Аэродинамическое позиционирование бойка пневмоперфоратора со сдвоенным ударником повышенной эффективности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Непран, Михаил Юрьевич

• Непран, Михаил Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Непран, Михаил Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

1.1 Анализ перспектив использования бурильных головок в горнодобывающей промышленности

1.2 Направления совершенствования пневматических бурильных головок

1.3 Анализ направлений создания новых конструкций пневмоперфораторов

1.4 Анализ методик выбора оптимальных параметров и режимов работы буровой техники

1.4.1 Определение производительности буровых машин

1.4.2 Анализ методик расчета ударной системы буровых машин

1.4.3 Методы определения КПД передачи удара

1.5 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В СТВОЛЕ ПЕРФОРАТОРА ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ БОЙКА В УДАРНОЙ СИСТЕМЕ «ПОРШЕНЬ - БОЕК - ИНСТРУМЕНТ»

2.1 Ударная система «поршень - боек - инструмент»

2.2 Предварительное исследование скоростных характеристик бойка

2.3 Определение величины ударного импульса

2.4 Модель сдвоенного поршня - ударника

2.5 Позиционирование бойка в ударной системе «поршень - боек - инструмент» за счет выбора режимов воздушного потока, проходящего через ствол перфоратора

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УДАРНЫХ СИСТЕМ

3.1 Лабораторные и стендовые исследования ударных систем и устройств

3.2 Стендовые исследования ударного импульса ударной системы «поршень - боек - инструмент»

3.3 Промышленные испытания перфоратора ПП-54

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПЕРФОРАТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

4.1. Обоснование конструкции пневматических модернизированных перфораторов со сдвоенным ударником86

4.2 Разработанные конструкции пневматических перфораторов и вспомогательных устройств

4.3 Предполагаемый экономический эффект от внедрения пневматических перфораторов с ударной системой «поршень - боек - инструмент»

4.3.1 Составление карты технического уровня для модернизированного пневматического перфоратора /7/7-63С2 и его аналогов

4.3.2 Расчет себестоимости бурения шпуров на проходке восстающих выработок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аэродинамическое позиционирование бойка пневмоперфоратора со сдвоенным ударником повышенной эффективности»

ВВЕДЕНИЕ

Горно-добывающие предприятия с высоким уровнем экономической обеспеченности, например, такие, как ОАО «Апатит», при наращивании объемов производства в последние годы находят возможность покупать лучшие образцы зарубежной горной техники и в том числе буровой, цена которых значительно превосходит цены отечественных аналогов. Это создает условия восстановления производства отечественных образцов буровой техники. С этой целью необходимо проводить исследования для создания новых буровых технологий и образцов отечественной буровой техники, эффективность которых обоснована теоретически и подтверждается экспериментально. Так, например, в настоящее время совершенствование конструкций переносных перфораторов (1111-54,1111-63 и др.), позволяет повысить производительность бурения в сравнении с образцами традиционной компоновки, снизить уровень шума и вибрации, что сделает их конкурентоспособными с западными образцами, например, пневматическими бурильными головками шведских производителей (BBD 94-DSI фирмы Atlas Copeo).

В настоящее время некоторые иностранные производители продолжают совершенствовать процесс бурения, используя пневматические буровые головки и погружные пневмоударники, малогабаритные передвижные компрессоры с повышенным рабочим давлением (2,5 МПа и более). Для перехода на указанную выше технологию отечественных производителей горных машин необходимо проведение теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ по модернизации существующих и созданию новых образцов буровой техники.

Значительный вклад в теорию и практику разработки и исследований ударных систем внесли Иванов К.И., Алимов О.Д., Асатур К.Г., Загривный Э.А., Кантович Л.И., Красников Ю.Д., Кривцов A.M., Нагаев Р.Ф., Подэрни Р.Ю., Соколинский В.Б., Ушаков J1.C., Шелковников И.Г. и др.

Модернизированные перфораторы со сдвоенной ударной системой, базирующиеся на унифицированных узлах, имеют повышенную скорость

бурения, в сравнении с аналогами традиционной компоновки, и позволяют увеличить стойкость бурового инструмента, что снижает себестоимость бурения.

Целью работы является увеличение скорости бурения пневматических бурильных головок за счет совершенствования процесса дребезга, при позиционировании бойка в ударной системе «поршень-боек-инструмент» с организацией воздушных потоков в стволе перфоратора.

Идея работы: организация потоков сжатого воздуха в стволе пневматического перфоратора позволяет управлять положением бойка в ударной системе «поршень - боек - инструмент» и создать рациональные условия протекания процесса дребезга.

Защищаемые научные положения

На основе математической модели потока воздуха в стволе пневмоперфоратора с ударной системой «поршень-боек-инструмент» установлено, что для гарантированного протекания процесса дребезга бойка между поршнем и инструментом перепад давлений воздуха, действующих на боек со стороны поршня и инструмента, должен быть не менее 0,1 МПа, режим истечения воздуха - докритический, а внутренняя полость бойка - иметь вид диффузора.

