Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ IQ
Современное состояние вопросов исследования динамики станков шарошечного бурения и разработки средств из виброзащиты Ю
Цель и задачи исследования 29
2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ БУРОВОГО СТАВА
СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОИШХ
РАБОТ С УЧЕТОМ ВНУТРЕННИХ ПОТЕРЬ НАДЦ0Л0ТН0Г0 АМОР^
ТИЗАТОРА И РАЗЛИЧНОГО ХАРАКТЕРА ВОЗМУЩЕНИЙ 32
Анализ колебаний системы буровой став-наддо-лотный амортіШт^р-долото /БС-НА-Д/ при гармонической возмущающей силе 32
Исследование динамики системы /БС-НА-Д/ при случайных воздействиях. 48
Подбор оптимальных параметров наддолотного
амортизатора на ЭВМ для станка 2СЕШ-200 63
В ы в о д ы 69
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКИХ И ДИ
НАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УДМ.. 71
В ы в о д ы... 30
4. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАДДОЛОТНОГО
АМОРТИЗАТОРА, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО ПРИ
МЕНЕНИЯ 81
Конструктивные особенности разработанного наддолотного амортизатора и его стендовые испытания 81
Методика проведения экспериментов и результа-
ты промышленных испытаний наддолотных аморти
заторов 85
4*3. Экономическая эффективность от внедрения над-
долотного амортизатора станка 2СЕШ-200 96
Выв о д ы 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
ЛИТЕРАТУРА 104
ПРИЛОЖЕНИЕ 117
Введение к работе
Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-85 годы и на период до 1990 года предусматривают дальнейшее ускорение научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства, в частности, горнодобывающей промышленности, использование достижений науки и техники для развития добычи полезных ископаемых наиболее эффективным открытым способом [і].
Общей тенденцией развития открытых разработок является увеличение мощности и производительности механического оборудования, применяемого на карьерах. В настоящее время проблема механизации бурения взрывных скважин на открытых разработках в основном решена, горные предприятия оснащены высокопроизводительными самоходными шарошечными станками 2 СБШ-200 Н, 3 СБШ-200, СЕШ-250 Ш и др. [2J. В общей технологии открытых горных работ при разработке месторождений, сложенных породами УІІ-Х категории по бури-мости, буровзрывные работы являются одним из основных производственных процессов. Шарошечное бурение в связи с целым рядом известных обстоятельств имеет опережающее развитие и занимает до 70 % общего объема бурения. В связи с этим повышение надежности и производительности буровых шарошечных станков приобретает важное значение.
Увеличение производительности буровых станков за счет форсирования параметров режима бурения привело к резкому повышению колебаний и расширению их спектрального состава. Работа станков в режимах повышенной вибрации, как правило, приводит к увеличению поломок основных узлов комплектующего оборудования, металлоконструкций, повышенному износу штанг в резьбовых соединениях и резкому уменьшению технико-экономических показателей бурения.
Кроме того, вибрация, действуя непосредственно на человека, вызывает его повышенную утомляемость, нарушение нормального функционального и физического состояния, а при длительном воздействии - возникновение виброболезни. Установлено, что параметры вибрации при работе различных горных машин в 3-18 раз превышают допустимые санитарно-гигиенические нормы. Начальная форма повреждения в результате воздействия вибрации обнаружена у 54,3$, а выраженная форма - у 21% машинистов-операторов [з].
Основными направлениями совершенствования шарошечного бурения можно считать:
улучшение технологического процесса шарошечного бурения /подбор оптимальных параметров режима бурения для конкретных горногеологических условий, типо-размера долота и диаметра бурильных штанг, обеспечение нормальной очистки забоя/;
создание новых, облегченных, автоматизированных буровых станков, обеспечивающих форсирование параметров режима бурения при условии соблюдения санитарно-гигиенических норм труда;
разработка полговечных режущих инструментов и бурильных штанг;
модернизация существующего парка шарошечных станков,например, введением в компоновку бурильного инструмента дополнительного упругого звена в виде надштангового или наддолотного амортизаторов.
Ускорение решения задачи снижения вибраций бурового оборудования, ухудшающих условия труда обслуживающего персонала и отрицательно влияющих на показатели его надежности, имеет особо важное значение. Однако колебания в системе "человек-буровой станок" представляют собой одну из наименее изученных, совершенно новых проблем. Поэтому возникает необходимость комплексного изучения колебаний шарошечных станков с целью создания научных
основ для разработки эффективных средств и методов виброзащиты.
В настоящее время наметилась тенденция обоснованного использования упруго-демпфирующих материалов с гистерезисными потерями для виброзащиты буровых установок.
Решение поставленной задачи связано с определенными трудностями:
механические свойства горных пород носят стохастический характер и тем самым обуславливают случайный характер формирования сил сопротивления породы разрушению. Эти процессы сопровождаются продольными, поперечными и крутильными колебаниями бурового става;
деформация горной породы и зубьев режущего инструмента представляет собой сложный, неопределенный физический процесс, математическое описание которого весьма затруднительно [4J;
параметры виброзащитных устройств в основном описываются нелинейными зависимостями.
Несмотря на вышеотмеченное, в этом направлении достигнут определенный прогресс: на основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны конструкции надштанговых и наддо-лотных амортизаторов, созданы автоматические стабилизаторы режимов бурения, различные приводы со специальными характеристиками и другие. Однако, полученные результаты не удовлетворяют полностью повышенным требованиям бурения на открытых разработках.
В связи с вышеизложенным, анализ случайных колебаний станков шарошечного бурения и на основе полученных результатов разработка эффективных средств их виброзащиты актуален.
Цель работы. Разработка средств виброзащиты бурового става станков шарошечного бурения, обеспечивающих повышение работоспособности режущего инструмента, основных структурных узлов и производительности станка,а также улучшение условий труда операто-
pa-бурильщика.
Идея работы. Виброзащита бурового става станков шарошечного бурения, повышение работоспособности режущего инструмента и производительности станка, а также улучшение условий труда оператора-бурильщика мог;ут быть достигнуты путем определения рациональных параметров надцолотного амортизатора на основе анализа характера колебаний системы буровой став-наддолотный амортизатор-долото (БС-НА-Д).
Основные научные положения и новизна работы. - разработана математическая модель системы БС-НА-Д, учитывающая влияние внутреннего трения упругого звена амортизатора на характер колебания системы;
установлен оптимальный диапазон изменения жесткости над-долотного амортизатора, обеспечивающий минимальную амплитуду виброскорости бурового става, а также устойчивость системы БС-НА-Д в целом;
установлена взаимосвязь между параметрами случайных колебаний бурового става станков шарошечного бурения /скорость, ускорение/ и надцолотного амортизатора /жесткость, коэффициент сопротивления и ширина полосы пропускания частот/;
установлено, что минимальная амплитуда колебаний системы БС-НА-Д обеспечивается амортизатором, имеющим гистерезисную характеристику монотонно возрастающей гибкостью, либо монотонно возрастающей жесткостью с расширенным диапазоном упругости в пределах заданных грузоподъемностей;
разработана математическая модель рассеяния энергии в УДМ гистерезисными характеристиками параболического типа, позволяющая определить закономерность рассеяния энергии упругих материалов при статических и динамических циклах сжатия-разгрузки.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, заключения и выводы, сформулированные в диссертации, обоснованы применением апробированных методов: анализа вынужденных колебаний нелинейных систем, электронного моделирования колебательных процессов и математической статистики; проведением большого объема экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях с применением современной измерительной аппаратуры, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов; Расхождение между результатами теоретических исследований и производственных испытаний не превышают в среднем 8-10%.
Значение работы. Научное значение состоит в определении: оптимальной жесткости наддолотного амортизатора и получении зависимостей для определения ее критических значений; условий, обеспечивающих оптимальную область использования наддолотного амортизатора; коэффициента сопротивления наддолотного амортизатора, при котором последний имеет максимальную поглощающую способность энергий вынужденных колебаний; зависимостей для инженерного расчета коэффициента поглощения и логарифмического декремента .
Практическое значение заключается в разработке: наддолотного амортизатора с элементами из металлической резины /MP/ для станков типа СШ с практическим достижимым максимальным рабочим ходом, рассеивающей способностью и повышенной долговечностью; методического указания по определению рациональных параметров наддолотного амортизатора, а также рекомендаций по их изготовлению и применению.
Реализация работы. Разработанная конструкция наддолотного амортизатора внедрена на двух станках типа Z СЕШ-200 Марнеульс-кого карьера инертных материалов производственного управления
горных и геологоразведочных работ Министерства строительных материалов Грузинской ССР.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и одобрены на: Всесоюзной конференции по вибрационной технике /г.Кутаиси, 1981г./, III Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов горной промышленности Грузии /г.Тбилиси, 1982г./, Всесоюзном научно-техническом совещании "Новая техника и технология на горных предприятиях цветной металлургии" /г.Кафан, 1983г./, заседании научного семинара кафедры Горных машин и комплексов Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института /г.Москва, 1985г./, объединенном семинаре лабораторий рудничной гидроаэромеханики и динамики бурильных машин и установок, горных машин, разработки пластовых и рудных месторождений и открытых горных работ ИГМ АН ГССР /г.Тбилиси, 1985г./, заседании кафедры горных машин, рудничных стационарных установок и транспорта Грузинского политехнического института /г.Тбилиси, 1985г./.
Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 90 страницах машинописного текста, содержит I таблицу и 14 рисунков, список использованной литературы из НО наименований и приложения.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом ИГМ им.Г.А.Цулукидзе по темам 24.8 № 01840080352 Гос.регистрации и 24.12 № 0I820088I00 Гос.регистрации за 1981-84 гг.
