Содержание к диссертации
Введение
1 Ударные системы технологического назначения, основы теории удара и постановка задач исследования 9
1.1 Ударные системы технологического назначения 9
1.2 Известные методы решения задач о продольном ударе 16
1.2.1 Теория Ньютона 16
1.2.2 Модель Герца 17
1.2.3 Волновая теория Сен-Венана (метод Даламбера) 19
1.2.4 Методы операционного исчисления 21
1.2.5 Графодинамический метод 22
1.3 Обоснование зависимости производительности ударных систем от формы ударного импульса. Рационализация ударного импульса 26
1.4 Постановка задач исследования 30
2 Поиск и обоснование форм бойков ударных механизмов, генерирующих в волноводе ударный импульс оптимальной формы 31
2.1 Поиск форм бойков, генерирующих в волноводе ударный импульс оптимальной формы 31
2.2 Сущность геометрии бойков полукатеноидальной формы 33
2.2.1 Разработка метода образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов 33
2.2.2 Поиск уравнения, описывающего катену в новой, повернутой системе координат 37
2.2.3 Пример построения полукатеноидальных бойков с различными характеристиками 39
2.3 Обоснование конструкций бойков, обладающих эффектом бойков полукатеноидальной формы 41
2.3.1 Основные требования к конструкции соударяющихся деталей
2.3.2 Практическая реализация полукатеноидальных бойков 42
2.4 Аналитическое исследование формирования ударного импульса в полу бесконечном стержне при ударе по нему бойком полукатеноидальной формы 46
2.4.1 Постановка задачи 46
2.4.2 Представление задачи в области изображений 48
2.4.3 Решение уравнения смещения сечений полукатеноидального бойка при продольном ударе 49
2.4.4 Решение уравнения смещения сечений стержня при продольном ударе 54
2.4.5 Определение ударного импульса в полубесконечном стержне при ударе по нему бойком полукатеноидальной формы 54
2.4.6 Пример построения первой волны ударного импульса, генерируемого бойком полукатеноидальной формы 58
Выводы по главе 2 62
3 Исследование генерирования упругих волн в полубесконечном стержне полукатеноидальными бойками численным методом 63
3.1 Основы численного метода расчета ударных импульсов 63
3.2 Алгоритм компьютерной программы для исследования формирования ударного импульса в стержне бойками различных форм 68
3.3 Оценка качества решения задач о формировании ударных импульсов численным методом 72
3.4 Исследование генерирования упругих волн в полубесконечном стержне бойками полукатеноидальной формы с помощью ЭВМ 77
3.5 Сравнительный анализ результатов исследований генерирования упругих волн в волноводах бойками полукатеноидальной формы, полученных аналитически и численным методом 81
Выводы по главе 3 82
4 Экспериментальное исследование генерирования в волноводе ударных импульсов полукатеноидальными бойками. Об использовании результатов работы в промышленности 83
4.1 Постановка задач экспериментального исследования полукатеноидальных бойков. Описание опытных образцов 83
4.2 Экспериментальный стенд 90
4.3 Требования, предъявляемые к аппаратуре, и характеристика применяемой аппаратуры 93
4.4 Экспериментальное исследование генерирования упругих волн в волноводе полукатеноидальными бойками 96
4.5 Об использовании результатов работы в промышленности 98
Выводы по главе 4 100
Заключение 101
Список научных публикаций автора 103
Список докладов автора на научных конференциях 105
Библиография
- Волновая теория Сен-Венана (метод Даламбера)
- Поиск уравнения, описывающего катену в новой, повернутой системе координат
- Алгоритм компьютерной программы для исследования формирования ударного импульса в стержне бойками различных форм
- Требования, предъявляемые к аппаратуре, и характеристика применяемой аппаратуры
Введение к работе
Ведущей отраслью промышленности Кузбасса является добыча угля и железной руды, в которой занято сравнительно большое количество населения области. Объем добычи непрерывно растет в результате освоения новых месторождений и расширения производственной мощности предприятий. Извлечение и переработка твердых полезных ископаемых, строительство подземных сооружений, добыча строительных материалов сопряжены с необходимостью разрушения больших объемов горных пород, исчисляемых в России миллиардами кубических метров в год. В горнодобывающей отрасли создаются разнообразные машины и механизмы, разрушение горных пород связано с большими затратами труда, времени, энергии и денежных средств. В настоящее время большой объем горной массы перерабатывается буровзрывным способом, одной из главных операций которого является операция бурения шпуров и скважин, которая представляет собой весьма трудоемкий и тяжелый цикл горнопроходческих работ при добыче полезных ископаемых. Вследствие этого вопросы совершенствования буровой техники весьма актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.
