Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Поляков Андрей Вячеславович

Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий
<
Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Поляков Андрей Вячеславович. Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий: диссертация ... доктора технических наук: 05.05.06 / Поляков Андрей Вячеславович;[Место защиты: Тульский государственный университет].- Тула, 2014.- 328 с.

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние проблемы, цель и задачи исследований 16

1.1. Основные положения и анализ результатов исследований применения гидроструйных технологий в конструкциях исполнительных органов проходческих комбайнов 16

1.1.1. Опыт применения гидроструйных технологий в конструкциях исполнительных органов проходческих комбайнов 16

1.1.2. Анализ результатов исследования гидравлического и гидромеханического способа разрушения горных пород и путей повышения их эффективности 26

1.1.3. Анализ результатов исследования влияния параметров орошения на эффективность пылеподавления и защиту от фрикционного искрения 35

1.2. Анализ результатов исследований разрушения прочных материалов и горных пород тонкими струями воды сверхвысокого давления и устройств для их получения 38

1.3. Основные положения и анализ результатов исследований разрушения горных пород импульсными струями воды высокого давления и устройств для их получения 57

1.4. Анализ технических решений в области разработки гидросъемников высокого давления 71

1.5. Цель и задачи исследований 78

2. Теоретические и экспериментальные исследования процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и устройства для их получения 81

2.1. Разработка метода расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления 81

2.1.1. Методы, способы и средства экспериментальных исследова-ний процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого дав-ления и устройства для их получения 81

2.1.2. Установление закономерностей процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления 100

2.1.3. Анализ и обобщение экспериментальных данных и разработка метода расчета производительности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления 107 2.2. Математическая модель и результаты исследований процесса работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью для гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления 112

2.2.1. Разработка математической модели процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью 112

2.2.2. Теоретические исследования работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью 125

2.2.3 Результаты экспериментальных исследований работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью и их сравнительный анализ с результатами теоретических исследований 131

Выводы 135

3. Разработка математической модели процесса резания горных пород импульсной струей воды высокого давления 138

3.1. Постановка задачи и основные допущения 138

3.2. Разрушение поверхности горных пород при ударе отдельной струи 140

3.3. Разрушение горных пород при многократном ударе отдельных струй 160

Выводы 162

4. Экспериментальные и теоретические исследования процесса формирования импульсных струй воды высокого давления и процесса резания ими горных пород 164

4.1. Методы, способы и средства экспериментальных исследований процесса резания горных пород импульсными струями воды высокого давления 164

4.2. Установление закономерностей процесса резания горных пород импульсными струями воды высокого давления, обоснование и выбор способа получения и средств формирования гидроимпульсной струи и определение ее рациональных параметров 175

4.3. Теоретические исследования процесса резания горных пород импульсной струей воды высокого давления. 188

4.3.1. Определение расчетной зависимости глубины разрушения 188

4.3.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по резанию горных пород импульсной струей воды. Оценка адекватности математической модели 196

4.4. Разработка метода расчета производительности процесса резания горных пород импульсной струей воды высокого давления 198

4.4.1. Математическая модель и результаты теоретических исследований процесса формирования импульсной струи в гидроимпульсном инструменте 198

4.4.2. Анализ и обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований по резанию горных пород гидроимпульсными струями и их формированию 207

Выводы 210

5. Разработка и опытно-промышленные испытания системы высоконапорного орошения для проход ческого комбайна КП – 21 214

5.1. Методические основы создания системы высоконапорного орошения для проходческого комбайна КП-21 214

5.2. Обоснование компоновочной схемы, конструкции и параметров элементов и узлов гидросистемы высоконапорного орошения 215

5.3. Стендовые испытания гидросъемника высокого давления 227

5.3.1. Методы, способы и средства стендовых испытаний 227

5.3.2. Результаты стендовых испытаний. Оценка работоспособности гидросъемника высокого давления 232

