Введение к работе
Состояние проблемы и актуальность темы. Выполнение многих технологических операций в горном деле, строительстве, в промышленности строительных материалов, в металлургии и многих других отраслях народного хозяйства связаны с ударной обработкой и разрушением различных материалов. В одних случаях такие операции выполняется периодически или единовременно, а в других случаях - составляют самостоятельное звено технологического цикла.
Первый случай характерен для строительства и металлургии, где необходимость ударного разрушения материалов возникает при выполнении ремонтно-восстановнтельиых работ, реконструкции дорог и других строительных сооружений. Технологические процессы, основанные 4а применении ударной обработки материалов, в основном встречаются з горном деле и используются при добыче полезных ископаемых и нерудных материалов.
Наиболее распространенными техническими средствами реализации технологий, основанных на применении удара являются разнообразные машины ударного и нрагадтельно-ударного действия. Из всего разнообразия машин ударного действия наибольшее распространение в практике получили пневматические машины ударного действия, что достигнуто благодаря фундаментальным и прикладным исследованиям П.М. Ала-5ужева, Е.В. Александрова, О.Д. Алимова, А.И. Бажала, И.А. Бегаго->на, Е.В. Герц, В.Ф. Горбунова, Н.Н. Есина, К.И. Иванова, Н.А. Слушнна, А.Д. Костылевн, В.Б. Соколинского, Б.В. Суднишникова, (.К. Тупицына, А.И. Федулова, выполненными в ИГД СО АН СССР, В [омском политехническом институте, ИГД им. А.А.Скочинского, в институте ЦНИИподземмаш и во многих.других организациях. Научная методология анализа и синтеза ударных механизмов, разработанная в >тих работах находит применение при проектировании машин ударного іействия с другими видами привода.
Проводились также исследования и опытно-конструкторские работы ю созданию машин ударного действия с электрическим приводом. Оп-юделенный вклад в развитие этого направления внесли П.М. Алабу-(ев, О.Д. Алимов, Х.И. Абрамсон, Н.М. Батуев, А.В. Фролов, И.А. їолгожин, Н.П. Ряшенцев, Б.Г. Гольдштейн, АЛ. Малов и другие, їлагодаря их работам созданы и сейчас успешно эксплуатируются ілектрические молотки, используемые в ісзчестве строительного ипс-
- 4 -труыснта, разработаны мощные высокоэнергетические электромагнитные молоты для машиностроения и строительства.
Многолетняя практика эксплуатации пневматических и электрических машин ударного действия показала, что эти машины имеют свои области применения и будут тлеть в дальнейшем важное значение в практике. В то же время в практике строительства, горного дела и металлургии встречаются технологические операции, для выполнения которых применение пневматических и электрических машин ударного действия ограничено в силу трудности реализации в них больших мощностей .
Поиск более совершенных путей развития импульсных технологий привело к созданию в 60-х годах нового научно-технического направления, основанного на применении ударных и вращательно-ударных машин о гидравлическим приводом. Развитию этого направления, в приложении к буровой технике в эиачителыюи степени способствовали работы, выполненные в институте КузЩІУИ, где была рааработана конструкция гидравлического ударного механизма. Здесь же была сделано первое научное обобщение в виде кандидатской диссертации А.Н. Белана, выполненной под руководством О.Д. Алимова.
В те же годы работы по созданию гидравлических ударных машин для строительства и горного дела были начаты в институте ВНИИст-ройдормаш, в Карагандинском политехническом институте и в НИЦ "Импульс" АН Республики Кыргызстан, где были созданы и опытные образцы бурильнім и отбойных машин для строительства и горного дела.
Исследорания и опытно-консгрукторские работы по созданию гидравлических ударных механизмов показали, что с их помощью возможно решение проблемы генерирования ударных импульсов большой мощности.
Развитие данного направления привело к созданию как буровой, так и мощной отбойной техники с гидравлическим приводам, прежде всего исполнительного органа, имеющего самостоятельное конструктивное оформление и обозначенного в мировой практике термином гидравлический молот. Появление отбойной техники с гидрзвлическим приводом позволило механизировать или найти более дешевые способы выполнения ряда технологических операций в строительстве, горном производстве и в металлургии, выполнение которых в большинстве олучаев невозможно с применением ударных механизмов, использующих другие виды энергоносителей.
Таких! образом, отбойные машины с гидравлическим молотом имеют
весьма широкую область применения, и потребность практики П ЭТ1И машинах растет. Об этом сгшдетельетвут таг*^ и тот Факт, что ПРОИЗВОДСТВОМ И'СбНТОМ ЭТОЙ ТЕХНИКИ ЄЯШ1МПЄТСП ВСЄ ТОЗра0ТПЮІ",ЄЄ количество фирм в мире. В частности, и настилал лрмп известно более 30 фирм-разработчиков, которыми созданы и поставляются на мировой рынок огяло ?Жі моделей гидравлических молотов.
Аналогичные работы выполнялись и в странах СНГ. В частности, работы по созданию и ооверт>чіоглонашп') конструкций гидравлических молотов выполняются в институте ВШШСтройяормал; (г.Москва), в Красноярском филиале я того института, Карагандинском политехническом институте, Сибирском ачтодоромном институт" (г. Омск), и институте гидродинамики СО Российской Академии наук (г.Новосибирск) , кяторнми созданы и апробированы более "!ї моделей.
Серийно на заводях в виде промышленных партий производится 'три модели молотой двух типоразмеров. Так, ПО "Красный экскаватор" производит гидромолоты типа ГИМ-120 и ГІІМ-300Л для экскаваторов, соответственно, II и її размерных групп. Для акокаватороп III размерной группы Калининским экскаваторным заводом производится гидромолот типа СТІ-71 по параметрам'и по конструкции близішй к гидромолотам типа ГПМ-300А. Вместе о тем, выпуск этих машин не удовлетворяет потребности различных отраслей производства. Не налажено серийное производство этих машин для широкого применения в горном деле, строительстве и металлургии. Потребности этих отраслей производства частично восполняются за счет экспортных поставок отбойной техники ведущих зарубежных фирм, которая не может естественно решить всей проблемы.
Таким образом, гидравлические молоты имеют широкую область применения, которая все больше расширяется. Следовательно можно заключит!, что создание гидравлических молотов для отбойных машин и освоение их промышленного производства является актуальной проблемой, которая нуждается в скорейшем решении.
При формировании данной работы мы полагали, что при современном состоянии проблемы, характеризующемся необходимостью создания конкурентоспособной конструкции гидравлических молотов, наиболее актуальными являются вопросы, связанные с выбором схем ударных механизмов, совершенствованием методов проектирования этих машин, разработкой новых конструктивных решений, позволяющих обеспечить новые качества.
основний цедыр настоящего обобщения является, таким образом, разработка рекомендаций по выбору схем, совершенствование и дальнейшее развитие прикладной теории и методов проектирования гидравлических виброударнич механизмов о пнеьмоупругой связью, создание конструкции гидравлических молотов для различных областей их применения .
Основные задачи решаемые в настоящей работе можно представить следующим образом:
анализ и выбор конструктивных схем гидравлических молотов и выявление перспективных конструктивных решений;
разработка методики выбора параметров гидравлических ударных механизмов с пневмоупругой связью;
построение математической модели гидравлических виброударных систем, разработка методики и исследование динамики рабочих процессов и основных характеристик гидравлических ударных систем;
выполнение экспериментальной проверки основных результатов исследований с использованием в качестве стендов гидравлических молотов, создаваемых для практического применения:
апробация полученных результатов при создании опытных и образцов и партий гидравлических молотов, их проверка в промышленных условиях и внедрение в практику,
Основные научные положения и методы исследования. В работе использовал метод анализа конструктивных схем гидравлических ударных механизмов, используемых при создании молотов и их конструктивных особенностей, результаты которого были использованы при проектировании конструкций молотов.
Разработанная методика выбора параметров ударных механизмов базируются на известных положениях, о целесообразности и возможности создания рассматриваемых систем в соответствии с концепцией рационального рабочего процесса, предполагающего формирование кусочно-постоянного периодического силового воздействия на подвижную массу при постоянном давлении жидкости в напорной и сливной магистралях гидросистемы и газа в нневмокзмере. Это позволили сформировать модели изучаемых систем в виде уравнений, имеющих аналитические решения и представленных в виде расчетных соотношений, конкретных рекомендаций по проектированию и результатов анализа.
Численные методы анализа математической модели рассматриваемой системы и реализуемые с помощью ЭВМ, используются для выявления
закономерностей динамики рабочих процессов о учетом параметров, характеризующих реальную систему. При нтонеримецтальнмх иослелова-ниях гидравлических мо.чпгор, иоп<>.>ч.ну'"-<мх в качестве стендов, но-польаовач метод осреднечных характеристик ударных механизмов. Научная новизна работы заключается в:
развитии рпздепоп прикладной теории гидравлических удгірішх механизмов о пневмоурругой связью;
ічіянлении характерных признаков гидравлических ударных механизмов, используемых в отбойных машинах и в обосновании критериев оценки их совершенства;
совершенствовании математической молили гидравлических виб-роударнмх систем и исследовании о »р помощью динамики рабочих процессов, в разработке пакета програм для реализации предложенного алгоритма на IBM - совместимых персональных компьютерах:
установлении возможности возникновения неустойчивых режимов работы гидравлических ударных механизмов с позиционной обратной связью и выявлении условий, при которых ати режими возможны;
разработке алгоритма проектиропанил гидравлических ударных механизмов с пневмоупругой связью, реализованной в виде программы на IBM совместимых персональных компьютерах;
выявлении диапазонов выбора параметров сосредоточенных упру-гостей в составе гидравлических ударных механизмов, при которых обеспечивается устойчивые режимы их работы;
Практическая ценность и реализация результатов работы. Основ-ными практическими результатами работы можно считать выявление перспективных конструктивных решений и основных тенденций, проявляющихся при проектировании молотов, разработку основных расчетных соотношений и рекомендаций по проектировании) гидравлических молотов, апробацию предложенных рекомендаций и подходов к проектированию и расчетных зависимостей при создании новых конструкций гидравлических молотов.
Результаты исследований использовались в Института машиноведения ЛИ Республики Кыргызстан с участием автора ряда конструкций гидравлических молотов: "Импульс 4-ТО". "Импульс 100/10", "Импульс 40", "Импульс 130". "Импульс 300".
Опытные образцы созданных гидравлических молотов прошли промышленные испытания и чксплуатирогалиоь на объектах гражданского и гидротехнического 1'тр:'птельства, при ремонте металлургических пе-
- ь -
чей, no |)BbyjiLfai;-iM которых рекомендованы к промышленному освое-іиш. Гидравлический молоти типа "Импульс 40", "Импульс. 130" и "Импульс ЖП" ьшіуоксіїо'гсіи в виде опытной партии па опытном проиаьодс-тве Института м;ііііиноьєдєшш АН Республики Кыргывстан и поставляются на горние, металлургические предприятия и строительные объекты России, Украины, Начальная партий на ЗМ обраацов (иа 10 предусмотренных контрактом) поставлены и Германию.
Об-рааци и техническая документации молотов были переданы по контракту фирме "Гидропробииная техника" (г. Русе, Болгарии). По полученной документации фирма "Гидропробивнан техника" с 1989 года изготавливает эти молоты, которые эксплуатируются в Колі'арии и в Других странах мира. Кроме того, по полученной методике этой фирмой был раараоотан тппоравмерпый ряд молотой "Импульс", охватывающий диапазон энергий удара от lbQ до 3500 Да.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на
Всесоюзны* конференциях но итерационной технике (Одесса, 1982 г., Телами, 1984 г., Тбилиси, 1987 г.), Республиканской научно-технического семинара "Ударные процессы в технике" (г. Фрунзе, 1988 г.), на заседаниях технического Совета Министерства строительно-дорожного и коммунального машиностроения (г1. Москва, 1984, 1986 г.), на заседаниях Ученого Сонета Института машиноведения АН Республики Киргизстан (г. Бишкек, 1981-1992 гг.).
По результатам исследований опубликованы \Ь работ, в том числе получено ?. авторских свидетельства на изобретения.
Структура и обч.ем диссертации. Диссертация состоит ив введения, 6 глав, ваклмчения, приложений и содержит 2SC) страниц машинописного текста, 100 рисунка;) и библиографии иа 196 наименований.
Автор благодарит академика АН Республики Кыргызстан О.Д. Алимова и академика Международной инженерной Академии П.А. Басова которые (««щипали постоянную консультации.) при выполнении исследований и подготовке данной работы, К. УсуСалиена, А.Ф. Коршунова, С.С. Иокенова, Л.11. Веселова, К.Р. Уоманова, СИ. Квитко, Iі.Н. Ко-лоднжного П.Г. Миронова, С.Л. Бскмураяена, B.C. Пултаналиева специалистов Института машиноведения ЛИ Республики Кыргызстан и других организации аа сотрудничество и окапанную на различных стадиях подготовки данной работы помощь.