Наибольший эффект разрушения достигается при ударном воздействии на горную породу, именно на этом принципе строятся многие горные машины, в частности машины, используемые для бурения шпуров и скважин.
Актуальность совершенствования ударных систем технологического назначения связана со значительными экономическими выгодами, заключающимися в увеличении производительности буровых работ и уменьшении энергозатрат на бурение.
В настоящем исследовании ставятся и решаются задачи, связанные с проблемой повышения эффективности разрушения горной породы ударными воздействиями. В работе ставится задача о создании рациональной конструкции бойка, генерирующего в волноводе ударный импульс такой
формы, при которой достигается максимальная передача энергии ударной системы разрушаемому объекту. Обосновываются способ образования и конструкции новых бойков, защищенные патентами Российской Федерации. Теоретические выводы проверяются физическим экспериментом.
Целью работы является поиск и обоснование рациональной конструкции бойков ударных механизмов, аналитическое и экспериментальное решение задачи о формировании упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками.
Идея работы заключается в увеличении значения коэффициента передачи энергии, а, следовательно, и в увеличении производительности ударных систем технологического назначения путем подбора целесообразных форм бойков.
Методы исследования основаны на использовании
известных положений теории удара;
решений задач о продольном соударении стержней с использованием одномерной волновой теории Сен-Венана и графодинамического метода;
математических принципов метода операционного исчисления;
приемов конструирования деталей машин.
Научные положения, выносимые на защиту:
Обоснование возможности существенного повышения эффективности разрушения горных пород ударными системами путем использования новых форм бойков ударных механизмов, а именно выполненных в виде полукатеноидов вращения,
Способ образования полукатеноидальных бойков с использованием в виде образующих участков катены (цепной линии), рассматриваемой в осях, повернутых относительно исходных осей на различные углы.
Аналитическое решение задачи об ударе по волноводам полукатеноидальными бойками с использованием теории Сен-Вен ана и интегрального преобразования Лапласа.
Компьютерная программа поиска форм ударных импульсов ступенчатыми бойками, аппроксимирующими заданные криволинейными образующие бойков.
Результаты экспериментального исследования по установлению форм ударных импульсов, генерируемых в волноводе полукатеноидальными бойками.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов обеспечена тем, что выполненные аналитические исследования основываются на классических положениях одномерной волновой теории удара, на известных законах механики и теории упругости. При решении частных задач в работе используются методы операционного исчисления, графодинамический метод теории удара и обоснованный физический эксперимент.
Научная новизна работы заключается в
разработке способа образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов;
определении условий и законов формирования упругих волн в волноводе при ударе по ним полукатеноидальными бойками;
разработке компьютерной программы, позволяющей решать задачу о генерировании волновых ударных импульсов в стержневой системе и оценивать результаты с высокой степенью точности;
разработке принципиально новой конструкции бойка ударного механизма в биметаллическом исполнении.
