Введение к работе
Актуальность темы. Направленность данных исследований и практических предложений касается улучшения технических и конструктивных характеристик пневматических машин ударного действия (ПМУД) для эксплуатации в условиях Сибири. Особый научный интерес представляют ПМУД с дроссельным пневмоудар-ным механизмом (ДПУМ), в котором единственной подвижной деталью в системе воздухораспределения является сам ударник, что делает их более надёжными при эксплуатации в условиях отрицательных температур. Это обстоятельство подчеркивает актуальность разрабатываемой проблемы.
Данная работа является логическим звеном в цикле исследований ПМУД, проводимых в НГАСУ (Сибстрин), и выполнена в соответствии с научным направлением «Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины: Создание эффективных средств механизации и автоматизации технологических процессов в строительстве».
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование принципиальной схемы ПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин в грунтовых средах, численное исследование физико-математической модели и обоснование значений параметров машины, а также создание на этой основе конструкции пневмопробойника с заданными улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Идея исследования заключается в использовании положительных качеств ДПУМ в пневмопробойнике.
Задачи исследования:
-
Разработка и обоснование принципиальной схемы ПУМ пневмопробойника.
-
Разработка физико-математической модели рабочего процесса ПУМ пневмопробойника.
-
Установление рациональных значений параметров ПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин и разработка методики его инженерного расчёта.
-
Создание опытного образца пневмопробойника для проходки лидерных скважин и испытание его в лабораторных условиях.
Объект исследования: ДПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин в грунтовых средах.
Предмет исследования: закономерности, устанавливающие взаимосвязь основных геометрических размеров ДПУМ и его энергетических параметров.
Методика исследования. Применён комплексный междисциплинарный подход, включающий аналитический обзор и обобщение существующего опыта; теоретические разработки с использованием методов механики, баро- и термодинамики; математическое и физическое моделирование рабочих процессов с целью установления адекватности рациональных соотношений между параметрами ДПУМ; экспериментальную проверку образца пневмопробойника в лабораторных условиях.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Разработана и обоснована принципиальная схема ДПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин в грунтовых средах.
-
Разработана и применена в исследовании физико-математическая модель рабочего процесса ПУМ пневмопробойника с дроссельным воздухораспределением, позволяющая улучшить качественно и количественно энергетические параметры.
-
Обоснованы основные значения геометрических размеров и энергетических параметров ДПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин в грунтовых средах.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Принципиальная схема ДПУМ, реализованная в конструкции пневмопробойника для проходки лидерных скважин.
-
Физико-математическая модель, описывающая рабочий процесс ДПУМ пневмопробойника для проходки лидерных скважин, позволяющая раскрыть закономерности и установить основные соотношения между геометрическими размерами и энергетическими параметрами, а также наиболее характерные для данного класса машин основные показатели качества - удельного расхода сжатого воздуха и съёма мощности с единицы площади ударника.
-
Значения основных геометрических размеров и энергетических параметров ДПУМ, позволившие существенно улуч-
шить эксплуатационные характеристики пневмопробоиника для проходки лидерных скважин.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в следующем:
-
Разработана новая принципиальная схема ДПУМ, позволяющая создать пневмопробойник для проходки лидерных скважин в грунтовых средах с улучшенными техническими и конструктивными характеристиками.
-
Разработана методика инженерного расчёта ДПУМ, позволяющая создать пневмопробойник для проходки лидерных скважин с широким диапазоном значений энергетических параметров.
-
Создан опытный образец пневмопробоиника для проходки лидерных скважин с ДПУМ. Указанный пневмопробойник используется в учебном процессе НГАСУ (Сибстрин) как наглядное пособие в учебных дисциплинах «Строительные машины» и «Механизация и автоматизация строительства».
-
Проведены производственные испытания пневмопробоиника для проходки лидерных скважин на объектах на строительных объектах Новосибирска.
Достоверность полученных результатов обоснована: анализом направлений совершенствования ПУМ с воздухораспреде-лением ударником, ДПУМ, а также направлением совершенствования конструкций пневмопробойников (по патентным материалам за период с 1965 по 2007 г.); результатами исследований и анализа физико-математической модели рабочего процесса ДПУМ пневмопробоиника для проходки лидерных скважин, а также сопоставлением известных результатов, полученных другими исследователями; необходимым объёмом исследований в лабораторных условиях опытного образца пневмопробоиника для проходки лидерных скважин с ДПУМ и сопоставимостью полученных результатов с данными исследования физико-математической модели ДПУМ пневмопробоиника.
Личный вклад автора заключается в разработке и обоснования принципиальной схемы пневмопробоиника для проходки лидерных скважин; разработке и применении в исследовании физико-математической модели рабочего процесса ДПУМ пневмопробоиника с использованием дроссельного воздухораспределе-
ния; в установлении основных соотношений геометрических размеров и энергетических параметров рабочего процесса ДПУМ пневмопробойника; в разработке методики инженерного расчёта ДПУМ пневмопробойника; в расчёте, разработке конструкции, доводке и испытаниях опытного образца пневмопробойника с ДПУМ.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях (НТК) и совещаниях (НТС): на Всесоюзном НТС«Ручной механизированный инструмент в строительстве» (Москва, 1989 г.); на Всероссийском НТС «Повышение эффективности средств и механизации строительства» (Новосибирск, 1993 г.); на Всероссийской НТК «Актуальные проблемы строительной отрасли» (Новосибирск, 2008 г.); на НТК НГАСУ (Сибстрин) (Новосибирск, 1990-2007 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в т.ч. 5 статей в журналах с внешним рецензированием, входящих в рекомендуемый перечень ВАК РФ, 4 авторских свидетельств на изобретение СССР и 1 патент РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (305 наименований). Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 6 таблиц и 7 приложений на 43 стр.