5.4. Испытание системы высоконапорного орошения проходческого комбайна КП-21 236

Выводы 239

6. Методика и результаты расчета и проектирования гидроимпульсного инструмента 241

6.1. Общие положения 241

6.2. Расчет производительности резания горных пород различной прочности импульсной струей воды и геометрии гидроимпульсного инструмента для заданных параметров гидравлической мощности 244

6.3. Пример расчета 249

6.4. Расчет гидравлической мощности, а также выбор источника воды высокого давления для заданной конструкции гидроимпульсного инструмента и производительности резания 253

6.5. Пример расчета 254 Выводы 255

7. Методика и результаты расчета и проектирования гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления 257

7.1. Основные положения и порядок расчета 257

7.2. Методика расчета основных параметров гидромультипликатора 259

7.2.1. Расчет гидравлической мощности 259

7.2.2. Расчет основных геометрических параметров 260

7.3. Пример расчета . 269

Выводы 272

Заключение 274

Список литературы .e

Опыт применения гидроструйных технологий в конструкциях исполнительных органов проходческих комбайнов

Практическое значение работы:

- экспериментально подтверждена эффективность разработанного преобразователя сверхвысокого давления, гидромультипликатор которого оснащен бесконтактным уплотнением с запирающей жидкостью, а также гидроимпульсного инструмента, реализующего принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды при помощи цилиндрического наконечника;

- разработаны и изготовлены экспериментальные стендовые установки, оснащенные современной измерительной аппаратурой и обеспечивающие, во-первых, исследование процессов разрушения горных пород непрерывными и импульсными струями воды высокого и сверхвысокого давления в широком диапазоне изменения режимных и гидравлических параметров, а также процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью, и во-вторых, испытание и исследование процесса работы гидросъемника высокого давления и системы высоконапорного орошения проходческих комбайнов;

- спроектированы и изготовлены гидросъемник и породоразрушающая коронка с разветвленным стальным трубопроводом высокого давления и резцедержателями со струеформирующими насадками для системы высоконапорного орошения, обеспечивающие эффективное пылеподавление и способствующие повышению технического уровня проходческих комбайнов;

- определен диапазон рациональных значений положений струеформирую-щей насадки относительно горной породы при их резании струями воды сверхвысокого давления и получены расчетные зависимости для определения рациональной скорости перемещения струи воды сверхвысокого давления, рациональных параметров гидроимпульсной струи и глубины щели, прорезаемой в горных породах импульсной и непрерывной струями воды высокого и сверхвысокого давления; - разработаны, усовершенствованы и реализованы на персональном компьютере: методики расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом, расчета показателей работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью и основных параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления; прикладная расчетная программа по математическому моделированию процесса разрушения горных пород гидроимпульсными струями.

Реализация результатов работы. Результаты исследований, пакеты расчетных программ по математическому моделированию, методики расчета, конструктивные решения и рекомендации в полном объеме используются ОАО «Ску-ратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула), ОАО «Копейский машиностроительный завод» (г. Копейск, Челябинская обл.) и ТРО МОО «Академия горных наук» при разработке и создании машин для гидроструйных технологий применительно к горным породам.

Кроме того, результаты исследований в виде учебного пособия «Гидроструйные технологии в горном деле: Практикум» (с грифом УМО ВУЗов РФ по образованию в области горного дела) внедрены в учебные курсы для студентов, обучающихся по специальности 130400 Горное дело (специализация горные машины и оборудование). Пакеты расчетных программ используются при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2003–2012 гг.); научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (г. Москва, 2006 -2014 гг.); 2-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2005 г.); 7-ой научно-технической конференции ученых, аспирантов и студентов (РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Новомосковск, 2005 г.); 15-ой научной конференции профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (г. Новомосковск, 2006 г.), 2-ом международном семинаре «Гидроструйные технологии – оборудование и опыт применения» (г. Москва, НИКИМТ-Атомстрой, 2009 г.), 4-ой, 6-ой и 7-ой научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2007, 2008, 2009 гг.), 2-ой и 3-ей международной конференции «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (Тула, 2005, 2010 гг.), 5-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула, 2010 г.), технических советах ОАО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод», ОАО «Копейский машиностроительный завод» и ТРО МОО «Академия горных наук» (2009 – 2013 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 работ, в том числе одна монография и одно учебное пособие.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов и заключения, изложенных на 299 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 26 таблиц, список использованной литературы из 190 наименований и 5 приложений.