Практическая полезность. На разработанные способ образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов и конструкцию бойка ударного механизма в биметаллическом исполнении получены патенты РФ на изобретения. Разработанный способ образования полукатеноидальных бойков ударных механизмов внедрен на ОАО «Завод Универсал» г. Новокузнецка, занимающийся проектированием и производством гидравлических молотов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII, IX, X, XI, XII, XIII студенческих
конференциях по секции теории механизмов, динамики и прочности машин, СибГИУ, г. Новокузнецк, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.; Юбилейной научно-практической конференции молодых исследователей Кузбасса «Шаг в будущее - 50 лет КузГТУ», Кемерово, 2000г.; 9-ой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-9-2003)», Улан-Удэ, Байкал, 2003г.; XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В. П. Макеева, Государственный ракетный центр «КБ им. академика В. П, Макеева», Межрегиональный совет по науке и технологиям, Миасс, 2004г.; пятнадцатой научно-практической конференции по секции механики и машиностроения, СибГИУ, Новокузнецк, 2004г.; встрече руководителей и специалистов промышленных предприятий с рационализаторами и изобретателями, Администрация Кемеровской области, Клуб директоров машиностроительных предприятий, Кузбасская торгово-промышленная палата, КузбассРИЦ, Кемерово, 2005г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, получено 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 61 наименование, 4 приложений. Основной текст изложен на 132 машинописных листах и поясняется 45 рисунками и 2 таблицами.
Исследования проводились на кафедре теории механизмов и машин и основ конструирования Сибирского государственного индустриального университета. Задача исследований была поставлена д. т. н., профессором Дворниковым Л. Т.
Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь при выполнении работы доценту кафедры стационарных и транспортных машин КузГТУ г. Кемерово, к. т. н. Рындину Владимиру Прокопьевичу; заместителю главного конструктора ОАО «Завод Универсал», к. т. н. Фомину Борису Васильевичу; к. т. н. Мясникову Алексею Андреевичу.
Волновая теория Сен-Венана (метод Даламбера)
Наиболее простой теорией соударения двух тел является теория Ньютона, предложенная им более 300 лет назад и успешно применяющаяся в настоящее время для решения многих практических задач. Эта теория основана на законе сохранения количества движения [55] и понятии «коэффициента восстановления скорости тел после удара».
Рассмотрим два тела, движущихся вдоль оси х у „ с известными скоростями V] V2- (рисунок 1.2.1.1). Через какое-то время первое тело догонит второе и _._/"?; произойдет их соударение. После удара тела приобретут скорости F/+ и V2+, которые vl+ v1+ і Рисунок 1.2.1.1- Модель Ньютона определяются из следующих формул: (1.2.1.1) I/ - (ffl "ктгУі- +тг{і+ кУ2„ тх + т2 m, (і + кУ,_ + (т2 - km, У2_ тх + т2 где к - коэффициент пропорциональности, названный коэффициентом восстановления скорости тел при ударе и определяемый экспериментально.
Ньютон полагал, что коэффициент восстановления зависит только от свойств материалов соударяющихся тел. Но последующие исследования показали, что коэффициент восстановления зависит и от геометрии соударяющихся тел, скорости их соударения и является интегральной характеристикой, учитывающей все внутренние процессы, происходящие в соударяющихся телах. Поэтому экспериментальное определение коэффициента восстановления необходимо в каждом конкретном случае, что является одним из недостатков данной теории.
Модель Ньютона широко используется при расчете и анализе виброударных систем и в задачах, связанных с определением кинематических параметров движения тел: перемещений, скоростей и ускорений. Но она не позволяет определить время удара, закон изменения ударной силы от времени и максимальную величину этой силы. Такую информацию могут дать только теории, учитывающие деформации тел при ударе.
В основе этой модели лежат две гипотезы: 1) предполагается, что эффекты, определяющие развитие процесса удара, охватывают лишь небольшие области внутри тел, примыкающие к поверхности контакта, а общие деформации тел не учитываются; 2) принимается, что зависимость контактной силы при деформации при ударе остается такой же, как и при статическом сжатии твердых тел. В результате задача о прямом соударении упругих тел была сведена к задаче о соударении двух твердых тел с находящимся между ним упругим элементом (рисунок 1.2.2.1).
