Введение к работе
Актуальность темы. Гидравлические ударные механизмы находят все более широкое применение в горном деле и строительстве. Они используются в бурильных машинах для бурения шпуров и скважин в- крепких горных породах, в молотах для рыхления и уплотнения грунтов, разрушения и дробления скальных пород и твердых покрытий. Расширение рынка гидравлических машин связано с тем, что по сравнению с пневматическими машинами они обладают большим к.п.д., позволяют подводить к забою большие мощности без разрушения инструмента, создают меньший шум при работе и не загрязняют окружающую среду.
Работы по созданию гидравлических ударных механизмов для горных машин были начаты в середине 60-х годов в КузНИУИ, где впервые была разработана конструкция такого механизма. Далее эти работы развивались во ВНИИстройдор-маше, в Институте гидродинамики СО АН СССР, в Карагандинском политехническом институте, в Институте машиноведения НАН Кыргызской Республики и Фрунзенском политехническом институте. В настоящее время известно более 40 зарубежных фирм, выпускающих гидравлические отбойные и бурильные машины.
В Институте машиноведения НАН Кыргызской Республики исследования бурильных и отбойных машин с гидравлическими ударными механизмами были начаты под руководством акад. О.Д.Алимова в середине 60-х годов. В период с 1970 по 1997 голы были созданы конструкции бурильных механизмов с энергией удара от 100 до 400 Дж для бурильных машин врашательно-ударного действия. Разработаны конструкции гидравлических молотов с энергией удара от 70 до 3000 Дж, которые с 1988 года в виде опытных образцов и партий изготавливаются Институтом машиноведения и реализуются предприятиям горной, строительной и металлургической промышленности. Создана конструкция и совместно с Инженерной академией Кыргызской Республики изготовлен экспериментальный образец гидравлического молота с энергией удара 6000 Дж, предназначенный для безвзрывной разработки месторождений полезных ископаемых.
На горных предприятиях эти молоты используются при производстве вскрышных работ и селективной отбойке руды, вторичном дроблении горных пород; в строительстве - при разборке различных покрытий и фундаментов, уплотнении слабых и рыхлении мерзлых грунтов; в металлургии - для очистки ковшей для разливки металла и разборке фугеровок металлургических печей.
Известно, что стабіїльность работы молота и его энергетические характеристики зависят от потерь мощности на покрытие утечек жидкости и преодоление сил трения. Эти потери определяются величиной зазоров в сопряжениях ударного узла. При малых зазорах возрастают потери мощности на трение, и в предельном случае может происходить заклинивание поршня-ударника. При больших зазорах увеличиваются потери мощности на утечки жидкости, что приводит к ее нагреву.
На практике величины зазоров в сопряжениях деталей молота подбирались опытным путем без достаточного теоретического обоснования, и при создании новой конструкции или нового типоразмера молота требовался большой объем опытно-эксперименталышх работ для выявления оптимальной величины зазоров. При изготовлении деталей молота их фашические размеры могут изменяться в пределах назначенных допусков. D связи с этим даже в молотах одной партии величины зазоров между поршнем и цилиндром неодинаковы. Это приводит к отклонениям энергетических характерней!к и производительности молота от номинальных, которые, как показывают-испытания и эксплуатация молотов, могут быть существенными.
Для повышения конкурентноспособности молотов необходимо обеспечить стабилизацию их энергетических характеристик при минимальных потерях мощности. В связи с этим одной из актуальных задач являсіся научное обоснование и разработка методик выбора оптимальных зазоров в сопряжениях ударного узла и их рациональных допусков.
Изготовление молотов сопряжено с необходимостью обработки высокоточных поверхностен большой длины. С повышением энергии ударов молотов увеличивается ход поршня-ударника и длина ударного узла, и, следовательно, увеличивается длина обрабатываемых поверхностей деталей. Из-за увеличения площади обработки увеличиваются погрешности изготовления, и снижается точность. Для достижения требуемой точности прибегают к обработке на прецизионном оборудовании или дополнительным технологическим мерам по уменьшению погрешностей обработки, что приводит к усложнению и удорожанию производства. В современных условиях приобретение точного специализированною оборудования и оснастки из-за финансовых проблем не под силу, а зачастую н нецелесообразно. В связи с этим возникает необходимость поиска путей достижения требуемой точности другими способами.
Один из таких путей - применение схемы ударного механизма, обеспечивающей его наименьшие продольные размеры. В настоящее время нет научно-обоснованных рекомендаций по выбору таких схем. Поэтому обоснование выбора конструктивных схем гидравлических ударных механизмов, позволяющих уменьшить длину обрабатываемых поверхностей и облегчить за счет этого получение требуемой точности обработки, - актуальная задача, как на этапах конструирования, так и при изготовлении гидравлических молотов.
Целью работы является научное обоснование выбора конструктивных схем н требований к точности изготовления гидравлических молотов.
Работа выполнялась в Институте машиноведения ИЛИ Кыргызской Республики, сначала под руководством -проф. С.Л.Басова, которым были поставлені,! задачи, а затем была продолжена под руководством д.т.н. М.Ураимова.
При выполнении работы были поставлены п решены следующие основные задачи:
аиалігі возможных конструктивных схем ударных механизмов и выявление схем, обеспечивающих их наименьшие продольные размеры;
установление влияния точности изготовления узлов и деталей гидравлических молотов на нх эксплуатационные показатели и обоснование оптимальной величины зазоров в сопряжениях ударного узла;
разработка рекомендаций по назначению требовании к зазорам в подвижных сопряжениях ударного узла.
Основная идея работы заключается в улучшении и стабилизации энергетических показателей гидравлических молотов на основе установления и практического использования взаимосвязей между их эксплуатационными хараетеристикамн и параметрами точности.
При выполнении настоящей работы использовались следующие методы исследования: обобщение литературных источников, сравнительный анализ конструктивных схем ударных механизмов с позиционной обратной связью, моделирование рабочего процесса гидравлических ударных механизмов и потерь мощности с использованием ПЭВМ, обработка данных экспериментальных исследований и промышленной эксплуатации молотов.
Научная новизна уаботы заключается в:
разработке методики определения потерь мощности в гидравлических ударных механизмах с учетом сил жидкостного трения и утечек жидкости в канал управления и дренажные каналы;
выявлении зависимости величины утечек жидкости в какал управления от конструктивных- параметров ударного механизма и определении диапазонов изменения параметров, когда эти утечки несущественны;
установлении зависимости потерь мощности ударных механизмов от длины сопряжений поршня-ударника, позволяющей найти их оптимальные длины;
выявлении схем ударных механизмов, обеспечивающих минимальные продольные размеры ударного узла при минимальных потерях мощности;
установлении зависимости характеристик молотов от величины зазоров между поршнем-ударником и направляющим цилиндром и оптимальной величины этих зазоров.
Практическая ценность работы заключается в:
разработке методики сравнительного анализа схем ударных механизмов по продольным размерам;
разработке алгоритмов и программ расчета на ПЭВМ потерь мощности в ударных механизмах;
разработке методики выбора зазоров в подвижных сопряжениях поршня-ударника и их допусков;
разработке рекомендаций по величине рациональных зазоров в молотах "Импульс" различных типоразмеров.
Результаты работы были реализованы при изготовлении гидравлических молотов типа "Импульс 40", "Импульс 130", "Импульс 300", "Импульс 600" в условиях опытного производства Института машиноведения HAH КР.
Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями гидравлических молотов, проведенными в Институте машиноведения, опытом изготовления молотов и их эксплуатации в различных условиях на горных предприятиях республики, в строительных организациях и в металлургическом производстве.
Апробация работы. Результаты, диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях Секции Учёного совета Института машиноведения с 1980 по 1997 годы; на Межреспубликанской научной конференции молодых ученых (г.Бишкек, 1985 г.), на Международной конференции "Механизмы переменной структуры и вибрационные машины" (г.Бишкек, 1995 г.); на Международной конференции "Высокогорные исследования - изменения и перспективы в XXI веке" (г.Бишкек, 1996 г.), на IV научной конференции Кыргызско-Российского славянского университета (г.Бншкек, 1997 г.), на Международной научной конференции "Научно-технических прогресс - основа развития рыночной экономики" (г. Караганда, 1997 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложений и содержит 144 страницы машинописного текста, 6 таблиц, 51 рисунок и библиографию из 73 наименований.