Методы, способы и средства экспериментальных исследова-ний процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого дав-ления и устройства для их получения

Известна также конструкция, в которой щелевое уплотнение плунжерной пары представлено в виде плунжера и гильзы, выполненной с радиальными каналами, соединяющими внутреннюю и внешнюю поверхности гильзы и размещенными группами в поперечных сечениях вдоль длины гильзы, установленной в корпусе гидроцилиндра высокого давления [97]. Эта конструкция при длине гильзы существенно большей, чем величина рабочего хода плунжера, также обеспечивает использование в качестве щелевого уплотнения только короткого концевого участка щелевого зазора (от последнего ряда отверстий до конца гильзы).

Указанных недостатков лишена конструкция уплотнения, представленная на рис. 1.16, б [98]. В предлагаемой конструкции технический результат достигается тем, что вдоль наружной поверхности гильзы 5 размещен ряд кольцевых камер противодавления 3, разделенных уплотнительными поясками 6 и соединенных с зазором в плунжерной паре каналами 4, расположенными вдоль длины гильзы. Пояски посажены по корпусу 1 с натягом, что позволяет им частично раскрываться под действием давления, обеспечивая тем самым стабилизацию рабочего зазора «плунжер – гильза», и, как следствие, выравнивание эпюры падения давления по длине уплотнения. Соединительные каналы обеспечивают выравнивание давления по обеим сторонам тонкостенной гильзы.

В отличие от известных аналогов в уплотнении (см. рис. 1.16, б) гильза выполнена не гладкой, а с выступающими гребешками, разделяющими камеры противодавления, что уменьшает площадь притирки. Монолитное соединение гильзы с гребешками обеспечивает прочность конструкции и герметичность уплотнения. В любом положении плунжера мультипликатора возможно обеспечение работы полной длины гильзы при соответствующем подборе геометрических параметров. Кроме того, применение гильзы гребешковой конструкции вследствие меньшей площади посадочной поверхности позволит снизить трудозатраты на притирочные и шлифовальные работы.

Комплекс теоретических и экспериментальных исследований процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения был выполнен Ю.В.Антиповым [98] основные результаты которых сводятся к следующему: - значения рабочего зазора в паре «плунжер-гильза» следует выбирать в пределах от 0 до 20 мкм; - гребешки, разделяющие камеры противодавления, следует располагать со стороны высокого давления более часто, чем со стороны низкого давления; - для снижения утечек и обеспечения эффективной работы уплотнения с повышением давления жидкости необходимо увеличивать натяг в паре «гильза-корпус», уменьшать зазор в паре «гильза-плунжер», увеличивать длину гильзы и уменьшать диаметр плунжера пропорционально возрастанию утечек.

