Введение к работе
Актуальность темы. Существенный вклад в исследования по технологии шарошечного бурения на карьерах и разработку шарошечных буровых станков внесли Н. В. Мельников, Б.А. Симкин, А.Ф. Суханов, П.П. Назаров, Б.Н. Кутузов, Н.Я. Репин, В.Д. Буткин, Г.М. Водяник, P.M. Эйгелес, А.А. Жуковский Н.И. Терехов, Ю.А. Петров, Е.А. Русаков, Г.М. Егоров, Л.Н. Кантович, Б.С. Маховиков, К.Г. Асатур, О.В. Кабанов, С.Г. Зарицкий. На настоящий момент в связи с тем, что большинство шарошечных буровых станков работающих на горных предприятиях нашей страны отработало свой ресурс. Необходимо обновление парка буровых станков. Вращатель бурового станка является основным агрегатом, определяющим мощность бурового станка и воспринимающим нагрузки, возникающие при разрушении породы. Работы по проектированию новых и усовершенствованию существующих приводов вращателей буровых станков для открытых горных работ обеспечивающие повышение надежности за счет использования современного гидрооборудования, анализа динамики вращателя и способов снижения динамических нагрузок на основе математического моделирования и стендовых испытаний на стадии проектирования, являются актуальными.
Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю доц. О.В. Кабанову, проф. Б.С. Маховикову, проф. К.Г. Асатуру, Д.В. Иртуганову, преподавателям и сотрудникам кафедры РСУ за внимание и помощь в проведении работы.
Цель работы. Целью исследования является повышение надежности работы станков шарошечного бурения с безредук-торным гидравлическим механизмом вращения буровой колонны, сокращение затрат на бурение и улучшение условий труда путем снижения динамических нагрузок во вращателе бурового станка.
Задачи исследования:
разработать математическую модель вращательного меха низма станка с безредукторным гидроприводом.
создать пакет компьютерных программ для исследованю динамических характеристик гидрофицированного механизм: вращения.
методами компьютерного моделирования построить дина мические характеристики и определить параметры, сущест венно влияющие на качество переходных процессов при ра боте механизма вращения.
разработать способы снижения динамических нагрузок і механизме вращения.
получить экспериментальные динамические характеристик! на стенде и показать адекватность разработанной математиче ской модели опытному стенду.
произвести оценку изменения надежности за счет сниженш динамических нагрузок.
Методика исследования включает использование матема тического анализа, методов теории авторегулирования, ком пьютерного моделирования процессов происходящих в эле ментах механизма вращения буровой колонны, а также экспе риментальные исследования на стенде для испытаний враща тельно-подающих механизмов буровых станков, разработан ном на кафедре РСУ, обработку результатов полученных ні стенде и их сравнение с теоретическими на основе теории по добия и обработки экспериментальных данных.
Личное участие автора в получении научных результа тов, изложенных работе, заключалось в анализе и обобщенш научного и производственного опыта шарошечного бурения, і анализе формирующихся на долоте нагрузок, составлении математических моделей вращателя станка, разработке способої улучшения динамических характеристик привода, анализе результатов эксперимента и оценки надежности привода пр* снижении нагрузок предложенными способами.
Научная новизна.
Показано что вращательный механизм бурового станка, ;набженный безредукторным объемным гидроприводом, как збъект управления является колебательным устойчивым зве-
iOM.
Научно обосновано, что в случае применения объемного "идропривода, соединения валов электродвигателя с насоса и "идродвигателя с буровым ставом должны быть жесткими. Применение упругих элементов приводит к снижению надежности механизма.
Показано, что при применении гидропневмоаккумулятора ямеется зона оптимальных настроек, обеспечивающая минимум амплитудных колебаний давления и момента на валу электродвигателя.
Установлено, что в случае применения объемного гидропривода с «мягкими» характеристиками можно обеспечить минимум динамических отклонений давления и момента, а скорость бурового става оставить на заданном оптимальном уровне для определенных горнотехнических условий.
Достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждается современным уровнем георетических и достаточным объемом экспериментальных исследований, адекватностью разработанных математических моделей натурному стенду для исследования динамики шарошечных буровых станков.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
Разработаны рекомендации, позволяющие упростить конструкцию механизма вращения бурового станка за счет устранения упругих элементов и редуктора.
Предложена методика выбора параметров гидропневмоаккумулятора обеспечивающая минимум динамических забросов давления и момента.
Разработан способ снижения динамической нагруженности станка за счет смягчения динамических характеристик гидропривода вращателя. Использование устройства обеспечиваю-
щего мягкие характеристики гидропривода позволяет получить минимальные динамические отклонения его параметров давления и момента и получить зону рабочих режимов, удовлетворяющую заданным режимным параметрам.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых и студентов в 1998, 1999 г.г. (Санкт-Петербург. СПГГИ).
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 5 печатных работ в сборниках научных трудов.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работг состоит из введения, 4 глав, заключения и основных выводов, приложений, списка литературы, включающего 62 наименования, изложена на 137 страницах машинописногс текста, включает 47 рисунков и 6 таблиц.