Модель Герца имеет ограниченную применимость в силу следующих фактов. Она дает результаты, хорошо совпадающие с экспериментом, если продолжительность удара значительно меньше наибольшего периода свободных колебании соударяющихся тел. При превышении некоторого значения скорости удара теория Герца будет давать существенные ошибки, так как увеличение скорости приводит к росту контактных давлений, и при определенном ее значении начнут развиваться пластические деформации, которые Герцем не учитываются. 1.2.3 Волновая теория Сен-Вснана (метод Даламбера)
Преобразование кинетической энергии бойка в энергию продольных колебаний волновода при продольном соударении и распространение волн продольных колебаниях в деталях ударного механизма описываются уравнениями одномерной волновой теории, сформулированной Сен-Венаном. Эта теория построена для стержней с плоскими торцами на допущениях, что: плоские, поперечные к оси стержня сечения остаются плоскими в процессе распространения волн продольной деформации; материал стержня подчиняется закону Гука, т.е. деформации S(x+dx) x+dx
По теории Сен-Венана процесс распространения волн продольных колебаний в стержне описывается дифференциальным уравнением гиперболического типа [4]: где T = at. д2и(х,т) 1 dS(x) ди(хут) дги(х,т) дх2 S{x) dx дх дтг (1.2.3.1) (1.2.3.2) а— \— - скорость распространения упругих волн продольной Р деформации в стержне с плотностью материала р и модулем упругости Е, Для стержня с постоянным поперечным сечением уравнение записывается в следующем виде [26, 31]:
Поиск уравнения, описывающего катену в новой, повернутой системе координат
Можно предположить, что практическое использование полукатеноидальных бойков, описываемых уравнением (2.1.1), в ударных системах технологического назначения не получило широкого применения по той причине, что прямое использование (2.1 Л) для построения бойков приводит к быстрому увеличению его радиального размера, что, естественно, приводит к габаритам, непригодным для применения в практике горного дела и строительства.
Этот недостаток реального построения полукатеноидальных бойков может быть преодолен, если в качестве образующих, ограничивающих криволинейные поверхности бойков, будут использоваться различные участки цепной линии (катены). Катена есть бесконечная кривая с переменной кривизной (рисунок 2.2.1.1), радиус кривизны определяется формулой ( х х\г = ach-. (2.2.1.1) а 2 JC е" +е а \ J Очевидно, что для любой точки С радиус кривизны R тем более, чем X больше координата д:, т.к. гиперболический косинус ch— с ростом аргумента а возрастает по квадратичной зависимости. Если оставлять в качестве образующих формируемых бойков участки катены, то чем далее удаляться от начала координат, тем более катена приближается к прямой линии. Если далее повернуть ее относительно некоторой оси НН\ то можно создать боек, приближающийся к цилиндру. Известно [4], что боек, выполненный в виде цилиндра, с поперечным сечением, равным сечению волновода, генерирует в волноводе прямоугольный импульс; если образующая бойка криволинейна, то зз импульсы в волноводе генерируются разных форм. Форма ударного импульса зависит также от длины бойка. Имея это в виду, можно поставить задачу создания множества бойков с образующей в виде различных участков катены. Разработанный метод образования полукатеноид ал ьных бойков показан на рисунках 2.2.1.1 и2.2.1.2. На рисунке 2.2.1.1 обозначены: О - точка начала координат, у и х - оси координат, в которых фиксируется плоская кривая - катена, как образующая выполненного из твердого материала бойка ударного механизма; R - радиус кривизны катены в любой точке С; А А - ударный торец бойка как тела вращения ABB А относительно его продольной оси Л;, АА = d0,r. е. диаметру ударного торца бойка; АВ и А В - образующие бойка, соответствующие зависимости (2.1.1); CD и C D\ EF и E F - образующие бойков, отличающихся от рассмотренного бойка с образующей АВ и А В , CDD C и EFF E - катеноидные бойки как твердые тела вращения участков катены CD и EF относительно их продольных осей GG и НН . Линия ОО как эквидистанта катене АВ, т.е. равноудаленная данной плоской кривой [22], СС и ЕЕ как нормальные линии к эквидистанте (СС = = /„) помещены на рисунке 2.2,1.1 в качестве вспомогательных, поясняющих сущность метода.
Суть построения заключается в следующем. Если к катене А В как образующей боковые поверхности бойков провести эквидистантную кривую ОО и на ней отметить точки О, G, Н и т. д., то нормали (перпендикуляры) к эквидистанте в этих точках ОА, GC, НЕ и т. д. окажутся равными между собой и равными половине /„, т. е. половине диаметра ударного торца получаемых бойков.
Приведенные пояснения позволяют доказать, что получаемые бойки будут иметь одинаковые площади ударных торцов и различные участки катены в качестве образующих бойков. V - предударная скорость.
Ясно, что Т не зависит от формы бойка. Но от формы бойка зависит масса m. Она определяется как объем тела умноженный на удельный вес. При одинаковом удельном весе бойков одинаковый объем при разных видах образующих (1,2,3) достигается различием их длин t (lt 2, 3).
Получаемые таким образом бойки (рисунок 2.2.1.2), в частности при заданной их одинаковой массе и при условии, что все их образующие есть участки катены, отличаются тем, что из-за различия форм и длин, они генерируют в волноводах различные по форме упругие ударные импульсы, каждый из которых может являться оптимальным для разрушения какой-либо из различающихся по крепости сред.
Разработанный метод образования полукатеноидальных бойков с различными характеристиками был заявлен в Роспатент, как имеющий существенное отличие от существующих методов. Этот метод был реализован в виде способа создания объектов промышленного использования для образования материальных тел вращения, способных генерировать упругие волны в волноводах и применяться в виде элементов ударных машин. Сущность этого способа заключается в выполнении из твердых материалов тела вращения, образующей которых является плоская кривая, называемая катеной, характеризующийся тем, что в качестве образующей тел вращения используют различные участки катены, а торцы бойков обрабатывают по плоскостям, перпендикулярным их геометрической оси, при этом расстояние между торцами выбирают из условия заданной массы бойков.
Алгоритм компьютерной программы для исследования формирования ударного импульса в стержне бойками различных форм
На основе вышеизложенного численного метода расчета ударных импульсов была написана программа в математическом пакете Maple 7 [31, 32]. Maple обладает высокой мощностью и достоверностью аналитических вычислений. Maple 7 способна выполнять сложнейшие аналитические вычисления, которые нередко не под силу даже опытным математикам, она широко используется в численном моделировании и выполнении сложных численных расчетов — в том числе с произвольной точностью.
Рисунок 3.2.1 - Приближенная форма ударного имупльса Алгоритм программы заключается в следующем. Любой ударник, представляющий собой тело вращения, боковая поверхность которого может быть задана некоторой функцией (в явном виде или параметрически), представляется в виде цилиндрического ступенчатого. Исходными параметрами в программе являются: масса и материал бойка; функция, описывающая его боковую поверхность; количество ступеней, на которые будет разбит ударник; диаметр волновода, по которому наносится удар; модуль упругости материала соударяемых тел и скорость звука в нем; предударная скорость бойка; количество расчетных шагов. Затем, согласно формулам (3.1.6 - 3.1.9), определяются силы, возникающие в соударяющихся телах. В результате всех вычислений получается приближенная форма ударного Входными параметрами компьютерной программы, в основе которой лежит численный метод расчета ударных импульсов, влияющими на точность решения, являются количество ступеней st, на которые разбивается ударяющее тело, и количество расчетных шагов Т.
Таким образом, для получения более качественного решения (плавности «ступенек» ударного импульса) необходимо увеличивать параметр st, при этом параметр Т должен возрастать на порядок выше по сравнению с возрастанием параметра st.
Для подтверждения целесообразности использования компьютерной программы и правильности изложенной методики были найдены формы ударных импульсов генерируемых бойками, для которых решение найдено аналитически [4, 45,46].
Исследование проводилось при условии равенства следующих параметров для всех бойков: - масса бойка: m = Зкг; - материал соударяемых деталей: сталь с модулем упругости Е = 2 105МПа, скорость звука в материале с = 5 103м/с; - диаметр волновода: d0 = 32мм ; - предударная скорость бойка: V9 =8м/с.
Сравнительный анализ оптимальной для разрушения обрабатываемой среды формы ударного импульса и формы импульса, генерируемого бойками полукатеноид ал ьной формы, полученного численным методом, показывает, что - подтверждается предположение о том, что ударный импульс, генерируемый полукатеноидальным бойком, нарастает на переднем фронте с интенсивностью повышающейся во времени, что соответствует требованию к форме импульса оптимальной формы;
- значение отношения максимальной амплитуды импульса к амплитуде импульса, генерируемого бойком с сечением, равным сечению штанги, более 2 и также превышает значения этого отношения для бойков, процесс генерирования упругих волн для которых описан аналитически.
По результатам исследований, проведенных численным методом, можно с уверенностью утверждать, что полукатеноид ал ьный боек является оптимальным для разрушения пород различной крепости.
Из рисунка 3.5.1 видно, что результаты исследований имеют незначительное расхождение. Основываясь на теоретических предположениях о форме ударных импульсов, генерируемых полукатеноидальными бойками, можно сделать вывод, что наиболее приближенным к действительному является импульс, полученный в результате исследования численным методом. Это следует также из того, что исследования бойков, для которых решения известны, полностью подтвердились при расчете с помощью численного метода. Разрешение данной проблемы возможно посредством проведения физического эксперимента.
Выводы по главе 3
1. На основе графодинамического метода разработана методика численного исследования процесса формирования в волноводе ударных импульсов, генерируемых бойками различных форм, значительно облегчающая проведение инженерных расчетов ударных систем технологического назначения.
2. Компьютерная программа, составленная в математическом пакете Maple, позволяет решать задачу о генерировании волновых ударных импульсов в стержневой системе и оценивать результаты с высокой степенью точности. Полученные результаты могут быть использованы при определении рациональной формы бойка.
3. Результаты численного исследования показали, что при постоянной величине подводимой энергии бойки, выполненные в виде катеноида вращения, генерируют в волноводе импульс наиболее оптимальной для разрушения обрабатываемой среды формы по сравнению с другими бойками.
4. Неудовлетворительная сходимость результатов аналитического и численного исследования полукатеноидальных бойков ставит под сомнение корректность выполненных расчетов. Отсюда следует необходимость проведения физического эксперимента с целью подтверждения теоретических предположений о рациональности применения полукатеноид альных бойков в ударных механизмах.
Требования, предъявляемые к аппаратуре, и характеристика применяемой аппаратуры
В связи с тем, что время, в течение которого протекает процесс удара, весьма мало, порядка 10-104лікс, необходима совершенная измерительная аппаратура.
При экспериментальном измерении деформации при ударных воздействиях применяются электрические методы, при которых деформация преобразуется в изменение какого-либо электрического параметра. В соответствии с этим существуют датчики индукционные, емкостные, датчики сопротивления.
Наиболее широкое применение при исследовании ударных процессов получили датчики сопротивления (тензорезисторы). Это объясняется их универсальностью, удобством применения и широкими возможностями эксперимента. Для регистрации ударных импульсов основными преимуществами тензодатчиков являются их небольшие размеры и незначительный вес, вследствие малой инерционности, не вносящей искажения в изучаемый процесс.
В настоящем экспериментальном исследовании применялись тензодатчики типа ПКБ-10-100 со следующими характеристиками: - сопротивление: Я = (Ш,3 Ш,5)0л ±0,2%; - коэффициент чувствительности: = 2,15 ±0,1; - диаметр: 00,02мм; - длина базы датчика: Ъ = 10см.
При прохождении по волноводу упругой волны на выходе схемы, в которую подключены тензодатчики, появляется соответствующее импульсное изменение напряжения. Для получения осциллограмм ударных импульсов, наиболее точно отражающих действительные, необходимо применение специальных усилителей и осциллографов.
Основные погрешности, которые могут быть внесены в измерения усилительной аппаратуры, заключаются в уменьшении крутизны фронта нарастания (или спада) импульса. При этом прибор должен иметь коэффициент усиления напряжения достаточный для того, чтобы полученные осциллограммы имели размеры, удобные для изучения.
В настоящем экспериментальном исследовании применялся усилитель УИ-1, имеющий полосу пропускания частот в диапазоне 10Гц-50кГц с коэффициентом усиления по напряжению порядка ЮОт-ЮОО, и осциллограф типа TR-4602.
На осциллограмме (рисунок 4.3.1) зарегистрированы импульсы, прошедши через усилитель: горизонтальная развертка 200мкс/см, вертикальная развертка 0,5В/см, длительность импульса 500мкс.
Анализ осциллограммы показывает, что характеристики имеющегося усилителя удовлетворяют задачам исследования. На рисунке 4.3.2 показана схема подключения приборов и тензодатчиков. Измерительный комплекс показан на фотографии (рисунок 4.3.3). Запуск осциллографа осуществляется в момент удара бойком по стержню. Схема запуска показана на рисунке 4.3.4. Для установления формы волны ударных импульсов, генерируемых полукатеноидальными бойками, были проведены специальные экспериментальные исследования. Буровая штанга диаметром 32мм и длиной 3,1м устанавливалась на стенде (рисунок 4.2.2). Ударные импульсы генерировались полукатеноидальными бойками (с углом поворота координатных осей 10 и 20).
Для регистрации ударного импульса применялись тензодатчики типа ПКБ-10-100, которые наклеивались на диаметрально противоположные стороны буровой штанги и включались в потенциометрическую схему (рисунок 4.3.2). Питание осуществлялось от адаптера, включенного в сеть. Сигналы с тензопреобразователей усиливались усилителем УИ-1 и подавались на вход осциллографа типа TR-4602. с экрана осциллографа импульсы фиксировались на фотопленку фотоаппаратом «Зенит».
В связи с тем, что датчики располагаются на расстоянии 0,93л от ударного торца штанги, то на осциллограммах заметен прямой участок, отражающий время прохождения упругой волны до датчиков. Длительность этого участка: ь =- - = 186- 1(Г6с = 186л кс. (4.4.1) 0 5000 V ;
Длительность падающего ударного импульса составляет 400л кс. Конструкция стенда выполнена таким образом, что измерить предударную скорость бойка не представляется возможным. Следовательно, выполнить качественную оценку формы импульса тоже невозможно. Однако есть возможность сравнить форму импульса, найденного экспериментально, с теоретическими решениями.
Согласно теоретическим положениями, принятым в настоящем исследовании, форма ударного импульса, генерируемого полукатеноидальным бойком, такова, что его амплитуда начинается с определенного значения и возрастает с интенсивностью, повышающейся по времени, или почти линейно до максимального значения. Из полученных осциллограмм (рисунок 4.4.1) видно, что крутизна нарастания переднего фронта импульса до определенного значения соответствует погрешности, вносимой измерительной аппаратурой, затем амплитуда нарастает почти линейно до максимального значения, что полностью подтверждает принятые теоретические положения о форме ударного импульса, генерируемого в волноводе полукатеноидальными бойками.