Однако при работе на сверхвысоких давлениях утечки жидкости через зазоры становятся соизмеримы с производительностью мультипликатора. Снижение утечек через зазоры может быть достигнуто за счет подвода к бесконтактному уплотнению запирающей (более вязкой) жидкости. Преимущества использования в качестве запирающей жидкости, например, машинного масла заключаются в следующем. Во-первых, в увеличении ее вязкости (в десятки раз) под действием высокого давления и существенном уменьшении утечек, а во-вторых, в увеличении рабочих зазоров при тех же утечках, что влечет за собой снижение технологических требований к изготовлению таких ответственных деталей, как плунжер и гильза. Вместе с тем, работа преобразователя давления с запирающей жидкостью позволит существенно повысить его объемный КПД. Анализ методики расчета бесконтактного щелевого уплотнения [98] позволил установить, что в ней не учитываются изменения размеров элементов (корпус, гильза и плунжер), образующих зазоры, и самих зазоров в результате нагрева и теплообмена, происходящего при работе уплотнения, которые наиболее ярко проявляется при сверхвысоких давлениях. Таким образом, процесс эффективной работы бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью зависит от большого числа разнородных факторов и имеет сложный характер с труднопрогнозируемыми значениями перепада давления по длине гильзы и объема утечек жидкости через зазоры. Все это наряду с необходимостью проведения экспериментальных исследований по определению перепада давления по длине гильзы и объема утечек через зазоры вызывает и необходимость разработки математической модели процесса работы уплотнения. Назначение модели состоит в том, чтобы связать основные показатели процесса работы уплотнения и влияющие на него факторы и позволить целенаправленно управлять их изменением и обоснованно прогнозировать количественные и качественные результаты, а также стать основой для разработки методик расчета основных геометрических параметров такого уплотнения и преобразователя сверхвысокого давления в целом.

Разрушение поверхности горных пород при ударе отдельной струи

Таким образом, учитывая, что при дросселировании рабочей жидкости через радиальные зазоры будет изменяться ее вязкость вследствие изменения температуры и давления, а объем утечек зависит от текущих значений зазоров, определяемых из эпюры давления, данная задача решается только с применени 125 ем численных методов. Поэтому для ее решения предлагается использовать метод последовательных приближений со следующим алгоритмом.

1. Вязкость рабочей жидкости принимается // = 1, рассчитывается эпюра падения давления по длине гильзы, которая на начальном этапе принимается линейной и определяются значения деформаций гильзы, корпуса и плунжера.

2. С учетом полученной эпюры давления определяются условные утечки жидкости по участкам гильзы по зависимости (2.13), на каждом из которых используются средние значения давления, температуры и вязкости жидкости.

3. Исходя из того, что утечки жидкости по участкам должны быть одинаковыми, а суммарный перепад давления должен быть равным рабочему давлению мультипликатора Р0 для среднего объема утечек удовлетворяющего указанным выше условиям, пересчитываются вязкость жидкости и эпюра давления по участкам пары «гильза- плунжер».

4. По расчетной (пересчитанной, см. п. 3) эпюре давления пересчитываются и аппроксимируют деформации гильзы, корпуса и плунжера и повторяются рас четы по п.п. 2 и 3 при использовании уточненных значений деформаций. Цикл расчетов повторяется до тех пор, пока расхождения между значениями утечек по контролируемым участкам уплотнения станут менее, наперед заданной, величины погрешности.

Теоретические исследования работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью

Для расчета перепада давления по длине гильзы и объема утечек через уплотнение предложенный численный метод был реализован при разработке прикладной программы в среде MATLAB 6.5 [141, 142]. При этом программа позволяет производить расчет параметров уплотнения с выводом как конечных ре 126 зультатов расчета (в виде таблиц и графиков), так и промежуточных значений для их оценки. В случае необходимости возможна корректировка их значений в теле цикла с последующим использованием скорректированных данных, а также возможна вариация в широких пределах конструкции уплотнения и его геометрических размеров.

Теоретические исследования процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения предусматривали установление влияния рабочих зазоров в парах "гильза-плунжер" и "гильза - корпус", расстояний между гребешками гильзы и жесткости корпуса мультипликатора на эффективность процесса работы уплотнения.

Исследования по построению эпюр падения давления Роi по длине гильзы Lг и расчету объема утечек Q производились для уплотнения, схема которого представлена на рис. 2.28. При этом во всех исследованиях принят диаметр плунжера d = 18 мм, внешний диаметр гильзы D г = 30 мм, внешний диаметр корпуса Dк = 90 мм, модуль упругости материала плунжера, корпуса мультипликатора и гильзы Е = E = E" = 2,1 1011 Па, коэффициент Пуассона v = 0,3. Максимальное давление рабочей жидкости Р0 задавалось равным 500 МПа, длина гильзы Lг составляла 51 мм.

Исследование влияния рабочих зазоров в парах "гильза-плунжер" и "гильза корпус" на эффективность процесса работы уплотнения производилось для двух вариантов исполнения конструкции гильзы: с заданным натягом в паре «гильза-корпус» - 15 мкм и с заданным зазором в паре «гильза-плунжер» 15 мкм. Координаты расположения семи гребешков гильзы в направлении потока утечек от камеры 6 составляли 2, 10, 20, 28, 35, 41 и 46 мм, соответственно.

При этом в первом случае варьировался зазор в паре «плунжер-гильза» в интервале от 10 до 20 мкм, а во втором - натяг в паре «гильза-корпус» от -15 (натяг) до + 10 (зазор) мкм, соответственно. Результаты исследований представлены на рис. 2.30 и 2.31.

Анализ результатов расчетов (см. рис. 2.30, а) показывает, что графики (эпюры) падения давления по длине гильзы в зависимости от конструктивного за 127 зора «гильза – плунжер» имеют криволинейный характер. Более резкое падение давления наблюдается на начальных участках гильзы, а на конечных - более плавное. При этом объем утечек жидкости с повышением зазора в паре «гильза– плунжер» (см. рис. 2.31, кривая 2) возрастает от 0,15 л/мин ( = 10 мкм) до 0,22 л/мин ( = 20 мкм).

Для рассматриваемых значений зазоров расход запирающей жидкости (масла) для уплотнения плунжерной пары при 200 ходах плунжера в минуту равнялся 0,028, 0,03 и 0,034 л/мин, что составляет 15 – 20 % от общего объема утечек, поэтому при проведении дальнейших исследований расход запирающей жидкости отдельно не определялся.

Из графика, представленного на рис. 2.31 (кривая 1), видно, что величина натяга в паре «гильза–корпус» в большей степени влияет на объем утечек рабочей жидкости, который увеличивается с 0,17 ( = -15 мкм) до 0,9 л/мин ( = +10 мкм), чем величина зазора в паре «гильза–плунжер». При этом графики зависимости падения давления по длине гильзы от величины натяга в паре «корпус–гильза» (см. рис. 2.30, б) имеют более криволинейный характер.

Однако величина натяга в паре «гильза–корпус» оказывает большее влияние на равномерность распределения давления по длине гильзы в связи с большим периметром щели. Об этом свидетельствуют различные отклонения кривых (см. рис. 2.30, б) от пунктирной прямой, характеризующей наиболее оптимальный режим работы щелевого уплотнения с равномерным падением давления по длине гильзы. Отсюда следует вывод о том, что можно подобрать такие зазор в паре «гильза–плунжер» и натяг в паре «гильза–корпус», которые обеспечат наиболее равномерное падение давления по длине уплотнения и допустимый объем утечек рабочей жидкости.

Исследования влияние расстояний между гребешками гильзы на эффективность процесса работы уплотнения выполнялись для конструкций гильз с раз личным расположением гребешков (табл. 2.3) при рабочих зазорах «плунжер-–гильза» 15 мкм и натяге «гильза–корпус» – 10 мкм.

Обоснование компоновочной схемы, конструкции и параметров элементов и узлов гидросистемы высоконапорного орошения

Как следует из полученных графических зависимостей (см. рис. 4.8), общий характер влияния параметров струи воды и расстояния до поверхности горной породы на глубину щели одинаков для гидроимпульсных инструментов 2 и 3. Это связано с одной и той же природой формирования и дальнейшего распада струи, вылетающей из струеформирующей насадки, основанного на разности скоростей движущегося струйного потока воды и окружающей среды, находящейся в состоянии покоя. Для инструмента 1 характер влияния параметров струи воды и расстояния до поверхности горной породы на глубину щели несколько другой и вызван в основном дополнительным распадом за счет обтекания струей воды боковой поверхности прорези диска при его вращении [8, 9].

Наиболее эффективно нарезание щели происходит при значении l0 в пределах (30 - 40)10-3 м при использовании инструмента 1 и (75 - 100)10-3 м – инструментов 2 и 3 при всех значениях диаметра отверстия струеформирующей насадки.

По мере дальнейшего удаления инструментов от поверхности образцов горной породы происходит уменьшение глубины прорезаемой щели.

Дальнейший анализ полученных опытных данных показывает, что использование внутреннего прерывания, реализованного в инструментах 2 и 3, более эффективно, чем внешнее прерывание, реализованное в инструменте 1. Так (см. рис. 4.8), при прочих равных условиях, глубина щели, прорезаемая при помощи инструментов 2 и 3 выше, чем для инструмента 1 во всем диапазоне изменения расстояния l0. Кроме того, глубина щели, нарезаемой при помощи инструментов 2 и 3, даже при l0 = 20010-3 м оказывается сопоставимой с глубиной щели прорезаемой при помощи инструмента 1 при рациональном расстоянии l0 = 4010-3 м.

На основе анализа результатов исследований по нарезанию щелей гидроимпульсными струями (см. рис. 4.6 - 4.8) с использованием инструментов 1, 2 и 3 и оценки их работоспособности можно сделать следующие основные выводы.

Установлено, что для инструментов 2 и 3 (см. рис. 4.3 и 4.4), реализующих принцип механического внутреннего прерывания (см. рис 4.1), диапазон рациональных частот пульсации скорости струи уменьшается примерно в 4 - 6,5 раза по сравнению с инструментом 1 (см. рис. 4.2), реализующего механическое внешнее прерывание. При этом глубина прорезаемой щели оказывается значительно выше (см. рис. 4.6 – 4.8). Для всех трех инструментов рациональная частота может быть легко достигнута. Однако применение инструментов 2 и 3 является предпочтительным с точки зрения эффективности процесса резания. Кроме того, механическое внутреннее прерывание позволяет исключить потери гидравлической энергии.

При рациональной частоте пульсации скорости струи воды и прочих равных условиях глубина щели оказалась сопоставимой для инструментов 2 и 3. С этой точки зрения каждый из рассмотренных инструментов является равноправным. По влиянию гидравлических параметров гидроимпульсной струи на глубину щели невозможно однозначно выбрать наиболее эффективный инструмент. Отметим, что конструктивное исполнение привода наконечника для инструментов 2 и 3 не оказывает влияние на эффективность их работы, а определяется в основном

183 конструктивным исполнением наконечника. Это обстоятельство, весьма важно для успешного применения гидроимпульсного способа разрушения в конструкции исполнительного органа проходческого комбайна, с точки зрения создания эффективного и удобного в эксплуатации привода наконечника.

Оценивая в целом результаты проведенных экспериментальных исследований по нарезанию щелей в горных породах гидроимпульсными струями (см. рис. 4.6 - 4.8), можно заключить, что наиболее эффективным инструментом с точки зрения обеспечения прорезания щели наибольшей глубины является гидроимпульсный инструмент 3 (см. рис. 4.4). Поэтому все дальнейшие экспериментальные исследования по определению рациональных параметров гидроимпульсной струи при резании пород и разработке метода расчета эффективности процесса щелеобразования проводились при использовании этого инструмента.

Зависимость глубины нарезаемой щели h от предела прочности горных пород на сжатие осж при Р0 = 80 МПа, vп = 1,010 3 м/с, do = 0,4-10 3 м, 10 = 3010 3 м и использовании инструмента 3 (см. рис. 4.4) при fи = 350 Гц

Для подтверждения правильности предположения о том (см. разд. 2.1.1), что предел прочности горных пород на сжатие может использоваться в качестве критерия оценки их сопротивляемости разрушению импульсной струей воды, были проведены экспериментальные исследования по разрушению различных образцов горных пород (см. табл. 2.1). Результаты этих исследований показаны на рис. 4.9.

Похожие диссертации на Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий