Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ средств бурения и методических основ совершенствования процесса буровых работ 10
1.1. Анализ состояния буровых работ на оао "апатит" 10
1.2. Направления совершенствования перфораторов 17
1.2.1. Возможные модернизации конструкций перфораторов ПП63В 19
1.2.2. Разработка новых отечественных конструкций гидравлических бурильных головок 20
1.3. Пути совершенствования буровых станков 24
1.4. Анализ направлений создания буровой техники нетрадиционного исполнения 28
1.5. Анализ методик выбора оптимальных параметров и режимов работы буровой техники 31
1.5.1. Определение производительности буровых машин 31
1.5.2. Анализ методик расчета ударной системы буровых машин 34
1.5.3. Методы определения КПД передачи удара. 36
1.6. Постановка задач исследования 41
ГЛАВА 2. Теоретические исследования по обоснованию параметров новых средств бурения 43
2.1. Предпосыжи создания новых средств бурения 43
2.2. Удар пневмоударника по абсолютно жесткой штанге «дребезг - квазипластический удар» 46
2.3. Квазипластическийудар в процессе взаимодействия поршня и штанги 50
2.4. Случай нежесткой штанги 54
2.5. Сравнительный анализ волновой и стереомеханической теорий 57
2.6. Cpabhehpffi передаваемых импульсов для одинарных и сдвоенных ударников 58
2.7. Динамика пневмоударника с упругим демпфером 60
2.8. Выводы по теоретическим исследованиям 66
3. Лабораторные и стендовые исследования сдвоенных ударных систем 67
3.1. Постановка задач экспериментальных исследований 67
3.2. Лабораторные исследования двухмассовых ударников 67
3.3. Стендовые исследования ударных систем «ударник-боек-штанга» 73
4. Разработка и промышленные испытания перспективных средств бурения 87
4.1. Постановка задач промышленных испытаний новых средств бурения 87
4.2. Исследования переносных перфораторов с усовершенствованной ударной системой 87
4.2.1. Испытания перфораторов ПП-63 (ППТ-63, ППТУ-63) с усовершенствованной ударной системой 89
4.2.2. Испытание тульских перфораторов ССПБ с усовершенствованной ударной системой 94
4.3. Результаты промышленных испытаний станков СБШ с модернизированными пневмоударниками 98
4.4. Обоснование облика перспективных конструкций средств бурения 101
4.5. Исследование экономической эффективности использования буровой техники 108
4.5.1. Оценка перспектив использования отечественного бурового оборудования на ОАО «Апатит» 108
4.5.2. Пример расчета экономической эффективности совершенствования механизации проходческих работ на Кировском руднике ОАО «Апатит». 115
Заключение 121
Литература
- Разработка новых отечественных конструкций гидравлических бурильных головок
- Удар пневмоударника по абсолютно жесткой штанге «дребезг - квазипластический удар»
- Лабораторные исследования двухмассовых ударников
- Исследование экономической эффективности использования буровой техники
Введение к работе
Актуальность. Развитие горного машиностроения в СССР и РФ было
направлено на создание разнообразной и эффективной отечественной"
буровой техники при необходимых объемах производства; создавались
отечественные модернизированные пневматические перфораторы с
улучшенными характеристиками (НИПИрудмаш, ИГД
им. А.А.Скочинского), гидроперфораторы, не уступающие зарубежным аналогам (Гипроникель), в планах было создание новейших буровых станков и установок буровых шахтных. Особенности 90-х годов резко изменили положение - значительная доля заводов горного машиностроения оказалась за рубежом, свернуты программы по НИР, исследовательские и проектные институты работают не достаточно эффективно. На горных предприятиях становится все сложнее поддерживать существующее оборудование в работоспособном состоянии. Однако, ОАО «Апатит» при наращивании объемов производства в последние годы вынуждено находить возможности покупать лучшие образцы буровой техники как отечественной, так и зарубежной - станки Solo и установки Minimatik фирмы Tamrock, цена которых значительно превосходит цены отечественных аналогов. Это ставит вопросы по расширению применения отечественных образцов буровой техники. Эксплуатируемая отечественная буровая техника в значительной степени изношена и устарела. Внедрение новых образцов буровой техники в производство происходит редко. Поэтому необходимо проведение исследований для создания новых буровых технологий и образцов отечественной буровой техники, эффективность которых обоснованы теоретически и подтверждаются экспериментально. Так, например, в настоящее время совершенствование конструкций переносных перфораторов (1111-54, 1111-63 и др.), станка СБШ-250 позволит повысить производительность бурения в сравнении с образцами традиционной компоновки, что сделает их конкурентоспособными с западными образцами при бурении апатитовых и залегающих совместно с ними других руд.
6 Целесообразно обоснование базовых моделей буровой техники в условиях ОАО "Апатит".
В качестве буровой машины целесообразно применять модернизированные перфораторы, имеющие повышенные скорость бурения и стойкость инструмента, расширенную область применения и базирующиеся на стандартных узлах и деталях, что позволит значительно снижать себестоимость бурения и число бурильщиков.
Работа базируется на исследованиях: Алимова О.Д., Асатура К.Г., Загривного Э.А., Иванова К.И., Кантовича Л.И., Коломийцова М.Д., Красникова Ю.Д., Нагаева Р.Ф., Подэрни Р.Ю., Соколинского В.Б., Хазановича Г.Ш., Ушакова Л.С. и др.
Целью работы является разработка модернизированных конструкций пневмоперфораторов и погружных пневмоударников с оптимизацией их основных параметров по разработанным механико-математическим моделям для повышения скорости бурения и стойкости бурового инструмента.
Идея работы: модернизация конструктивных схем перфораторов и погружных пнемударников с учетом повышения КПД передачи удара с переходом на квазипластический удар на основе дребезга меньшей части разделенного ударника и получения рациональной формы ударного импульса, позволяющего производить эффективное разрушение породы.
Защищаемые научные положения.
Установлено, что при соотношении массы ударника к условной массе штанги большем суммы удвоенного коэффициента восстановления скорости ударника и квадрата этого коэффициента происходит превышение передаваемой энергии от поршня к штанге при квазипластическом ударе по сравнению с частично упругим, при этом такое условие является критерием для определения рациональных масс ударной системы.
В ударной системе, в которой поршень-ударник разделен на большую (поршень) и меньшую (боек) части, формируется суммарный ударный импульс регулируемой амплитуды и продолжительности,
7 состоящий не менее чем из трех всплесков (подимпульсов), параметры которых управляются изменением расстояния между штангой и бойком.
3. При демпфировании ударной нагрузки погружного пневмоударника установкой упругих элементов перед поршнем, сила, продолжительность удара и основные параметры которого описываются параметрическим дифференциальным уравнением, достигается прирост скорости бурения и стойкости долота за счет регулирования параметров ударного импульса.
Основные задачи исследований:
Анализ существующих и перспективных способов и технических средств ведения буровых работ в условиях ОАО "Апатит".
Разработка механико-математических моделей описания процессов в ударных системах буровых машин.
Разработка методики расчета параметров элементов ударных систем "поршень-боек-штанга" для достижения роста КПД удара.
4. Обоснование компоновочных схем модернизированных
перфораторов и погружных пневмоударников, их конструкций и областей
применения.
Анализ и экспериментальные исследования на стендах и в рудничных условиях основных параметров конструкций модернизированных перфораторов и погружных ударников для буровых станков.
Разработка конструкций модернизированных перфораторов и погружных пневмоударников для буровых станков и определение их рациональных параметров по алгоритмам, учитывающим динамические процессы модернизированных перфораторов и ударников.
Методы исследований
Для решения поставленных задач был выбран комплексный метод исследований, включающий методы математического анализа, результаты которого сопоставлялись (корректировались) на базе анализа и обобщения данных, получаемых в процессе проведения лабораторных и промышленных экспериментов. При этом использовались методы: аналитический (обзор, обобщение и анализ выполненных ранее научных исследований);
8 математического моделирования (оптимизации параметров буровых машин); экспериментальный (физические эксперименты на стендах и опытно-промышленные исследования по совершенствованию конструкций буровых машин).
Научная новизна заключается в определении новых функционально-параметрических зависимостей, полученных на основе стереомеханической теории удара, позволяющих определить соотношение масс разделенных частей ударника и обеспечивающих повышение КПД передачи удара, обоснование компоновочных схем перфораторов и пневмоударников на основе исследования механико-математических моделей, описывающих их функционирование.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается использованием апробированных математических методов, фундаментальных положений по динамике машин, адекватностью поведения расчетных динамических моделей буровых машин объектам исследования, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований на стендах и в шахтных условиях, а также достаточным объемом экспериментальных исследований в условиях Кировского и Восточного рудников ОАО «Апатит».
Практическая ценность. Разработанные методики расчета ударных систем позволяют с большей достоверностью рассчитывать параметры сдвоенных ударников и подпружиненных ударных систем. Конструкция перфоратора с разделенным ударником позволяет повысить скорость бурения на 20-30%, погружной пневмоударник, основанный на предложенном новом способе бурения для СБШ-250 позволяет повысить стойкость шарошки (на 10 %) и увеличить скорость бурения на 10-15 %.
Реализация результатов работы
Варианты конструкторской документации на основе принципиально новых схем средств бурения используются в ОАО «Апатит».
Пакеты программ (MORF2, DRILL2) используются в учебном процессе СПГТИ для специальностей 170100.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались на семинаре в ОАО «ЦГМ «Ижорские заводы» (2002 г.), на семинаре ИПМАШ РАН 19.12.03 г.; на Международном семинаре «Ударные, вибрационные машины», ОрелГТУ, г. Орел (21-22.10 03); на кафедре "Горные машины и оборудование" МГГУ на конференции «Неделя горняка» 28.01.04 г., на научно-методическом совете УМО-горное (2003), межкафедральных семинарах ГЭМФ СПГТИ (2002, 2003, 2004).
Автор выражает искреннюю благодарность профессорам СПбГТИ (ТУ) Нагаеву Р.Ф., Тимофееву И.П., Маховикову Б.С., Кулешову А.А., Габову В.В. за консультации и помощь в работе над диссертацией, а также всем соавторам совместных исследований.
Разработка новых отечественных конструкций гидравлических бурильных головок
Как указано в [97] введение в действие второй ступени перспективных ГОСТов на подземные буровые станки и бурильные установки ставит перед отечественными машиностроительными предприятиями серьезную задачу повышения производительности оборудования. Решение этой проблемы в значительной степени зависит от результатов работ по созданию новых, более мощных пневматических бурильных головок.
В настоящее время зарубежные фирмы имеют возможность предложить заказчикам в зависимости от их требований несколько десятков различных моделей пневматических бурильных головок. Их параметры изменяются в широких пределах: диаметр цилиндра - от 89 до 162 мм, ход поршня - от 34 до 92 мм, частота ударов - от 27 до 56,7 с"1. Различное конструктивное исполнение имеет ударный механизм; так, фирмы «Тамрок» (Финляндия) и «Джой» (США) применяют бесклапанную схему воздухораспределения, фирма «Атлас Копко» (Швеция) подавляющее большинство своих бурильных головок оснащает для этой цели клапанами, фирмы «Гарднер Денвер» и «Ингерсолл Ранд» (США) используют в равной степени обе схемы воздухораспределения.
Подавляющее большинство зарубежных бурильных головок имеет независимое от ударника вращение буровой штанги; лишь фирмы «Атлас Копко» и «Гарднер Денвер» применяют в отдельных моделях геликоидальный стержень, обеспечивающий вращение в зависимости от хода поршня. Зарубежные модели бурильных головок рассчитаны на давление сжатого воздуха 0,56-=-0,7 МПа при его расходе, в зависимости от параметров бурильной головки, от 7,1 до 29,7 м3/мин.
В фирменных каталогах и проспектах не публикуются, как правило, значения энергии удара, но по имеющимся разрозненным сведениям она колеблется у различных типов пневматических бурильных головок от 1004-110 до 250+260 Дж, при этом ударная мощность изменяется от 4+5 до 10-ьПкВт. Существенно различаются эти бурильные головки и по своему весу — от 65 до 262 кг.
Отечественное машиностроение не может предоставить нашим горнодобывающим предприятиям такого широкого выбора моделей пневматических бурильных головок [98]. Выпускаемые в настоящее время бурильные машины ПК-60, БГА-1М, ПК-75 и 532.07 имеют энергию удара от 85-90 до 150-170 Дж при ударной мощности от 3,68 до 6,0 кВт. Это является одним из существенных сдерживающих факторов при создании подземного бурового оборудования, соответствующего по своему техническому уровню лучшим зарубежным аналогам.
В целях решения данной проблемы институтом Гипроникель [97, 98] разработан типаж пневматических бурильных головок, в соответствии, с требованиями которого созданы опытные образцы ГБП2, ГБПЗ (институтом ВНИПИрудмаш.) и М4 (Старооскольским механическим заводом). Испытания позволили определить, что вновь созданные пневматические бурильные головки ГБП2, ГБПЗ и М4 по своим основным показателям превосходят аналогичные отечественные и зарубежные модели.
В Гипроникеле разработан типаж гидравлических бурильных головок, реализация которого способствовала качественному изменению направления работ в данной области [97, 98]. Разработаны и изготовлены опытные образцы гидравлических бурильных головок ГБГ-120—300; ГБГ-230—300; ГБГ-ЗОО—500 (СКВ СГО), а также ГБГ6, ГБПО и ГБГ16 (ВНИПИрудмаш). Для объективной оценки эксплуатационно-технических показателей проведены исследовательские испытания названных образцов на полигоне института Гипроникель. Основные результаты полигонных испытаний гидравлических бурильных головок приведены в табл. 1.9.
Сравнение результатов испытаний различных бурильных головок показывает, что модели с относительно близкими по величине параметрами ударных узлов существенно отличаются достигаемой скоростью бурения [98]. В первую очередь, это можно объяснить конструктивными особенностями головок, определяющими эффективность разрушения горных пород (скорость соударения, соотношение энергии и частоты ударов, число ударов на один оборот и др.). Правомерность такого вывода подтверждают выполненные по результатам испытаний расчеты удельного расхода энергии для всех рассмотренных моделей. Установлено, что наибольшая величина этого показателя (0,47 -0,37 кВт -ч/м) у головок ГБГ-120-130 и ГБГ-230-300, которые по своим энергетическим параметрам превосходят бурильную головку ГБГ10, но значительно уступают ей по скорости бурения.
Определенный интерес представляет сравнение показателей бурения шпуров в условиях испытательного полигона пневматическими и гидравлическими головками, близкими по ударной мощности. При работе на номинальных режимах скорость бурения гидравлическими головками в 1,5ч-1,65 раза выше, чем пневматическими, а удельный расход энергии при этом ниже в 3,3-5-4 раза (как уже отмечалось, в реальных условиях обеспечить номинальный режим работы пневматических бурильных головок весьма сложно, зачастую невозможно). Гидравлические головки имеют, кроме того, несколько меньшую массу, чем пневматические.
В то же время, при полигонных испытаниях гидравлических бурильных головок, предназначенных для бурения шпуров, установлено, что их конструкция требует доработки с целью устранения выявленных недостатков. В частности, при работе головки ГБГ6 на всех режимах наблюдалась повышенная пульсация в рукавах линии слива, вызванная отсутствием в этой линии аккумулятора; у головки ГБГ10 имели место случаи заклинивания бойка ударника, одной из предполагаемых причин которых можно считать неудачно выбранную конструкцию уплотнительных манжет; у головки ГБГ16 нуждается в доработке конструкция золотника ударника. После необходимых доводочных работ и промышленных испытаний эти бурильные головки, показавшие наилучшие результаты по сравнению с другими моделями, могут быть рекомендованы к серийному производству.
Бурильная головка ГБГ-300-500 при одинаковых диаметре буровой коронки и глубине скважины показала в 1,4-5-1,6 раза большую производительность, чем пневматические ГБПЗ и М4 [97, 98]. При этом, как и для шпуровых бурильных головок, наблюдалось существенное (в 3,0-5-3,2 раза) снижение удельного расхода энергии.
Удар пневмоударника по абсолютно жесткой штанге «дребезг - квазипластический удар»
После соударения по длине штанги распространяется продольная упругая волна со скоростью а = I—, где Е - модуль Юнга, а р - объемная плотность [7, 8, 9, 11, 22, 66, 67 и др.]. Следовательно, общее время распространения этой волны равно Тт = lumJ—, где 1шпг- длина штанги. Известно, что если это время существенно меньше времени соударения Туд, то ударное взаимодействие между штангой и ударником можно описать теорией стереомеханического удара абсолютно твердых тел [66, 67]. Согласно этой теории, при таком соударении выполняется закон сохранения общего количества движения. Полагая, что штанга перед ударом неподвижна, можно написать mxV{+m2V; =m2V, (2.4)
Здесь mi и гп2 — массы штанги вместе с коронкой и ударника, V — доударная скорость ударника, Vt и F2+ - послеударные значения скоростей штанги и ударника. В соответствии с рекомендациями теории колебаний [11] массу штанги (mi) следует принимать равной одной трети ее длины (mi = тшт/3). Соотношение (2.4) следует дополнить известным уравнением восстановления относительной скорости ударника где R - коэффициент восстановления, зависящий от материала и формы соударяемых тел. Согласно [56] при соударении стальных тел R = 5/9. Решая систему двух линейных уравнений с двумя неизвестными, приходим к следующим выражениям для послеударных скоростей: (2.6) v; m2(l + R)V ml +m2 r . (m2-mlR)V г " ml +m2 При абсолютно упругом соударении общее энергетическое соотношение будет иметь вид: B = S)L+!!h nL+AA (2.7) 2 2 2
В левой части этого равенства стоит первоначальная кинетическая энергия ударника. Первое и второе слагаемое справа характеризуют послеударные энергии штанги и ударника. Что же касается последнего слагаемого, то оно определяет энергетические потери при ударе на пластические деформации, разрушение соударяющихся тел в зоне контакта и прочие. Потери энергии определяются по формуле: AA = l Rl т V (2.8) 2 т1+т2 Последующее разрушение породы осуществляется благодаря наличию послеударной кинетической энергии штанги. Поэтому, коэффициент полезного действия процесса ударного бурения определяется по формуле m2V /2 Отсюда при учете (2.6) окончательно получим „.«щоі )! а10) К+/и2) 53/81 I 49/81 25/ V N. Рис. 2.2. Зависимость КПД ударных систем от параметра \х = m/m2, для различных коэффициентов восстаноления при ударе
Отметим, что в работе [56] к полезной работе присоединяется также кинетическая энергия отскочившего после удара ударника. Поэтому там получены завышенные значения коэффициента полезного действия г\ (рис. 2.2), который определялся по формуле , \ + R2fi 1 =- \ + /л Графическое представление данных зависимостей при R = 5/9 приведены на том же рисунке 2.2 сплошной и штриховой линиями. График YYX зависимости коэффициента полезного действия г\ от параметра /и = — при R т2 = 5/9 приведен на рисунке 2.2 темной линией. Из графика видно, что максимальное значение r\ = 49/81 достигается при ц. = 1 (mi = m2). Таким образом, в данном случае масса поршня и штанги равны друг другу. Итак, согласно (2.10), коэффициент полезного действия с ростом R монотонно возрастает. Формула (2.10), однако, оказывается несправедливой в случае абсолютно неупругого соударения, когда R = 0. Действительно, в этом случае послеударные скорости равны: V =Vl =V =- — (2.11) тх + т2
Это означает, что после удара штанга и ударник «слипаются» и на разрушение горной породы работает их совместная послеударная энергия. Следовательно, коэффициент полезного действия в этом случае следует (в отличие от 2.9) определять по формуле (И+И)(0 /2 m2V /2 Отсюда, в следствии (8), будем иметь /и, 7о= — (2.13) тх +т2 Возникает вопрос: когда абсолютно неупругое (пластическое R = 0) соударение оказывается для бурения более эффективным, чем соударение не абсолютно упругое (0 R 1). Чтобы ответить на этот вопрос, положим го г. Раскрывая это неравенство при учете (2.10) и (2.13), получим m m lR + R2) (2.14) Отсюда видно, что абсолютно неупругое соударение будет более выгодным, если масса штанги mi мала.
Неравенство 2.14 является достаточным, но не необходимым условием большей эффективности абсолютно неупругого соударения ударника и штанги при бурении. Дело в том, что после пластического соударения ударник и штанга «слипаются», то есть, двигаются совместно. При этом гидравлическая сила Fraap=pS посредством штанги передается непосредственно на забой. Поэтому уравнение послеударного торможения ударника и штанги имеет вид fa+mj v-F -N (2.15) Здесь р — давление воздуха (жидкости); N - суммарная продольная сила сопротивления породы разрушению; v - скорость бурения. Дифференциальное уравнение (2.15) необходимо интегрировать при начальном условии t = 0, v = V согласно (2.11).
Если же соударение является не абсолютно упругим, то гидравлическую силу, действующую на отскочивший ударник, учитывать не следует, а (2.12) примет вид причем начальные условия имеют вид: t = 0, v = Vt согласно (2.6).
Предположим, что ударное взаимодействие между поршнем и штангой носит неабсолютно упругий характер (R 0). При этом коэффициент R весьма мал, так что неравенство (2.14) выполняется. Первоначальное соударение происходит в некоторый момент tyd, когда величина пневматической (гидравлической) силы положительна, то есть она направлена в сторону сближения штанги и поршня. В этом случае в последующем происходит дребезг, получивший название квазипластический удар [66]. Речь идет о последовательности повторных все учащающихся соударений убывающей до нуля интенсивности, которая за конечное время tap завершается «слипанием» ударника со штангой (рис. 2.3). 2m-,RV ._ ,_, » тфії 1,7 Здесь F - величина пневматической (гидравлической) силы. При этом, как показано в монографии [66], конечный результат движения будет таким же, или почти таким же, как если бы первоначальное соударение было пластическим (абсолютно неупругим) и поэтому повторные соударения отсутствовали совсем.
Лабораторные исследования двухмассовых ударников
Схема, представленная на рисунке 3.1 (а) имеет аналог: СУИП (стенд универсальный для исследования перфораторов, конструкции института Гипроникель [49]). Данный стенд позволяет с высокой степенью точности определить параметры и характеристики удара. В этой установке используется промышленный перфоратор, к штанге которого подключен тензодатчик. Здесь условия максимально приближены к реальной работе перфоратора и поэтому данный стенд предпочтительнее, но создание такого стенда достаточно трудоемкий процесс и требует относительно больших материальных затрат.
В работе Горина А.В. [30] рассматривается стенд для исследования гидроударника большой мощности, однако замеры основных параметров на этом стенде производятся датчиками давления, что невозможно при исследовании пневматических бурильных головок. Схема стендов показанная на рисунке 3.1 (в, г) имеет следующие недостатки: сложность проведения замеров наклеенными тензодатчиками или датчиками на основе пьезокристалов, конструкции придания ударнику начальной энергии в виде пружины или подвешенного шара не рациональны так, как требует больших габаритов установки и затруднительно получить фиксированную энергию удара.
Схема на рисунке 3.1 (б) представляет собой конструкцию из двух направляющих желобов и опор по которым перемещаются шарики 0 30 мм, и опоры на которой находится штанга 0 10 мм и поршень-ударник 0 10 мм. Более подробный чертеж представлен на рис.3.2.
Для передачи полной энергии удара необходимо, чтобы все соударяющиеся части были строго сориентированы в пространстве (имели одну продольную ось), это может быть выполнено следующими средствами:
1. вариант - центровка подвеской на нити. Соударяющиеся части (штанга, боек и ударник) подвешиваются к расположенной над соударяющимися телами рамке при помощи нитей. Недостатком является то, что соударяющиеся элементы совершают колебания в горизонтальной плоскости и устранить их невозможно.
2. вариант — центровка при помощи иглы. В центре стержней вдоль продольной оси сверлится отверстие, в которое вставляется направляющая игла и по ней движется боек.
3. вариант (принятый для проведения эксперимента) — центровка желобом. В желоб, как показано на рисунке 3.2, укладываются штанга, боек и ударник. Применялись два вида желоба: стеклянный и полимерный.
Использовались стержни диаметром 10 мм, длина которых выбиралась из соотношения масс по графику на рисунке 2.4: Ьшт=270 мм, Ьуд=71 мм, Ьб=9 мм. Методика проведения лабораторных исследований на установке, согласно рисунку 3.2, заключается в следующем.
Шарик 4.1 поднимается на высоту h, свободно скатывается по желобу и ударяет по ударнику 3, который передает часть удара бойку 2. Боек ударяется в штангу 1, отскакивает и снова ударяется об ударник и т.д. до тех пор, пока ударник, боек и штанга не соприкоснутся. В этот момент происходит "слипание" всех трех тел. Энергия удара от штанги 1 передастся шарику 4.2 и он откатывается на высоту hj.
Следующий этап исследования заключается в использовании вместо ударника с бойком сплошного ударника. Методика проведения второго этапа точно такая же, как и на первом этапе. Шарик 4.2 при этом откатится на высоту Ъг. Зная разность высот 1 и hi можно найти приращение высоты (энергии, передаваемой в забой) при использовании двухмассового поршня-ударника.
При возникновении эффекта дребезга должно наблюдаться увеличение Лудара на 20ч-50 %. Из-за малой массы бойка, большого сопротивления воздуха и большой силы трения значения, полученные экспериментально, и теоретические данные значительно различаются. Эффект дребезга в данном случае четко зафиксировать не удается.
На рис. 3.3 и рис. 3.4 по оси Y отложено расстояние в делениях, на которое поднимется шарик 4.2. Одно деление равно 5 мм. Как видно из рис. 3.4 при замене бойка-цилиндра на боек-шарик, энергия, передаваемая шарику 4.2, увеличилась (позиции "боек в виде шарика а = 1 мм" и "боек в виде цилиндра а = 1 мм"). Энергия, передаваемая шарику 2 зависит от расстояния от бойка до торца штанги. Чем больше это расстояние, тем меньше энергия удара передается штанге (позиции "боек в виде цилиндра а = 1 мм" и "боек в виде цилиндра а = 5 мм"). Но при этом энергия при ударе двухмассовой системы оказалась меньше, чем от удара сплошного ударника. Как видно из рисунка 3.4, энергия при ударе двухмассовой системы по зафиксированной штанге оказалась близкой, а в некоторых испытаниях даже наблюдалось превышение энергии удара сплошным ударником (позиции "боек в виде шарика а =1 мм " и "большой ударник").
При сравнении результатов лабораторных исследований, показанных на рисунках 3.3 и 3.4, могут быть сделаны выводы, что энергия удара сплошного ударника и двухмассовой системы при ударе по зафиксированной штанге приблизительно равны, однако, визуально оказалась трудно оценить расстояние с большой точностью. Для избежания погрешностей измерений необходимо повысить качество измерения посредством использования датчиков, фиксирующих прохождение ударного импульса по штанге.
Для этого в лаборатории общественного пользования "Динамика" при кафедре "Теория упругости" Сі 11 У был разработан и создан стенд, позволяющий точно регистрировать параметры ударного импульса с помощью пленочных пьезодатчиков. Подробнее эта установка рассмотрена нарис. 3.5.
Для моделирования процессов соударения ударника со штангой с параметрами подобными тем, что возникают при работе перфоратора, была создана установка, блок-схема которой представлена на рис. 3.5. Разгон стального поршня (2) осуществлялся за счет импульсного магнитного поля соленоида (Ь),размещенного на трубе из нержавеющей стали (1), на конце которой был закреплен стальной стержень (3) с диаметром равным диаметру поршня.
Импульсное магнитное поле в соленоиде возбуждалось при разряде конденсаторной батареи (С) через тиристор (7), при подаче управляющего импульса напряжения с генератора (6). Скорость поршня могла меняться за счет изменения напряжения заряда конденсатора. Разгон поршня осуществлялся на дистанции 5-г8 см. Измерение скорости осуществлялось электроконтактным методом через окна (8). Погрешность измерений не превышала 2 % [89, 90].
Исследование экономической эффективности использования буровой техники
Термином «нововведение» применительно к промышленному предприятию обозначается мероприятие научно-технического прогресса (механизация, электрификация, автоматизация, модернизация технических средств или замена их принципиально новыми, применение в производственном процессе более совершенных веществ и материалов, а также совершенствование организации производства и труда), направленное на повышение эффективности производства. Таким образом, модернизация буровой техники и является именно таким нововведением. В дальнейшем будет использоваться аббревиатура ССБ (совершенствование средств бурения).
Реализация нововведений или ССБ в производстве решает не только чисто технические, организационные и экономические задачи, но также социальные и экологические, к которым относятся: улучшение условий труда, повышение уровня его безопасности и комфортности, утилизация отходов производства, повышение уровня экологической безопасности и т.д. Решение хотя бы одной из указанных задач делает реализацию нововведения экономически и социально эффективной.
Решение о целесообразности реализации нововведения (организационно-технического решения) принимается на основе экономического эффекта, исчисленного за расчетный период (так называемого интегрального экономического эффекта).
Интегральный экономический эффект представляет собой превышение суммарных за расчетный период результатов от реализации нововведения над затратами на его осуществление. При этом как результаты, так и затраты приводятся к одному периоду времени, т.е. дисконтируются:
В качестве результатов рассматривается сумма поступлений денежных средств в виде прироста прибыли и прироста амортизационных отчислений.
Под эффективностью нововведения понимается соотношение эффекта и вызвавших его затрат. В основу оценки эффективности положены следующие основные принципы: - рассмотрение нововведения на протяжении всего срока его реализации и функционирования (жизненного цикла); - моделирование денежных потоков, включающих все связанные с осуществлением нововведения денежные поступления и расходы за расчетный период; сопоставимость условий сравнения различных вариантов нововведений; - принцип положительности и максимума эффекта — эффект от реализации нововведения должен быть положительным; при сравнении нескольких альтернативных вариантов предпочтение должно отдаваться варианту с наибольшим эффектом; - учет фактора времени; - учет только предстоящих затрат и результатов — ранее созданные ресурсы, используемые при реализации нововведения, оцениваются не затратами на их создание, а альтернативной стоимостью, исходя из наилучшего возможного их использования. Прошлые затраты, не обеспечивающие возможности получения альтернативных доходов в перспективе (т.е. получаемых вне данного нововведения), в денежных потоках не учитываются и на значение показателей эффективности не влияют; оценка эффективности мероприятия должна производится сопоставлением ситуаций «с нововведением» и «без нововведения», а не «до нововведения» и «после нововведения»; - учет всех наиболее существенных последствий; - учет влияния на эффективность потребности в оборотном капитале (с учетом «устойчивых» пассивов; - учет влияния инфляции на изменение цен на различные виды продукции и ресурсов в период реализации нововведения; - учет влияния неопределенностей и рисков, сопровождающих реализацию нововведения.
Показатели экономической эффективности инвестиций В качестве показателей, используемых для расчетов эффективности, приняты: чистый дисконтированный доход; индекс доходности инвестиций; срок окупаемости инвестиций; внутренняя норма доходности; показатели, характеризующие эффективность использования трудовых, материальных и природных ресурсов. Чистый дисконтированный доход (ЧДД) - накопленный дисконтированный эффект за расчетный период. Он характеризует превышение суммарных денежных поступлений над суммарными затратами для данного нововведения с учетом фактора времени.
