и регистрации амплитуды получаемых импульсов на выходе тензоусилителя тем же образом, как это происходит при работе ИПБ со стендом КУС2, за исключением того, что полезный сигнал образуется за счет шунтирования тензодатчика сопротивлением шунта, а не процессами сжатия-растяжения
измерительной штанги. Суть калибровки заключается в ступенчатой регулировке коэффициента усиления импульсного сигнала до получения заранее заданной величины амплитуды импульсов. Ступенчатая регулировка осуществляется изменением коэффициента усиления тензоусилителя ИПБ с шагом 5%
вручную при помощи ручек управления прибора.
При выборе калибровочного шунта наибольшая точность измерения будет в случае равенства амплитуд калибровочного и ударного импульсов.
55
~
аналоговому
входу АЦП
К I
Дифф.
усилитель
+
Усилитель
К = 1 .. 50
Усилитель
К=5
Порог компаратора (мВ)
100 250 500 1000 2000
3000
К = 10
5В
R шунт
Ток (мА)
15
20
30
40
50
100
Ток (мА)
15
20
30
40
50
100
Источник тока
I
Источник тока
II
+5 В
+15 В
-15 В
+60 В
Блок питания
I
Калибровка I канала
Калибровка II канала
R шунт
На вход синхронизации
АЦП
Компаратор
II
Блок селекции импульсов и управления.
Временные ворота (мс)
2
5
10 20 50
100
~
+
Дифф.
усилитель
К = 10
Усилитель
К = 1 .. 50
Усилитель
К=5
95
Рис. 3.4. Блок-схема ИПУ [53]
От цифрового
выхода L783
К цифровому
входу L-783
аналоговому
входу АЦП
К II
56
По умолчанию, амплитуда калибровочного импульса устанавливается
равной 1600. Однако из соображений уменьшения количества требуемых шунтов без существенного уменьшения точности вполне допустимы различия амплитуд в пределах 10 15%, что составляет 1600100 дел. для амплитуды
ударного импульса.
Значение сопротивления шунта Rш определяют по формуле:
Rш'  Ам
Rш 
,
1600
где Rш' - сопротивление установленного шунта ;
Ам - амплитуда ударных импульсов.
Подключить шунт с требуемым значением сопротивления к разъему «ШУНТ»
на задней панели ДИПУ- 2004.
3.4 Методика проведения экспериментальных
исследований
3.4.1 Подключение ДИПУ- 2004
Для измерения параметров импульсов напряжений (деформаций) до
подключения приборов к сети проводятся следующие действия:
а) кабель 3 подключен к разъему аналоговых входов платы сбора данных, а
разъем кабеля «0» к разъему «1 канал» блока ДИПУ-2004, разъем кабеля «1»
к разъему «2 канал» блока ДИПУ-2004, немаркированный разъем кабеля к
разъему «синхр» блока ДИПУ-2004;
б) кабель «2» подключен к цифровым разъемам блока и платы;
в) к разъему «ДАТЧИК 1» и (в соответствии с программой измерений)
«ДАТЧИК 2» на задней панели ДИПУ-2004 были подключены тензометрические датчики посредством кабеля «1»;
г) к гнездам «ШУНТ 1», «ШУНТ 2» на задней панели ДИПУ- 2004 подключить калибровочные шунты с необходимым значением сопротивления резистора;
57
3.4.2 Подготовка к проведению измерений
На ПЭВМ запускается программа L-Graph2. Это программа предназначенна для регистрации, визуализации и обработки аналоговых сигналов, записанных с помощью измерительных плат или модулей аналого-цифровых плат
(АЦП) производства ООО «Л Кард».
Проверка работоспособности ДИПУ-2004 осуществляется в следующей
последовательности:
а) с помощью тумблера переключения каналов - выбирается рабочий канал;
б) устанавливается флажок у надписи «калибровка»;
в) пуск системы посредством кнопки «СТАРТ»;
г) с помощью ручек - «порог компаратора» и «временные ворота» добиваемся
появления импульсов в рабочем поле программы и индикации сигнальной
лампочки;
д) с помощью ручек «ток» и «усиление» добиваемся того, чтобы калибровочный импульс находился в пределах последней третьи шкалы измерения канала.
Нажатием кнопки «СТАРТ» запускается процесс измерения. Амплитуда
импульсов Ам должна находиться в пределах 1600  100 дел.
Остановка процесса измерения осуществляется клавишей «СТОП».
Для отображения полученных осциллограмм используем программу
L-Graph2, которая предназначена для снятия и обработки экспериментальных
данных посредством АЦП L-783.
58
3.5 Результаты обработки экспериментальных данных
При ударе по верхнему торцу волновода (штанги), не опертых о материал, получаем осциллограммы следующего вида (рис. 3.5).
V
а)
б)
Рис. 3.5. Графическое отображения показаний тензодатчика в программе LGraph без контакта штанги и массива
На рис. 3.5, (а) отображена серия ударов бойка по измерительной штанге
с различной скоростью удара без контакта с массивом. Как видно из осциллограммы, затухание колебаний происходит по закону, близкому к экспоненциальному, что согласуется с ранее проводимыми исследованиями [86]. Характер полученных осциллограмм объясняется тем, что волновод не может передать полученную энергию в массив, т.к. не контактирует с ним, поэтому вся
подведенная энергия рассеивается посредством колебательного процесса
(рис.3.5, а). На рис. 3.5, б при меньшем временном масштабе хорошо виден
колебательный процесс отражения волны напряжения от свободного торца
волновода. Отраженный импульс меньше изначального только из-за процесса
рассеивания энергии.
При ударе по штанге, находящейся в контакте с образцом скальной породы на стенде КУС-2 получены осциллограммы головного импульса следующего вида (рис. 3.6). В исследуемый диапазон времени 0,5 мс наблюдается
59
головной импульс, с амплитудой, значительно превышающей остаточные колебания в волноводе. Такой вид осциллограммы объясняется тем, что большая
часть переданной бойком волноводу энергии была передана в массив.
v
1
2
Скорость соударения v=1.5 м/c (h=0.1м)
Рис. 3.6. Осциллограммы напряжений в тензодатчиках
при различных скоростях удара.
Рис. 3.7. Головной и отраженныые импульсы напряжений в волноводе
60
В результате обработки осциллограмм, представленных на рис. 3.6, получена зависимость между напряжениями в головном импульсе от скорости
удара бойка (рис. 3.7).
61
4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
4.1 Организация и планирование научно–исследовательских работ
НИР проводят с целью получения методами научного исследования
обоснованных исходных данных для разработки технических заданий на новую продукцию и модернизацию старой и выявления наиболее эффективных
решений для использования их в процессе проведения опытно-конструкторских работ (ОКР) и опытно-технологичских работ (ОТР), создания образцов,
осуществления их всесторонней проверки перед проведением ОТР.
В результате проделанной работы определены новые пути в решении
изучаемой проблемы, которые были использованы при синтезе структуры
устройства.
В качестве исходного документа для проведения НИР рекомендуется
разрабатывать техническое задание (ТЗ НИР). Оно определяет цель, содержание, порядок проведения работ, а также намечаемый способ реализации
результатов научно-исследовательских работ.
Порядок построения, изложения и оформления ТЗ НИР разрабатывает
и утверждает исполнитель НИР по согласованию с заказчиком (при его наличии).
В качестве ТЗ НИР может быть принят любой документ, признанный
заказчиком и исполнителем НИР как исходный документ для выполнения работ.
В общем случае предусматривают следующие этапы выполнения
НИР:
1) выбор направления исследований;
2) теоретические и экспериментальные исследования;
3) обобщение и оценка результатов исследований.
62
В ходе работы были затронуты все три этапа: выбор направления исследований в рамках общей комплексной темы, теоретические исследования, обобщение и оценка результатов исследований.
При выявлении на стадии исполнения НИР нецелесообразности дальнейшего проведения работ из-за неизбежности получения отрицательного
результата или потери актуальности, исполнитель НИР представляет заказчику (при его наличии) обоснование для прекращения работ.
Обоснованием для прекращения НИР является согласованное с заказчиком решение исполнителя НИР.
При наличии нескольких исполнителей НИР решение должно быть
согласовано также с головным исполнителем НИР.
По результатам НИР составляют отчет, который содержит обобщение
результатов работ, проведенных на всех этапах НИР, и рекомендации по
разработке продукции.
Рекомендации по разработки продукции содержат:
1) технические требования для включения в техническое задание на
продукцию, а также предложения по её стандартизации (при необходимости);
2) предложения по разработки продукции;
3) копии опубликованных авторских свидетельств и патентов (при их
наличии), а также в установленном порядке копии заявок на изобретения,
оформленные исполнителем НИР.
Результаты законченных НИР рассматривают на научно-техническом (ученом) совете организации (предприятия) – исполнителя НИР с привлечением
заказчика (при его наличии).
При рассмотрении результатов НИР совет (секция) в общем случае определяет:
1) соответствие проделанных исследований требованиям ТЗ НИР;
2) обоснованность рекомендаций по разработке продукции, технический уровень, конкурентоспособность продукции;
63
3) научно – технический уровень проведенных исследований;
4) перечень вопросов, требующих дальнейшего решения при проведении ОКР (ОТР).
Совет (секция) может рассмотреть также вопрос о возможности представления имеющегося экспериментального образца на приемочную комиссию
для принятия решения о производстве такой продукции.
При положительных результатах рассмотрения отчет о НИР утверждает руководство организации исполнителя НИР.
4.2
Затраты на проведение НИР. Состав работ на этапах НИР
Этапы проведения НИР, а также трудоемкость их проведения предусматривают в общем случае выполнение работ, указанных в таблице 4.1.
Общая трудоемкость этапов НИР определяется путем суммирования норм
трудоемкости всех этапов проведения НИР.
Таблица 4.1 – Состав работ и их трудоемкость на этапах НИР
Этап НИР
Состав работ
1
Выбор
Направления
2
Сбор и изучение научно-технической документации и другой информации, относящейся
к теме исследования
Проведение патентных исследований
Обобщение и систематизация накопленной
информации по теме исследования
Формулировка возможных направлений решения задачи, поставленной в ТЗ НИР и их
сравнительная оценка
Выбор и обоснование принятого направления
исследований и методы решения поставленных задач
Оценка ожидаемых показателей новой продукции после внедрения результатов НИР
Разработка общей методики проведения исследований, составление программы и графика работ
Составление промежуточных расчетов, их
рассмотрение и корректировка общей программы НИР
Трудоёмкость, н/ч
3
25
12
7
7
20
10
14
25
64
Продолжение таблицы 4.1
1
2
Теорети-че- Разработка рабочих гипотез, построение моделей
ские и экс- объекта исследований, обоснование допущений
перименАнализ требований (точностных, быстродействия,
тальные ис- надежности и др.) к отдельным блокам устройства
следования
Разработка методики экспериментальных исследований, подготовка моделей (макетов, экспериментальных образцов), а также испытательного
оборудования
Выявление необходимости проведения экспериментов для подтверждения отдельных положений
теоретических исследований или для получения
конкретных значений параметров, коэффициентов,
необходимых для проведения расчетов
Проведение экспериментов, обработка полученных данных
3
18
15
9
9
5
21
Обобщение
и оценка
результатов
исследований
Сопоставление результатов экспериментов, обработка полученных данных
6
Корректировка теоретических моделей объекта.
Проведение дополнительных экспериментов
2
Проведение технико-экономических исследований
эффективности внедрения объекта исследования
5
7
Обобщение результатов предыдущих этапов работ
Оценка полноты решения задач
Проведение дополнительных патентных исследований
Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР
Формулировка технических требований для технического задания на разработку продукции
Составление и оформление отчета
Рассмотрение результатов НИР и приёмка работ в
целом
Итого: общая трудоёмкость разработки этапов НИР
15
9
9
7
14
25
5
296
65
4.2
Прибыль и договорная цена НИР
Прибыль – один из важнейших показателей деятельности предприятия
(лаборатории, НИИ), характеризующий размер чистого дохода, созданного
в результате его деятельности.
В данном случае говорить о «твердой» прибыли НИР невозможно, поэтому можно только предположить, что прибыль составит некоторое количество процентов от общей суммы затрат.
Расчет прибыли и договорной цены НИР представлен в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Прибыль и договорная цена НИР
Наименование статьи
Сумма, руб.
Примечание
1
2
3
а) затраты на выполнение НИР
29062,16
таблица 4.2
2 Норма прибыли
4359,32
15% пункта 1
3 Договорная цена НИР
33421,49
пункт 1+пункт 2
1 Норма затрат, в том числе:
4.3
Оценка научно-технической результативности НИР
В данном разделе производится количественная оценка и качественный анализ НИР на основе следующих факторов:
1) новизна полученных результатов;
2) глубина научной проработки;
3) степень вероятности успеха;
4) перспективность использования результатов;
5) масштаб возможной реализации результатов.
Количественный анализ НИР состоит в сопоставлении преимуществ и недостатков полученных результатов на основе оценок “выше – ниже”, “лучше –
хуже”, “больше – меньше”.
66
Количественная оценка по каждому из факторов устанавливается экспериментальным путем (числовые значения коэффициентов значимости).
При этом величина коэффициента достигнутого уровня должна быть
не более единицы.
Результаты качественного анализа и количественной оценки НИР занесены в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 – Характеристика показателей и признаков
научно-технической результативности НИР
Показатель
научной результативности
1
Новизна полученного результата
Коэффици- Качество
ент значи- показатемости
лей
Характеристика показателей
2
0,25
4
Установлены некоторые общие закономерности, методы, способы, позволяющие создать
принципиально новые виды техники.
Результаты будут
0,8
использованы в
конкретном научном направлении
при разработке новых технических
решений, направленных на существенное повышение производительности труда
Сложность теорети- 0,6
ческих расчетов невысокая, результаты проверены на
ограниченном количестве экспериментальных данных
3
Средняя
Перспектив- 0,25
ность использования результатов
НИР
Важная
Глубина
научной проработки
Средняя
0,25
Коэффициент достигнутого
уровня
5
0,7
67
Завершен0,25
Достаточ- Рекомендации, разность полуная
вернутый анализ,
ченных репредложения
зультатов
Коэффициент научно-технической результативности:
0,7
0,7
68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В выпускной квалификационной работе решена актуальная научно-техническая задача по расчету и выбору геометрических параметров гидравлического ударного устройства, обеспечивающей снижение удельных энергозатрат
и повышение производительности СДМ. Основные научные и практические
результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований
заключаются в следующем:
1. Разработана конечно-элементная модель, позволяющая рассматривать в
совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах
ударной системы и разрушаемом массиве.
2. Проведены лабораторные исследования процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (инструменте) в зависимости от энергетических и конструктивных параметров ударной системы.
69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алабужев, П.М. Введение в теорию удара / П. М. Алабужев, Б. Н.
Стихановский, И. Я. Шпигелъбурд. - Новосибирск: НЭТИ, 1970. - 158 С.
2. Александров, Е.В. Исследование процесса ударного взаимодействия
горной породы и инструмента / Е.В. Александров, В.Б. Соколинский. -
М:
ИГД.им. А.А. Скочинского, 1964. - 129 С.
3. Александров, Е.В., Соколинский, В.Б. Прикладная теория и расчеты
ударных систем / Е.В. Александров, В.Б. Соколинский - М: Наука,
1969.
- 201 С.
4. Алексеева, Т.А.
Траектории выхода трещин на свободную
поверхность / Т.А. Алексеева, П.А. Мартынюк. //ФТПРПИ №2. - 1991-№2.
- С. 47-52.
5. Алимов, О.Д. Удар. Распространение волн деформаций в ударных
системах
/ О. Д. Алимов ,В. К. Манжосов, В.Э. Еремьянц - М: Наука,
1985. - 360 С.
6. Барон, Л.И.
Методика испытаний горных пород на контактную
прочность / Барон Л.И., Глатман Л.Б. - М.: ИГД им. Скочинского, 1961. 156 С.
7. Барон, Л.И.
Проблема оценки сопротивляемости горных пород
разрушению механическими способами / Л.И. Барон. - М.: Изд-во
АН
СССР, 1962. - 235 С.
8. Барон, Л.И. Контактная прочность горных пород / Барон Л.И.,
Глатман Л.Б. - М.: Недра, 1966. - 184 С.
9. Басов, К.А.
Ansys в примерах и задачах
/ К.А. Басов. -
М.:
КомпьютерПресс, 2002. - 224 С.
10.
Бате, К.Ю.
Численные методы анализа и метод конечных
элементов. / К.Ю. Бате, Э.А. Вильсон. - М.: Стройиздат, 1982. - 448 С.
11.
Берон, А.И. Резание угля / А.И. Берон. - М.: Госгортехиздат,
70
1962. - 439 С.
12.
Войтенко, Ю.И. О времени задржки старта трещины разрыва при
динамическом нагружении неметаллических материалов /Ю.И. Войтенко.
//Проблемы прочности. - 1997. №1. - С. 133.
13.
Войцеховский, Б.В. Разрушение крепких горных пород ударами
высокой энергии при проходке и бурении
/ Б.В. Войцеховский, Ф.Ф.
Войцеховская. - Новосибирск: Наука, 1992. - 110 С.
14.
Герц, Г. Принципы механики, изложенные в новой связи / Г.
Герц. - М: АН СССР, 1959. - 387 С.
15.
Гмурман,
В.Е.
Теория
вероятностей
и
математическая
статистика / В.Е. Гмурман. - Москва: Высшая школа, 2003. - 479 С.
16.
Голубинцев, О.Н. Механические и абразивные свойства горных
пород и их буримость / О.Н. Голубинцев. - М.: Недра, 1968. - 198 С.
17.
Гольдсмит, В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых
тел / В. Гольдсмит. - М: Стройиздат, 1965. - 448 С.
18.
Горбунов, В.Ф. Гидравлические отбойные и бурильные молотки
/ В.Ф. Горбунов, Д.Н. Ешуткин, Г.Г. Пивень, Г.С. Тен. - Новосибирск: Издво ИГД СО АН ССР, 1983. - 93 С.
19.
Дворников, Л.Т. Продольный удар полукатеноидальным бойком:
Моногр. / Л.Т. Дворников, И.А. Жуков - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. -
80
С.
20.
Дементьев,
А.Д.
Разрушение
упруго-хрупких
тел
сосредоточенными нагрузками / А.Д. Деменьтев. - Новосибирск, 2000. - 199
С.
21.
Захаров, Е.И.
Дорожные машины и производственная база
строительства / Е.И. Захаров, В.А. Романов, А.Е. Пушкарев,
22.
К.А. Головин. - Тула: Издательство ТулГУ, 2008. - 324 С.
23.
Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич.
- М.: Мир, 1975. - 541 С.
24.
Иванов, А.Г. Откол в квазиакустическом приближении. /А.Г.
71
Иванов //Физика горения и взрыва. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1975. С. 475.
25.
Ильницакая, Е.И.
Свойства горных пород и методы их
определения / Е.И. Ильницакая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин , М.Ф. Кунтыш М: Недра, 1969. - 392 С.
26.
Каманин, Ю.Н. Характеристика базовых минерально-сырьевых
ресурсов и месторождений нерудных строительных материалов России и Орловской области / Ю.Н. Каманин, О.С. Никитенко // Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы 5-го международного научного симпозиума. – 2013. – C.175–181.
27.
Применение мощных гидравлических устройств для рыхления
мерзлых грунтов / Д.А. Юрьев, Л.С. Ушаков, Ю.Н. Каманин, Р.А. Ределин //
Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы 5-го международного научного симпозиума. – 2013. – C.181–188.
28.
Каманин, Ю.Н. Экспериментальные исследования процесса со-
ударения бойка и массива на стенде КУС-2 / Ю.Н. Каманин // Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного
научного симпозиума. – Орел: ОрелГТУ, 2010. – C.64–69.
29.
Кантович, Л.И. Горные машины / Л.И. Кантович, В.Н. Гетопанов
- М: Недра, 1989. - 304 С.
30.
Каплун, А.Б.
Ansys в руках инженера
/ А.Б. Каплун, Е.М.
Морозов, М.А. Олферьева. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 С.
31.
Кашаев, В.А.
Двухканальный измеритель параметров удара
ДИПУ-2004. Пасспорт. / В.А. Кашаев, Ю.Б. Волковой. - Москва: Удар-Маш,
2004. - 13 С.
32.
Кичигин,
А.Ф.
Аналитические исследования
разрушения горных пород на основе гипотезы контуров
механизма
/А.Ф. Кичигин
//Вопросы горного дела. Сб. Трудов КПТИ. - Караганда: КПТИ, 1965. - С. 5156.
33.
Кичигин, А.Ф. Единая классификация форм отделения горной
72
породы различными механическими способами /А.Ф. Кичигин. //Вопросы
горного дела. - 1965. Вып. 5. - С. 270-273.
34.
Кичигин, А.Ф. Изыскания эффективных способов еханического
разрушения горных пород применеительно к некторым исполнительным
органами очистных и проходческих комбайнов: автореф. дисс. д-ра техн.
наук / А.Ф. Кичигин. - Днепропетровск, 1967. - 47 С.
35.
Коршунов, А.Н. Разрушение подмосковного ископаемого угля
при динамическом воздействии инструмента горной машины: дис. ... канд.
техн. наук / А.Н. Коршунов - М.: Изд-во МГИ, 1958. - 286 С.
36.
Красников, Ю.Д.
Статико-динамическое рыхление породных
массивов /Ю.Д. Красников //Ударно-вибрационные машины и технологии.
Материалы III международного научного симпозиума - Орел: 2006. -
С.
134-139.
37.
Кутузов, Б.Н. Разрушение горных пород / Кутузов Б.Н. - М.:
МИРГЭМ, 1961. - 94 С.
38.
Логинов, В.Н. Электрические измерения механических величин
/ В.Н. Логинов. - Москва: Энергия, 1976. - 104 С.
39.
Манжосов, В.К. Модели продольного удара / В. К. Манжосов. -
Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 159 С.
40.
Мельников, Н.В.
Справочник (кадастр) физических свойств
горных пород / Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, М.М. Протодьяконов. Москва: Недра, 1975. - 279 С.
41.
Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения / Е.М.
Морозов, М.В. Зернин - М: Машиностроение, 1999. - 544 С.
42.
Муйземнек, А.Ю.
Математическое моделирование процессов
удара и взрыва в программе LS-DYNA: учебное пособие. / А.Ю. Муйземнек,
А.А. Богач. - Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2005.
43.
Недорезов, И.А.
Резание и ударное разрушения грунтов
/И.А. Недорезов, Д.И. Федоров, А.И. Федулов, Ю.М. Хамчуков Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1965. - 133 С.
73
44.
Николайчук, В.Ф. Отечественные нерудные материалы /В.Ф.
Николайчук. //Деловая слава России. - 2008. - С. 114-117.
45.
Панасюк, В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов
/ В.В. Панасюк. - Киев: Наук. думка, 1991. - 415 С.
46.
Партон, В.З., Морозов, Е.М. Механика упруго-пластического
разрушения / В.З. Партон, Е.М. Морозов. - М: Наука, 1974. - 416 С.
47.
Пестриков, В.М.
Механика разрушения твердых тел: курс
лекций. / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. - СПб: Профессия, 2002. - 320 С.
48.
Ушаков, Л.С.
Импульсные технологии и гидравлические
ударные механизмы: учебное пособие для вузов / Л.С. Ушаков - Орел:
ОрелГТУ, 2009. - 250 С.
74
ПРИЛОЖЕНИЕ
75
Политехнический институт имени Н.Н. Поликарпова
Кафедра ПТСиДМ
Влияние геометрический параметров
ударной системы гидромолота на
напряженно-деформированное
состояние нагружаемого объекта
Студент: Маликов Виталий Сергеевич
Руководитель: к.т.н., доцент Каманин Юрий Николаевич
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа