Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальность темы, состояние вопроса, цели и задачи исследования
1.1. Способы разрушения строительных горных пород, обоснование эффективности разрушения пластичным веществом 8
1.2. Анализ конструкций пневмоударных машин 16
1.3. Цели и задачи исследований 25
Глава 2. Исследования процесса разрыва стенок шпура пластичным веществом
2.1 Поведение пластичного вещества в шпуре при ударных нагрузках 27
2.2 Экспериментальная оценка соотношения между энергией удара, максимальным давлением в столбе пластичного вещества и его размерами 31
2.3 Расчетная оценка энергии удара, необходимой для образования начальной трещины 33
2.4 Факторы, влияющие на направленность разрыва и энергию удара, необходимую для образования трещины в породе 41
Выводы 47
Глава 3. Разработка пневмоударной машины для разрыва строительных горных пород пластичным веществом
3.1. Обоснование выбора типа машины, конструкция, стратегия расчета 49
3.2. Расчет мембранного узла 53
3.3. Предварительная оценка значений основных конструктивных параметров мембранного пневмомолота 60
3.4. Математическая модель динамики пневмомолота 54
3.5. Инженерный расчет 78
Выводы 81
Глава 4. Лабораторные и полевые испытания
4.1. Экспериментальные исследования узлов мембранной пневмоударной машины в лабораторных условиях 85
4.2. Полевые исследования процесса разрушения гранита 86
Выводы 96
Заключение 97
Список используемых источников 98
- Анализ конструкций пневмоударных машин
- Экспериментальная оценка соотношения между энергией удара, максимальным давлением в столбе пластичного вещества и его размерами
- Факторы, влияющие на направленность разрыва и энергию удара, необходимую для образования трещины в породе
- Предварительная оценка значений основных конструктивных параметров мембранного пневмомолота
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в России интенсивно развивается промышленность природного камня, что связано с возрастающей потребностью использования его в строительстве и архитектуре. Основные затраты в камнепроизводстве ложатся на добычные работы. В настоящее время природный камень добывают в основном буровзрывным, камнерезным и буроклиновым способами. Этим технологиям в разной степени свойственны известные недостатки - значительные потери и повреждения камня, высокая себестоимость продукции, большая трудоемкость работ. В последние годы в практику внедряется, разработанный коллективом ученых ИГД СО РАН под руководством д.т.н. Чернова О.И. - метод добычи блоков с использованием ориентированного гидроразрыва, однако его применение затруднительно в трещиноватых породах. Попадая в случайные трещины, жидкость легко меняет направление разрыва, образуя неровные поверхности. В этом отношении перспективным является создание магистральных трещин в породе путем ударного внедрения инструмента в шпур, заполненный пластичным веществом. Благодаря высокой вязкости пластичное вещество игнорирует случайные трещины и распространяется по магистральной, обеспечивая качественный разрыв камня.
Первые предложения по разрушению твердых пород ударным воздействием через пластичное вещество в шпуре сделаны в ИГД СО РАН д.т.н. Кю Н.Г. Различные варианты этого способа защищены патентами, однако, широкого практического признания данное направление пока не получило. В известной мере это обусловлено недостаточной изученностью особенностей ударного воздействия на породу через столб пластичного вещества, а также отсутствием специализированных устройств для промышленного использования метода. Поэтому задача его развития и совершенствования весьма актуальна.
Цель диссертационной работы состоит в обосновании и разработке технических средств, обеспечивающих применение метода направленного разрыва природного камня ударным воздействием через пластичное вещество в шпуре.
Основная идея работы заключается в осуществлении направленного разрыва породы ударным воздействием через пластичное вещество клиновидным инстру- ментом без применения дополнительных средств для образования концентраторов напряжений.
Задачи исследования:
Экспериментально определить особенности передачи энергии удара инструмента на стенки шпура через пластичное вещество и разработать расчетную схему оценки энергии удара, необходимой для образования трещины в породах камня.
На основе экспериментов выявить основные факторы, определяющие направленность разрыва.
Обосновать тип ударной машины для воздействия на рабочий инструмент, исследовать особенности работы ее базовых узлов, на основе моделирования динамики ее привода сформулировать последовательность инженерного расчета.
Испытать опытный образец ударного устройства в лабораторных условиях и провести полевые испытания нового метода направленного разрыва на крупногабаритном гранитном блоке.
Методы исследований. Стендовые эксперименты на физических моделях и образцах, математическое моделирование динамики ударного устройства, обработка и анализ результатов, лабораторные испытания и полевые эксперименты.
Основные научные положения:
Ударный импульс давления в каждом поперечном сечении столба пластичного вещества уменьшается по мере удаления сечения от передней кромки инструмента по экспоненциальному закону. Энергия удара, необходимая для образования трещины в породе, при воздействии инструментом через пластичное вещество в шпуре, пропорциональна площади поперечного сечения шпура, квадрату предела прочности на растяжение породы и возрастает с увеличением длины шпура, экспоненциально приближаясь к предельному значению.
Ударное воздействие клинового рабочего инструмента на стенки шпура через пластичное вещество обеспечивает направленный разрыв породы, ориентированный по передней кромке клина, причем направленность разрыва ухудшается с уменьшением угла заострения клина ниже 40 и с понижением вязкости пластичного вещества. С увеличением угла заострения клина требуемая для образования тре- щины энергия удара снижается.
3. В базовом узле пневмомолота с кольцевой мембраной без жесткого центра, работающей с наибольшим суммарным прогибом, увеличение отношения радиуса ограничительной поверхности ударника к радиусу защемления мембраны вызывает уменьшение кинетической энергии, сообщаемой ударнику. Для обеспечения экономичного рабочего цикла мембранного пневмомолота при конструктивно предпочтительных соотношениях между массами и рабочими площадями ударника и золотника (соответственно 87,5 и 2,8) необходимо, чтобы значение безразмерного комплексного параметра /?, отражающего соотношение между массой, рабочей площадью, ходом ударника и рабочим давлением энергоносителя, находилось в пределах 408-412.
Достоверность научных положений подтверждена сопоставлением теоретических и экспериментальных исследований на физических моделях, натурных образцах и в реальных условиях.
Научная новизна заключается в следующем:
Установлена закономерность распределения давления по длине столба пластичного вещества, при ударном нагружении и раскрыта взаимосвязь между значением энергии удара, при котором начинается образование трещины в массиве природного камня, размерами шпура, свойствами породы и пластичного вещества.
Экспериментально доказано, что ударное воздействие клинового инструмента через пластичное вещество в шпуре обеспечивает направленный разрыв камня вдоль передней кромки клина. Установлено влияние угла клина и вязкости пластичного вещества на качество разрыва.
Получены расчетные зависимости для определения эффективной площади кольцевой мембраны без жесткого центра, являющейся основным элементом пневмопривода молота гравитационного типа. Исследована динамика и определены соотношения конструктивных параметров устройства, обеспечивающие рациональный режим его работы.
Личный вклад автора заключается в постановке и проведении экспериментов по исследованию процесса направленного разрыва горной породы через столб пла- стичного вещества; в обработке и интерпретации экспериментальных данных; в разработке конструкции мембранного пневмомолота и технических решений устройств для образования направленных трещин в шпурах породы.
Практическая ценность. Полученные результаты составляют основу для разработки технологического процесса создания направленных трещин в массиве природного камня для отделения монолитов и их пассировки.
Реализация работы в промышленности. Результаты работы приняты ИГД СО РАН для изготовления технических средств и дальнейшей реализации направленного разрыва природного камня на карьерах.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись на 3-й международной научно-практической конференции, ИГД СО РАН, Новосибирск, 2003; докладывались на научных симпозиумах "Неделя горняка" (МГГУ, Москва) в 2004, 2005 и 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, в том числе три патента на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Содержит 103 страницы машинописного текста, включая 53 рисунка, 12 таблиц и список литературы из 81 наименования.
Работа выполнялась в период 2001-2006г. в ИГД СО РАН в лабораториях: вибротехники, механизации горных работ; при содействии лаборатории подземной разработки рудных месторождений.
Автор благодарен д.т.н. проф. Б.Н. Смоляницкому, д.т.н. Н.Г. Кю, д.т.н. проф. В.И. Денисову, оказавшим внимание и поддержку при выполнении работы.
Особую благодарность автор выражает к.т.н. A.M. Петрееву за существенную научную помощь в работе.
Анализ конструкций пневмоударных машин
Ударный способ разрушения горных пород пластичным веществом характеризуется импульсной передачей нагрузки в системе: рабочий инструмент - пластичное вещество - порода. Инструмент, как правило, имеет вид цилиндрического стержня с заостренным торцом. Его диаметр d и длина L определяются размерами шпура и находятся в пределах / = 32-46лш, = 500-2000лш (в зависимости от технологиче- ской операции). Приложение ударной нагрузки к инструменту может осуществляться через свободный торец или его боковую поверхность.
В настоящее время специальной ударной техники для реализации метода разрушения горных пород пластичным веществом не существует. В горной и строительной промышленности широко распространены пневматические ударные машины, достоинствами которых является простота конструкции, низкая стоимость изготовления, несложность в обслуживании и эксплуатации. Ниже рассмотрены конструкции наиболее известных пневмоударных машин, используемые для забивания в грунт длинномерных элементов (труба, шпунт, швеллер и т.п.), выделены основные особенности, достоинства и недостатки.
Разработанные в ИГД СО РАН пневмоударные машины серии ПУМ (ПУМ-1, 2, 3, 65 и др.), [28-34] применяются для забивки в грунт стержней диаметром до 65мм . Машины ПУМ-1, 2 (рисунок 1.2.1) обеспечивают торцевое приложение ударной нагрузки; машины типа ПУМ-3, 65 (рисунки 1.2.2 и 1.2.3) и др. передают ударную нагрузку через боковую поверхность стержня. Они содержат ударный узел и зажимное приспособление, соединяющее машину со стержнем.
Ударный узел ПУМ-1, 2 включает корпус 1, ударник 2 и наковальню 3 с каналами Г, К, соединяющими камеры прямого А и обратного В хода. ПУМ-1 снабжена пневматическим мембранным зажимным механизмом 4, ПУМ-2 - зажимным патроном 4. С помощью зажимных устройств машины неподвижно устанавливаются на свободный торец забиваемого стержня 5. Работа этих машин ясна из приведенных рисунков. Отличительной особенностью машин типа ПУМ-3 (рисунки 1.2.2 и 1.2.3) является наличие в их конструкции сквозного осевого канала, позволяющего помещать в нем забиваемый стержень. Такая компоновка машин обеспечивает забивание длин номерных стержней с малой продольной жесткостью, и создает удобство в эксплуатации.
Недостатком машин со сквозным осевым каналом является значительная потеря ударного импульса в зажимном устройстве. Кроме того, опыт эксплуатации этих машин показал быстрый износ заклинивающих элементов зажимных механизмов.
В ИГД СО РАН накоплен большой опыт горизонтального забивания стальных труб (диаметром до 300 мм) в грунт машинами для пробивания скважин в грунте -пневмопробойниками ИП-4603, СО-134 [35] (рисунок 1.2.5). Для этого их снабжают специальными самозаклинивающими насадками, которые жестко соединяют забиваемую трубу с машиной и передают ударный импульс.
К недостатку работы пробойников, относятся потери энергии ударника, при прямом ходе, идущие на сжатие воздуха в камере обратного хода, что отрицательно сказывается на процессе забивания труб. Кроме того, несовершенством конструкции является, наличие радиальных окон в ударнике, вследствие чего, в этой зоне возни кают концентрации напряжений при прохождении ударной волны, что ведет к разрушению ударника.
При поиске новых технических решений с целью повышения удельной энергии удара и надежности конструкции в лаборатории механизации ИГД СО РАН созданы пневмоударные машины (пневмомолоты) "Тайфун" для забивания стальных труб и проката [36,37]. Конструктивная схема пневмомолота "Тайфун" изображена на ри сунке 1.2.6. При подключении молота к магистрали сжатый воздух подается через патрубок 1 в камеру 2 прямого хода и прижимает ударник 3 к наковальне 4. Далее через дроссель 5, клапан 6 и канал 7 сжатый воздух поступает в камеру 8 обратного хода. Под давлением сжатого воздуха в камере 8 ударник 3 перемещается от наковальни 4 с одновременным растяжением резинового кольца 9 и его скольжением по внутренней стенке наковальни 4, обеспечивающим герметизацию камеры 8. В момент отрыва кольца 9 от торца наковальни 4 происходит выхлоп из камеры 8 в атмосферу через каналы 10 и окна 11, при этом давление в камере падает, а кольцо 9 сжимается. Под действием давления сжатого воздуха в камере 2 ударник 3 останавливается, затем перемещается в обратном направлении и наносит удар по наковальне 4. Далее цикл повторяется.
Сообщение камеры 8 с атмосферой при прямом ходе ударника исключает образование в ней "воздушной подушки". При этом непроизводительный расход сжатого воздуха в атмосферу по каналу 7 и камеру 8 исключается наличием инерционного клапана 6, который перекрывает дроссель 5 во время прямого хода ударника 3. Частота ударов регулируется изменением воздухопроходного сечения дросселя 5.
Преимущества молотов "Тайфун" в сравнении с пробойниками, очевидны, если сравнить их технические характеристики (таблица 1.2.3). Более высокие энергетические показатели пневмомолота "Тайфун" достигнуты за счет применения упругого клапана 9. корпус.
Проведенный выше обзор существующих пневмоударных машин, предназначенных для забивания в грунт стержней и труб, необходим при дальнейшем поиске технических решений с целью создания эффективной ударной техники, наиболее приспособленной для внедрения инструмента в шпур, заполненный пластичным веществом.
Экспериментальная оценка соотношения между энергией удара, максимальным давлением в столбе пластичного вещества и его размерами
С целью проверки влияния зазора между инструментом и стенкой шпура в описанных выше экспериментах использовали стержни с диаметрами на 1-1,5 мм меньше, чем диаметр испытываемой трубы. Опыты показали, что наличие зазора заметного влияния на результаты не оказывает. Выделения ПВ наружу через зазор не наблюдалось. Объяснением служит то, что ПВ при действии нагрузки заполняет зазор и, обладая достаточным сцеплением, образует в этом месте сопротивление, предотвращающее собственное вытекание наружу.
Полученные результаты дают определенное представление о характере поведения пластичного вещества в шпуре, при ударе в зависимости от таких факторов, как угол заострения клина инструмента, вязкость и длина столба пластичного вещества.
Экспериментальная оценка соотношения между энергией удара, максимальным давлением в столбе пластичного вещества и его размерами
Для проведения экспериментов использовали медную трубу длиной 1300мм с внутренним диаметром 32мм и толщиной стенки 2мм . Полость трубы на длину заполняли ПВ (по ОСТ), вставляли в нее инструмент с плоским торцом и диаметром меньше, чем у трубы на 0,1 - 0,3мм. К свободному торцу инструмента прикладывали ударную нагрузку, последовательно увеличивая энергию удара (рисунок 2.2.1). После каждого удара замеряли наружный диаметр трубы на различном расстоянии от инструмента и фиксировали энергию удара, при которой начинает происходить пластическая деформация стенки. читывая, что пластическая деформация возникает в верхней части трубы перед инструментом на протяжении 40-50лш, после каждой серии опытов деформированную часть трубы отрезали и тем самым уменьшали длину I столба ПВ.
Энергия удара наращивалась за счет увеличения высоты падения ударника массой 73,5кг. Использовалась ударная установка, описанная в разделе 2.1. Передача энергии от ударной массы пластичному веществу осуществлялось через два промежуточных элемента - наковальню и инструмент. Чтобы учесть потери энергия на инструменте определялась методом шариковых отпечатков [43] (раздел 4.1).
Появление пластической деформации трубы означает, что напряжения, действующие во всем поперечном сечении трубы (от внутреннего до наружного радиуса стенки) превышают предел текучести материала трубы. Это условие допускает косвенным путем определить давление pt ПВ, возникающее в трубе. По литературным данным [44-49] предел текучести для меди зависит от скорости нагружения и принимает значения в пределах 70-280М7я. Меньшее значение соответствует статической нагрузке, большее - непосредственному ударному воздействию. В нашем случае ударная нагрузка демпфируется пластичным веществом, импульс растягивается, поэтому для расчета естественно принять промежуточное значение Gt &\15МПа.
Значение pt вычислено по формуле Ламе [50]: pt=Gr(R2 -r2)-r2/(R2 -г2 +rf -г2)=23МПа, где Результаты эксперимента представлены точками на рисунке 2.2.2. По горизонтальной оси отложены задаваемые экспериментом значения длины столба ПВ, по вертикальной - соответствующие этой длине значения энергии единичного удара А, необходимой для пластического деформирования трубы (т.е. для создания в столбе пластилина в верхних сечениях перед инструментом давления pt 2ЪМПа ).
Полученные результаты показывают, что при одинаковой толщине стенки трубы энергия, необходимая для ее пластической деформации пластилином, возрастает с убывающей интенсивностью по мере увеличения длины трубы (столба ПВ).
Факторы, влияющие на направленность разрыва и энергию удара, необходимую для образования трещины в породе
Оценивалось влияние ряда факторов на энергию у удара, необходимую для создания начальной трещины в блоке, по заданному направлению. Значения энергии удара у определялись высотой сбрасывания ударника массой 73,5кг с учетом коэффициента т] передачи энергии (раздел 4.1). Для большей убедительности влияния исследуемых факторов на получаемое при эксперименте направление трещины разрыв блоков велся по наиболее трудному направлению - по диагонали блока (рисунок 2.4.5я), передняя кромка клина была ориентирована в этом направлении. В этой же плоскости в ряде экспериментов нарезались щели. В таблице 2.4.1 представлены уровни факторов, матрица плана и результаты экспериментов. В нижней строке помещены расчетные коэффициенты регрессии факторных эффектов. с где X, Y - матрица независимых переменных (факторов х..) и матрица результатов эксперимента у \ X - транспонированная; (Х Х) - обратная матрица к Х Х. Дисперсия полученных результатов была вычислена на основе повторных опытов в двух экспериментальных точках - sj = u. Дисперсия коэффициентов (bt) найдена из формулы sf = Sy/N = 11/8 = 1,37. Значимость коэффициентов определялась по критерию Стьюдента (t) при 1%-ном уровне значимости и степени свободы f=N(n-l), где п — число дублирований опытов, (п=2); N- число опытов, (N=8), из условия: Ъ{ Ab = t S = 3,9, где ЛЬ - доверительный интервал. С вероятностью 0.99 значимыми оказываются коэффициенты Ъх - Ъъ; Ь4 не превышает доверительного интервала и, следовательно, является не значимым. Значимость 62, Ъъ подтверждается серией дополнительных опытов (таблица 2.4.2).
Полученное уравнение регрессии имеет вид: Адекватность (2.4.4) проверялась по критерию Фишера (F), для чего вычислена дисперсия Sad, характеризующая рассеянность экспериментальных значений уи относительно вычисленных уи по уравнению (2.4.4): При степенях свободы /і = N - (п -1) = 8 и f2 = N - (к + \) = 3, где {к +1) = 5 -число коэффициентов регрессии, табличное значение F-критерия =27,5 [38]. Так как F FX, то уравнение адекватно описывает результаты экспериментов. Переход от кодированных значений факторов (х.=±1) к натуральным значениям осуществляется с помощью (2.4.2). Из (2.4.4) видно, как величина энергии ударника ух зависит от факторов xv х , X.. Наибольшее влияние оказывает х ( =11) (вязкость ПВ). При понижении вязкости х_(-1) Уі уменьшается. Вторым по значимости является х (62 = -8), который указывает на присутствие в стенках шпура искусственно нарезанных борозд. Минус означает, что при наличии борозд параметр ух снижается. Третий фактор, определяющий уь- х (b[ =-5) (угол клина). При большем угле клина (40) величина у1 меньше. Это происходит за счет процесса образования исходной трещины. Не включенный в (2.4.4) фактор х (высота заполнения шпура пластилином) оказался не значимым, видимо, из-за малого интервала варьирования (85лш) и наличия эффектов взаимодействия между факторами. Эксперименты показали, что при факторах, заданных первой строкой матрицы разрыв блока происходит по направлению передней кромки клина из-за определяющего действия х (угол клина 40), х (высоковязкое ПВ по ОСТ), д: (высота столба ПВ максимальная). Уменьшение угла 2у до 10 ведет к ухудшению направленности разрыва в заданной плоскости (опыты № 4,9,10 таблица 2.4.1-2.4.2) (рисунок 2.4.2). При пониженной вязкости ПВ (х3 = -1) разрыва в заданной плоскости не происходит (при угле 2у =40,20) (рисунок 2.4.3 а, б) (опыты № 5-8 таблица 2.4.1). При угле 2/ = 10 направленность разрыва слегка улучшается (рисунок 2.4.3 в) (опыты № 11,12 таблица 2.4.2), но при этом снижается качество поверхностей, образованных разрывом (наличие неровностей и наведенная трещиноватость). Сравнивая опыты № 1,2 с опытами № 3, 4 (таблица 2.4.1) можно заключить, что результат не ориентированного разрыва блоков в опытах №3,4 возник из-за изменения уровня х (высота заполнения шпура ПВ). Фактор х (наличие борозд на стенках шпура) способствует зарождению трещины вдоль щели, но при этом последующее ее развитие в заданном направлении зависит от верно выбранных х, х , х . В противном случае трещина будет развиваться по пути наименьшего сопротивления, как показано на рисунке 2.4.4. Таким образом, минимальное значение энергии удара при ориентированном разрыве камня следует ожидать в случае, когда угол клина инструмента не менее 40, используется ПВ по ОСТ без жидких добавок, шпур заполняется ПВ на всю длину с учетом установки инструмента. На основе проведенных исследований, разработаны технические решения [42] по созданию рабочих инструментов, позволяющих гарантированно создавать направленные трещины в шпурах без предварительного нарезания на их стенках концентраторов напряжений.
Предварительная оценка значений основных конструктивных параметров мембранного пневмомолота
Эскизная компоновка конструкции машины представлена на рисунке 3.3.1. В работе ставится задача проектирования ударной машины, способной разрушать высокопрочные граниты. В главе 2 установлено, что каждой горной породе соответствует определенное значение энергии удара, необходимой для образования трещины в зависимости от прочности породы. Величина энергии удара может быть получена при различных сочетаниях массы ударника и скорости удара. Поскольку уменьшение скорости удара увеличивает импульс давления пластичного вещества на стенки шпура и уменьшает отскок ударника (и машины в целом) после удара от инструмента, то значение скорости целесообразно принимать минимальным. На основе наблюдений при проведении экспериментов (глава 2) величину предударной скорости можно рекомендовать равной около 3 м/с. Принимая во внимание данные таблицы 2.5.1, энергию ударника в момент отрыва от мембраны зададим равной: где А0 = 520 Дж - энергия инструмента, необходимая для образования начальной трещины в граните прочностью ЗОМПа, (таблица 2.4.1); Tjn =0,38 - коэффициент передачи энергии ударника инструменту (раздел 4.1) Массу m и перемещение Н2 ударника с момента отрыва от мембраны до верхней точки найдем исходя из ограничения по скорости удара до v = 2,95м 1с по формулам: Будем ориентироваться на давление (избыточное) в компрессорной установке рм = 0,6МПа. На основе анализа диаграмм давления воздуха в камерах мембранных вибровозбудителей можно принять рабочее давление постоянным и равным
При определении радиусов мембраны rM, готв и ограничительной поверхности ударника гуд зададимся соотношениями гуд=гуд/гм = 0,7 и готв =готв/гм =0,5. Используя (3.2.18), найдем безразмерный параметр графика рисунка 3.2.4 (кривая 2), при р = 0,54М7а. Радиус гм определим из (3.2.19): гм = 1]Еотр/(Ё -я-р) = \ 30мм, гуд=7уд -гм = 91лш, По формулам (3.2.10) определим прогибы мембран: л, =ігуд = іє,5мм, h2 =Иотв=П,5мм. Перемещение ударника в период взаимодействия с мембраной: Щ =3fy +/ =11мм. Прямой и обратный ход ударника: Н„=Н0 = Н1+Н2=71 + 440 = 511мм. Из соображений эффективности передачи энергии удара инструменту и компактности конструкции длину ударника ориентировочно примем: 1уд = 6-гм =780лш. Объем ударника равен: V = т/р = 44586-10-6м3, где р = 7,85-103кг/м3 - плотность стали. Площадь поперечного сечения большей ступени ударника: S\ =Vjlyd =0,05716лі2. Радиальные размеры ступеней ударника: r\ = S\/n = 135лш, г2 =гу =9\мм, Эскизная проработка конструкции позволили установить приемлемые соотношения длин ступеней ударника и бойка: Величина h4 выступа клапана относительно бойка принята h4 = 1мм (из учета обеспечения полного открытия воздухопроходного сечения между камерами 1 и 2, раздел 3.4). Полный ход клапана: hs = h4 +1 = 8мм. Проектирование ударных элементов предполагает определение таких соотношений размеров, при которых, возникающие в них при ударе напряжения не будут превышать допустимые. Проводившиеся расчеты по методике [59] позволили определить наиболее нагруженные участки (с меньшим сечением) соударяющихся деталей: ударник 145МПа, боек ЮІМПа, инструмент \09МПа. Полученные значения удовлетворяют прочностным характеристикам применяемых материалов для изготовления деталей ударных машин [44], [60], [61]. В процессе дальнейшего математического моделирования динамики пневмомо-лота с учетом термодинамических процессов, многие значения доминирующих параметров конструкции будут варьироваться в расчетах, а именно объемы камер сжатого воздуха, площади воздухопроходных сечений, ход и эффективные площади золотника. По выбранным критериям эффективности будет определяться наиболее рациональные сочетания значений конструктивных параметров. Целью расчета является определение рациональных значений объемов камер, площадей воздухопроходных сечений и рабочих площадей золотника, обеспечивающих эффективную работу машины. Конструктивная схема, воздухораспределительной системы пневмомолота с указанием ее основных элементов изображена на рисунке 3.4.1. Из схемы очевидно, что рациональный режим работы пневмосистемы будет иметь место, если доступ сжатого воздуха в камеру 2 будет происходить на протяжении всего участка хода ударника вверх в период взаимодействия с мембраной, и если после отрыва ударника от мембраны (начала выхлопа в атмосферу) золотник перекроет впуск сжатого воздуха в камеру 2, с возможно меньшим запаздыванием.
Принятые обозначения: оЬ Ъ 23 Сз4 площади воздухопроходных сечений, сообщающих камеры с магистралью, между собой и атмосферой; sn - s2\ - эффективные площади масс гп\ и ГП2 со стороны соответствующей камеры; Г/, Т0 - абсолютная температура сжатого воздуха в / - камере, магистрали; Ро Pi — абсолютное давление сжатого воздуха в магистрали, / - камере и атмосфере. На рисунке 3.4.2 представлена обобщенная расчетная схема исследуемого пневмопривода, отражающая основные элементы машины и связи между ними. На рисунке 3.4.3 - схема механических связей системы, определяющая характер силовых и ударных взаимодействий между подвижными элементами (Щ, 2 ) и корпусом Піт,.