Экспериментально установлено, что в пневматических бурильных головках с ударной системой «поршень - боек - инструмент» с внутренней полостью бойка в виде диффузора обеспечивается аэродинамическое позиционирование бойка перед ударом, что приводит к устойчивому процессу дребезга бойка с формированием ударного импульса, состоящего из серии подимпульсов, и что дает рост скорости бурения на 25% и снижение уровня шума на 8%.

Основные задачи исследований:

1. Провести анализ способов и технических средств ведения буровых работ.

2. Разработать математическую модель процесса движения воздуха в ударных системах пневматических бурильных головок.

3. Разработать методику расчета параметров воздушного потока в элементах ударных систем "поршень-боек-инструмент" для аэродинамического позиционирования бойка.

4. Выполнить экспериментальные исследования на стендах и в производственных условиях основных параметров модернизированных перфораторов со сдвоенным ударником.

5. Разработать конструкцию модернизированного перфоратора и определить его рациональные параметры по алгоритмам, учитывающим динамические процессы ударной системы.

Методы исследований

Для решения поставленных задач был выбран комплексный метод исследований, включающий анализ выполненных ранее научных исследований, математический анализ, результаты которого сопоставлялись с данными, полученными при проведении лабораторных и промышленных экспериментов, математическое моделирование (определение рациональных параметров пневматических бурильных головок), физические эксперименты на стендах и опытно-промышленные исследования по совершенствованию конструкций буровой техники.

Научная новизна заключается в разработке математической модели процесса движения воздуха в ударной системе «поршень-боек-штанга» перфоратора; установлении закономерностей изменения параметров потока воздуха при прохождении ствола пневмоперфоратора от формы сечения бойка и величин давления воздуха на его торцы; определении зависимостей изменения скорости бурения и уровня шума перфоратора со сдвоенным ударником от крепости породы и типа ударной системы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается использованием апробированных математических методов, фундаментальных положений используемой теории удара и аэродинамики, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований на стендах и в рудничных условиях, а также достаточным объемом экспериментальных исследований в условиях Кировского рудника ОАО «Апатит».

Практическая ценность. Разработанная методика позволяет рассчитывать параметры воздушных потоков и параметры узлов ударных систем

пневматических бурильных головок со сдвоенными ударниками. Конструкция перфоратора с аэродинамическим позиционированием бойка и разделенным ударником позволяет повысить скорость бурения на 20-30% и снизить уровень шума на 8 %. Разработаны конструктивные параметры для создания ручного перфоратора с ударной системой со сдвоенным ударником.

Реализация результатов работы

Конструкторская документация на основе принципиально новых схем средств бурения используются в ОАО «Апатит».

Компоновочные схемы и методика расчета пневматической буровой головки с аэродинамическим позиционированием бойка используется Западно-уральским машиностроительным концерном для разработки серийного образца перфоратора.

Методика для расчета параметров пневматических бурильных головок и пакеты компьютерных программ используются в учебном процессе Горного университета для укрупненной группы специальностей «Горное дело»

Апробация работы

Результаты работы обсуждались: на семинаре ИПМАШ РАН 2010 г.; на 9, 10 и 11-ой Международной конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», г. Воркута (2011, 2012, 2013 гг.), на IV и V Международном семинаре «Ударные, вибрационные машины», ОрелГТУ, г. Орел (2010, 2013гг.); на кафедре "Горные машины и оборудование" МГГУ и на Международной конференции «Неделя горняка», г. Москва (2010, 2011, 2012, 2013 гг.), на 3 Международной конференции по проблемам рационального природопользования, г. Тула (2010 г.), на кафедре КГМ и ТМ ГЭМФ СПГГИ (2010, 2011гг.) и на кафедре Машиностроения Механического Факультета (2012, 2013 гг.), на НТС ОАО «Апатит», г. Кировск (2011 г.).

Личный вклад автора диссертационной работы состоит:

- в разработке математической модели и алгоритма расчета параметров потоков воздуха в различных конструкциях перфораторов для установления условий аэродинамического позиционирования бойка;

- в разработке методики расчета основных параметров ударной системы пневомперфоратора со сдвоенным ударником;

- в проведении лабораторных и рудничных испытаний модернизированных перфораторов, подтверждающих рост скорости бурения;

- в обосновании конструкции перфоратора со сдвоенным ударником.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 13 статьях и тезисах докладов, в том числе 5 статей опубликованных в печатных изданиях, входящих в перечень ВАК, по теме диссертации получены 4 патента РФ.

Автор выражает искреннюю благодарность профессорам СПбГГИ (ТУ) Бричкину В.Н, доцентам Кабанову О.В. и с.н.с. Судьенкову Ю.В. за консультации при работе над диссертацией, а также всем соавторам совместных исследований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ БУРИЛЬНЫХ ГОЛОВОК

1.1 Анализ перспектив использования бурильных головок в горнодобывающей промышленности

Практика использования буровой техники в последнее время [10, 11, 25, 75] показывает, что в качестве бурильных головок все чаще применяются гидравлические бурильные головки, например, на наиболее известных буровых станках скандинавских фирм изготовителей - Симба и Соло - применяются в качестве бурильных головок гидроперфораторы типажного ряда Сор (Сор 1645 и т.д.). Однако, на вспомогательных буровых работах по-прежнему широко применяются переносные пневматические перфораторы такие, как ПП-63, ПП-54, ПТ-45, ВВД производства Швеция и т.д.[13, 39].

Использование высокопроизводительного добычного и проходческого оборудования дает возможность увеличить объемы производства и, соответственно, снизить себестоимость продукции, но имеет и достаточно серьезные недостатки, которые заключаются в следующем [19]:

1. Высокая стоимость оборудования (десятки тысяч и сотни тысяч долларов за единицу).

2. Высокая стоимость запасных частей для ремонта, и соответственно, значительные затраты на текущий и капитальный ремонты.

3. Требует высокой квалификации персонала.

4. Возможность применения данного оборудования, в основном, только в выработках большого сечения, что приводит к росту объемов горнопроходческих работ.

5. Применение гидравлических бурильных головок экономически целесообразно только при проходке выработок большого (>16 м2) сечения.

Кроме того, гидравлические бурильные головки (ГБГ) в сравнении с пневматическими бурильными головками (ПБГ) имеют следующие недостатки: требуется индивидуальная маслостанци; может происходить загрязнение рудничной атмосферы парами масла, требуются охлаждение и фильтрация масла;

качество обработки поверхности деталей, а значит и стоимость их изготовления, должны быть существенно выше, чем у ПБГ; ограничение энергии удара по условию стойкости твердосплавных вставок [75].

Кроме того, ПБГ для подземных условий имеют важные преимущества перед ГБГ: насыщение рудничной атмосферы свежим воздухом; существенно более низкая цена; простота обслуживания и ремонта. Поэтому, можно сказать, пневматические бурильные головки, в сравнении и гидравлическими, имеют меньшую техническую производительность, но, за счет своей малогабаритности, высокой ремонтопригодности, низкой стоимости и требовательности к квалификации персонала, сохраняется предпочтение использования

пневматических типов бурильных головок при проходке капитальных выработок для электровозной откатки, выработок малого сечения и восстающих и на вспомогательных работах. Кроме того, себестоимость бурения шпуров пневматическими бурильными головками в некоторых случаях может быть ниже, чем гидравлическими бурильными головками, что обуславливается высокой ценой последних и незначительной разницей в сменной производительности.

Использование отечественного, значительно более дешевого, бурового оборудования на предприятиях дает возможность снизить объем горнопроходческих работ за счет проходки выработок малого сечения, позволяет организовать работу посредством многостаночного обслуживания техники и имеет большой социальный эффект — позволяет осуществить загрузку отечественных заводов горного машиностроения, а также создать новые рабочие места в смежных отраслях.

Гидравлические и пневмогидравлические молоты [26] широко используются на проходческих комбайнах и экскаваторах и служат для разрушения крепких пород скальных и мерзлых грунтов, а также строительных материалов, расчеты таких молотов представлены в указанных работах, однако повышение их эффективности за счет использования модернизированных ударных систем не рассматривается.

В работах ИГД СО РАН [67] рассматриваются пневматические молоты в том числе для забивания труб при бестраншейной прокладки подземных

коммуникаций, например, пневмомолот «Тайфун», экспериментальные исследования которого показали, что можно повысить энергию удара поршня за счет минимизации влияния воздушной подушки перед ударником при его движении в сторону наковальни, однако, в этих конструкциях возможность использования сдвоенных ударников не рассматривается.

Сказанное выше подтверждает актуальность и целесообразность совершенствования пневматических бурильных головок.

1.2 Направления совершенствования пневматических бурильных головок

У современных пневматических перфораторов величиной, лимитирующей увеличение кинетической энергии, развиваемой поршнем и передаваемой буру, является запас прочности деталей машины и прочность бурового инструмента. Наиболее слабым звеном в настоящее время является лезвие буровой коронки, армированной твердым сплавом ВК-15 и допускающей нагрузку (работу) при бурении на пластинки твёрдого сплава не выше 0,3 МПа. При больших нагрузках пластинки выходят из строя, раскалываясь и не выдерживая нормального количества заточек.

Работоспособность буровых коронок, их производительность и стойкость, может быть повышена за счёт:

• уменьшения общей длины лезвий при сохранении диаметра;

• центрирования коронки при бурении;

• расположения лезвий по отношению к поверхности забоя в соответствии с количеством работы, затрачиваемой при разрушении породы на различных его участках;

• уменьшения диаметра коронки;

• оптимальной величины угла приострения;

• применения оптимальных режимов бурения;

• полного удаления буровой мелочи сразу же после отделения её от забоя;

• охлаждения лезвий и всего корпуса коронки;

• повышения надежности и стойкости материала лезвий и корпуса коронки.

Наиболее производительными буровыми коронками являются коронки долотчатой формы, имеющие по сравнению с крестовой и звёздчатой формами наименьшую суммарную длину лезвий. Величина отношения между скоростями бурения различными формами коронок в зависимости от физико-механических свойств горных пород меняется.

За счёт уменьшения суммарной длины лезвий буровой коронки можно получить увеличение скорости бурения на 20... 30 % без снижения её износостойкости.

Увеличение мощности, а следовательно, и производительности пневматических перфораторов, возможно увеличением частоты ударов. Первые пневматические перфораторы с увеличенной частотой ударов (высокочастотные) были созданы в СССР в 1939 г. В зарубежной практике такие перфораторы появились в 1952 г.

В настоящее время, по мнению Лукьянова В.Г., созданы конструкции пневматических перфораторов, имеющих частоту до 5 ООО - 6 ООО ударов в 1 мин, увеличивших скорость бурения в 3-5 раз. Из-за высокого уровня шума, создаваемого перфораторами при работе, который по уровню превышает допустимые санитарные нормы, применение высокочастотных перфораторов возможно при дистанционном управлении или автоматизации бурения, которая позволит управлять работой буровой машины человеку, не подвергаясь воздействию указанному выше вредному фактору.

Скорость ударного бурения шпуров в горных породах можно повысить за счет следующих основных направлений:

1. Значительного увеличения мощности буровых машин.

2. Доводки до промышленных образцов полнопогружных буровых машин.

3. Комплексной механизации и автоматизации бурения.

4. Совершенствования конструкции и повышения прочностных показателей бурового инструмента.

5. Совершенствования организации буровых работ.

По мнению Б. И. Воздвиженского, направления, ведущие к существенному приросту ударной мощности пневматических ударных машин, перфораторов и пневмоударников, являются :

1. Повышение рабочего давления в цилиндре машины.

2. Совершенствование конструкции пневматического ударного механизма.

3. Снижение потерь ударной мощности при передаче ее рабочим лезвиям бурового инструмента.

Увеличение рабочего давления в цилиндре пневмоударного механизма достигается применением сжатого воздуха повышенного и высокого давления. Теоретически повышение давления воздуха с 0,5 до 1 МПа увеличивает ударную мощность в 2,8 раза, а при повышении до 2 МПа - почти в 8 раз и т. д. Экспериментальные исследования по применению сжатого воздуха повышенного (до 1,2 МПа) и высокого давления (до 2 МПа) подтвердили приведенные теоретические положения. При бурении обычными серийными перфораторами с применением сжатого воздуха с давлением 1,2 МПа скорость бурения возрастала в три-четыре раза. При этом удельный расход воздуха на бурение одного шпурометра уменьшался в среднем в полтора раза. Снижался также удельный расход бурового инструмента. Отмечалось повышение уровня шума перфоратора на 10... 15 дБ, возрастала вибрация. При бурении перфораторами с применением сжатого воздуха и давлением 2 МПа скорость бурения увеличивалась в семь-восемь раз, однако при этом бур и коронки быстро выходили из строя из-за недостаточной прочности. При условии применения для бурового инструмента сталей и сплавов с более высокими прочностными показателями успешное бурение при таких давлениях сжатого воздуха вполне реально. Опыт зарубежных фирм, применяющих при бурении сжатый воздух с давлением до ЗМПа и выше, доказывает реальность этого пути повышения производительности пневмоударного бурения. Некоторое увеличение среднего рабочего давления в цилиндре пневмоударной машины может быть достигнуто за счет нахождения оптимальных параметров всех элементов конструкции и получения наиболее высокого КПД. Индикаторные диаграммы, полученные при работе различных конструкций пневматических молотков, свидетельствуют о

неудовлетворительной работе воздухораспределительных устройств, недостаточных сечений воздухопроводящих каналов и выхлопных окон. Значительные потери давления сжатого воздуха происходят за счет малых сечений каналов в воздухопроводящей арматуре, шлангах, кранах, штуцерах. При замене элементов арматуры на большие сечения среднее рабочее давление в цилиндре пневматического молотка увеличивалось на 15...20 %, соответственно увеличивалась и скорость бурения.

Направление, обеспечивающее рост ударной мощности пневматической ударной машины, изменение её конструктивных элементов. Таким элементом, определяющим величину ударной мощности, развиваемой пневмоударной машиной, являются размеры рабочей площади поршня-поршня - ударника. При увеличении рабочей площади в 2 раза мощность возрастет в 2,8 раза, увеличение площади в 3 раза увеличит мощность в 6 раз и т. д. Увеличение рабочей площади поршня можно достичь за счет увеличения диаметра и количества головок поршня на одном штоке, работающих в отдельных камерах, или за счёт увеличения количества поршней, наносящих удары по буровому инструменту. При повышении давления сжатого воздуха рост ударной мощности пневмоударной машины происходит одновременно за счёт увеличения частоты ударов и энергии удара. Как было указано, увеличение частоты ударов в 3-4 раза не оказывает существенного влияния на долговечность машины и инструмента. Увеличение энергии удара допустимо до значений, определенных прочностью бурового инструмента и в первую очередь прочностью лезвий буровой коронки. Фактически энергия удара современных перфораторов и пневмоударников уже достигла допускаемого значения, поэтому увеличение мощности при современном буровом инструменте возможно в основном за счёт увеличения частоты ударов. Увеличение частоты ударов при сохранении энергии удара можно получить при одновременном увеличении рабочей площади поршня -ударника и уменьшении длины его хода.

Увеличение мощности всех видов производственного оборудования -основная тенденция в машиностроении. Пневматические ударные машины благодаря своим конструктивным особенностям и возможности работать на

повышенном и высоком давлении сжатого воздуха создают хорошие перспективы по дальнейшему увеличению мощности этих машин, а, следовательно, и увеличению скорости бурения горных пород.

Все вышеперечисленные направления требуют разработки пневматических бурильных головок новых конструкций, на что требуется достаточно много времени и финансовых затрат.

Использование ударной системы «поршень - боек - инструмент» в пневматических бурильных головках позволяет, путем внесения незначительных изменений в конструкцию ствола перфоратора, увеличить производительность перфоратора до 25% [41, 54, 75].

Основной недостаток данной ударной системы заключается в сложности осуществления обеспечения начального положения промежуточного элемента ударной системы (бойка) в стволе перфоратора перед каждым ударом поршня.

Рассмотрим более детально возможные изменения конструкции на примере перфоратора 111163В, достоинства и недостатки вариантов представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Возможные изменения конструкции перфоратора завода "Пневматика" ПП63В

№ Наименование изменений Достоинства Недостатки

1 Увеличение диаметра поршня Повышение силы воздействия сжатого воздуха на поршень, увеличение массы поршня, увеличение энергии удара и, как следствие, скорости бурения Требуется разработка нового перфоратора. Увеличивается отдача, вибрация перфоратора. Ухудшаються санитарно-гигиенические условия труда.

2 Увеличение рабочего хода поршня - ударника Увеличение энергии удара Требуется разработка нового перфоратора. Снижение частоты ударов. Увеличивается отдача, вибрация перфоратора. Ухудшаються санитарно-гигиенические условия труда.

3 Снижение времени срабатывания клапана (уменьшение хода клапана) Рост частоты ударов и, как следствие, увеличение скорости бурения Разработка и изготовление новой клапанной коробки. Разработка и изготовление нового корпуса перфоратора.

4 Увеличение массы поршня Увеличение энергии удара Требуется разработка нового перфоратора.

5 Повышение рабочего давления Повышение силы действующей на поршень. Повышение энергии удара и рост скорости бурения.

6 Изменение формы поршня (изготовление поршня в виде стержня одинакового диаметра со штангой) Значительное повышение стойкости коронки, штанги и срока службы всего перфоратора Требуется разработка нового перфоратора. Уменьшение силы воздействия сжатого воздуха на поршень и снижение энергии удара. Снижение скорости бурения.

7 Применение ударной системы «поршень - боек -инструмент». Повышение коэффициента передачи удара от коронки к породе (Ккп) и от поршня - ударника к штанге (Кпш). Генерация высокочастотных ударных импульсов передаваемых на через буровой инструмент на забой. Снижение виброаккустической нагрузки на персонал. Требуется внесение незначительных изменений в конструкцию ствола перфоратора и использование удлиненной воздушной трубки.

Первые шесть вариантов возможных изменений в конструкцию

перфоратора ПП63В требуют разработку новых конструкций пневмоперфораторов так как основные изменения касаются корпуса, ударного механизма и других основных узлов.

Реализация изменений, указанных в пункте 7 (табл. 1.1), не требует существенной переработки и внесения изменений в существующую конструкцию перфоратора, а нанесение двойного удара по двухфазной породе, включающей твёрдую и мягкую составляющие (например, апатит и уртит), повышает КПД удара при наличии бойка малой массы [54]. Поэтому, внесение изменений, указанных в пункте 7 (табл. 1.1), в конструкцию перфоратора представляет наибольший интерес.

1.3 Анализ направлений создания новых конструкций пневмоперфораторов

Заводом ООО "Туламашзавод" выпускаются перфораторы марки ССПБ с поршня - ударниками пониженной массы (т = 0,9 кг) и с высокой скоростью соударения со штангой (V = 12,1^-12,5 м/с) [54].

Известны различные конструкции ударных устройств, например, гидропневматическое устройство [1] ударного действия включающее: корпус, боек с наконечником, рабочий и тормозной поршни, рабочий и тормозной поршни аккумулятора, поршень компенсатора рабочей камеры и поршень компенсатора тормозной камеры, подпружиненный золотник, переливные и управляющие каналы. Однако, это устройство предназначено только для работы в режиме отбойного молотка либо пневмолома и его невозможно использовать для бурения. Двух поршневой перфоратор [2]: включает корпус, два поршня, кулачковую муфту, гранбуксу, воздухораспределительное устройство и уплотнительное кольцо, снабжается двухмассовым ударником с целью снижения вибрации, передаваемой на корпус, и не способен решать задачи по интенсификации режимов бурения по породам, состоящим из твердых и мягких компонентов. Телескопный перфоратор [7, 13] включает породоразрушающий инструмент, расположенный на штанге, корпус, воздухораспределительную систему, поршень ударник, промежуточный боек, поворотный механизм, поворотную и концевую буксы, при этом наличие бойка не направлено на повышение производительности, а служит средством, позволяющим использовать при бурении штанги без буртов. Такой перфоратор может работать со штангами

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Непран, Михаил Юрьевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. С. № 140228, М.Кл. Е21СЗ/04. Устройство для бурения / Манин A.A., Чирьев A.A.. - 1989, БИ № 7.

2. А. С. № 337505 (СССР). Устройство для термического бурения минеральных сред под водой / Бричкин A.B., Гренбач А.Н., Поветкин В.В.. -1972 г.

3. А. С. № 713969, М. Кл Е02 F9/22. Устройство для разрушения горных пород. / Кузнецов В.Г. и др.. -1980, БИ № 5.

4. А. С. № 857415, МПК Е21В4/06. Способ разрушения горных пород ударными импульсами. БИ№ 31, 1981 г.

5. Абрамович, Т.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч 1: Учебное руководство: Для втузов. - 5-е изд., перераб. и доп. / Г.Н. Абрамович // М.: Наука.

___Гл.фед.-физ-мат. лит.,. 1-99Г—600-е.----------

6. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч 2: Учебное руководство: Для втузов. - 5-е изд., перераб. и доп. / Г.Н. Абрамович // М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит. - 1991.-304 с.

7. Алимов, О.Д. Бурильные машины. / О.Д. Алимов, JI.T. Дворников.

- М.: Машиностроение. - 1977. - 295 с.

8. Алимов, О.Д. Конструкция гидравлических перфораторов ПГ "Удар

- 2м и ПГ "Удар - 3" / О.Д. Алимов, Л.Т. Дворников, С.А. Басов // Фрунзе. ФПИ. В кн. Исследование и совершенствование бурильных машин - 1977. - 257 с.

9. Бабаков, И.М. Теория колебаний. / Бабаков И.М. - М., Наука. -1965.-354 с.

10. Барабанов, A.A. Гигант в Хибинах. / A.A. Барабанов и др. - М.: Издательский дом «Руда и металлы». - 1999. -288 с.

11. Белкин, С.Б. Проблемы отечественных ударно-вращательных буровых станков легкого и среднего класса и пути их модернизации. / С.Б. Белкин // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного симпозиума . - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2010. С.372-374

12. Белокобыльский, C.B. Ударно-автоколебательные движения породоразрушающего инструмента. / C.B. Белокобыльский // Сборник. Механизмы и машины ударного, периодическоо и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума, - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2000. -С. 28-34

13. Васильев, В.М. Перфораторы. Справочник. /В.М. Васильев // М., - 1989.-288 с.

14. Васильев, В.М. Пути снижения удельного расхода воздуха пневматическими перфораторами./ В.М. Васильев, С.С. Смородин.// Изв. вузов. Горный журнал №2. - 1984. - С. 71-75.

15. Герц, Е.В. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В. Герц и др. Под общ. ред. Е.В. Герц. - М.: Машиностроение. - 1981. - 408 с.

16. Герц, Е.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. / Е.В. Герц, Г.В. Крейнин - М.: Машиностроение. - 1975. - 272 с.

17. Герц, Е.В. Теория и расчет силовых пневматических устройств. / Е.В Герц, Г.В. Крейнин - М. - 1960. - 247 с.

18. Глотов, Б.Н. Процесс создания ручных гидравлических молотков. / Б.Н. Глотов, Г.Г. Пивень // Сборник. Механизмы и машины ударного, периодическоо и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума. - Орел: изд. Орел ГТУ. - 2000. - 185 с.

19. Дворников, JI.T. Надежность буровых агрегатов./ JI.T. Дворников, В.А. Туров - М.: Недра. - 1990. - 166 с.

20. Емелин, М.А. Новые методы разрушения горных пород./ М.А. Емелин и др. - М.: Недра. - 1991. - 240 с.

21. Иванов, В.Н. Методика определения перспективных показателей бурового оборудования для подземных работ с пневматическими и гидравлическими перфораторами. / В.Н. Иванов //Сборник науч. тр. «Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности». - Л., Изд. ин-та Гипроникель, - 1991. - С. 19-25.

22. Иванов, К.И. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. / К.И. Иванов и др. - М.: Недра. - 1987. - 292 с.

23. Каманин, Ю.Н. Методика выбора рациональных параметров гидравлического ударного устройства / Ю.Н. Каманин // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы V международного симпозиума . - Орел: Госуниверситет - УНПК - 2013. С. 199-202

24. Каманин, Ю.Н. Экспериментальные исследования процесса соударения бойка и массы на станке КУС-2 / Ю.Н. Каманин //В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного симпозиума . - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2010. С.64-69

25. Кантович, Л.И. Машины и оборудование для горно-строительных

работ / Л.И. Кантович и др. - М.: Издательство «Горная Книга», - 2011. 145 с.

26. Карасев, А.Е. Методика инженерного расчета отбойного пневмогидромолотаГ7 А.Е. Карасев // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного симпозиума . - Орел, изд. ОрелГТУ.-2010. С.69-75

27. Катанов, Б.А. Инструмент для бурения взрывных скважин на карьерах. / Б.А. Катанов, М.С. Сафохин- М.: Недра. - 1989. - 173 с.

28. Кичигин, А.Ф. Алмазный инструмент для разрушения крепких горных пород. / А.Ф. Кичигин и др. - М.: Недра. - 1980. - 159 с.

29. Климов, Б.Г. Малогабаритные погружные пневмоударники. / Б.Г. Климов и др. -М.: Недра. - 1984. - 345 с.

30. Коломийцов, М.Д. Эксплуатация горных машин и автоматизированных комплексов./ М.Д. Коломийцов. - Л.: ЛГИ. - 1988. - 96 с.

31. Кравченко, В.А. Методика расчета конструктивных параметров гидропоршня - ударника. / В.А. Кравченко //В сб. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума. - Орел, изд. Орел ГТУ. - 2000. - С. 42-48.

32. Кравченко, В.А. Создание гидравлических устройств ударного действия с пониженной удельной металлоемкостью для разрушения горных

пород. Автореф. дис. .. кан.тех.наук / В.А. Кравченко - Орел, Изд. ОрлГТУ. -2004.-21 с.

33. Кравченко, В.А. Структура машины с ударным исполнительным органом избирательного действия./ В.А. Кравченко, Д.А. Юрьев, Б.В. Иванов // В сб. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума . - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2000. -С. 57-62.

34. Крапивин, М.Г. Горные инструменты./ М.Г. Крапивин, И.Я. Раков, Н.И. Сысоев. - М.: Недра. - 1990. - 256 с.

35. Лурье, А.И. Аналитическая механика. /А.И. Лурье - М.: ГИФМЛ. -1961.-247 с.

36. Ляпцев, С.А. Научные основы разработки электромеханических ударных устройств горного производства. Автореф. дис. док.тех.наук / "С.А. Ляпцев - Екатеринбург, изд. УГГА. - 2002. - 41 с.

37. Ляпцев, С.А. Расчет и проектирование электроимпульсных устройств для горно-металлургических предприятий / С.А. Ляпцев, A.B. Табатчиков // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Урал-98». -Оренбург, -1998. - С. 35-36.

38. Малеев, Г.В. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов / Г.В. Малеев и др. //Учеб. для вузов. - М.: Недра. - 1988. - 368 с.

39. Медведев, И.Ф. Режимы бурения и выбор буровых машин. / И.Ф. Медведев - М.: Недра. - 1986. - 205 с.

40. Нагаев, Р.Ф. Механические процессы с повторными затухающими соударениями. / Р.Ф. Нагаев -М.: Наука. - 1985. - 297 с.

41. Нагаев, Р.Ф. Научное открытие №А-415. Явление интенсификации передачи энергии удара при центральном повторяющемся соударении твердых тел через промежуточный упругий элемент. / Нагаев Р.Ф., Юнгмейстер Д.А., Судьенков Ю.В., Горшков Л.К., Пивнев В.А., Свинин B.C. - С-Пб. - Диплом №332.-2007.

42. Нагаев, Р.Ф. Сравнение передаваемых в разрушаемую породу импульсов для одинарных и сдвоенных ударников / Р.Ф. Нагаев и др. // В сб.:

«Машины и механизмы ударного, периодического и вибрационного действия». Материалы II международного научного симпозиума. - Орел: Орел ГТУ. - 2003 -С.131-133.

43. Непран, М.Ю. Исследование удержания бойка за счет выбора режимов воздушного потока через перфоратор / М.Ю. Непран и др. // 11-я Международная научно-практическая конференция «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». -Воркута, - 2013. - С. 449-454.

44. Нордин, В.В. К выбору параметров энерговооруженности ударных исполнительных органов / В.В. Нордин // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы V международного симпозиума. - Орел: Госуниверситет - УНПК - 2013. -С.Т64-166.

45. Патент № 2209913 от 10.08.2003 по заявке № 2002102836/03 (002680), приоритет от 31.01.02. Способ бурения крепких пород и устройство для его реализации./ Юнгмейстер Д.А., Ветюков М.М., Лукашов К.А., Пивнев В.А.

46. Патент № 2223378. Перфоратор./ Юнгмейстер Д.А., Ветюков М.М., Пашкин JI.H., Пивнев В.А., Воинов Б.Ф., Лукашов К.А., 17.06.2002.

47. Патент №2296850. Перфоратор / Юнгмейстер Д.А., Пивнев В.А., Соколова Г.В., Лукашов К.А., Непран М.Ю., Бурак А.Я. // - Опубл. 2007, Бюл. №10.

48. Патент №2407875. Устройство для бурения скважин некруглого сечения/ Юнгмейстер Д.А., Пивнев В.А., Соколова Г.В., Непран М.Ю., Свинин B.C., Игнатьев С.А., Руденко Г.Н// - Опубликовано: 27.10.2010.

49. Патент №2444602. Перфоратор / Юнгмейстер Д.А., Пивнев В.А., Соколова Г.В., Непран М.Ю., Васильева М.А., Васильев А.Ю., Руденко Г.В.// Опубликовано: 12.03.2012.

50. Патент №2467172. Погрузочный орган активного действия / Юнгмейстер Д.А., Соколова Г.В., Непран М.Ю., Васильева М.А., Васильев И.А., Руденко Г.В., Иванов А.В.// Опубликовано: 10.07.2012

51. Пивень, Г.Г. Из опыта создания гидравлических ударных и вибрационных машин в Карагандинском регионе. / Г.Г. Пивень, И.А. Янцен, Д.Н. Ешуткин // В сб. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума. - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2000. - С. 57-61.

52. Пивнев, В.А. Модернизация конструкции перфоратора 1111-54 для условий рудников ОАО "Апатит"/ В.А Пивнев и др. // Пермь: Научно-технический журнал "Горная промышленность".-№5. - 2012. - С. 75-82

53. Пивнев, В.А. Обоснование параметров и выбор материалов деталей для ударной системы «поршень-боек-инструмент» перфоратора / В.А. Пивнев и др. // Труды 10-ой международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». - Воркута. - 2012. - С. 395399.

54~ Пивнев, В.А. Разработка и исследование средств бурения с регулируемым ударным импульсом для шпуров и скважин./ В.А. Пивнев // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - СПб, СПГГИ (ТУ). - 2004. - 143 с.

55. Пивнев, В.А. Рудничные испытания модернизированного перфоратора ПП-54С2 со сдвоенной ударной системой и утолщенной воздушной трубкой/ В.А. Пивнев и др. // 11-я Международная научно-практическая конференция «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». -Воркута. - 2013. - С. 461-467.

56. Подэрни, Р.Ю. Методика определения главных параметров гидропоршня - ударника./ Р.Ю. Подэрни, М.Р. Хромой, В.Ф. Сандалов // Горные машины и автоматика. - № 12 - 2003. - С.41-44

57. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика ./ Л. Прандтль - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика". - 2000. - 576 с.

58. Протасов, Ю.И. Теоретические основы механического разрушения горных пород./ Ю.И. Протасов - М.: Недра. - 1985. - 242 с.

59. Ржевский, В.В. Основы физики горных пород. / В.В. Ржевский, Г.Я. Новик - М.: Недра. - 1984. - 359 с.

60. Рындин, В.П. Измерение энергии и частоты ударов бурильных машин / В.П. Рындин // " Горные машины и автоматика", - № 12, - 2003. - С. 22-24.

61. Рындин, В.П. Отраженные импульсы при вращательно-ударном бурении/ В.П. Рындин // Вестн. КузГТУ. - 2004. - №2. - С. 48-49.

62. Рындин, В.П. Энергия ударных импульсов в штанге бурильной машины/ В.П. Рындин // Вестн. КузГТУ. - 2004. - №4. - С. 22-23.

63. Сальников, Я.С. Модельные исследования формирования и передачи импульса напряжения для разрушения крепких минеральных сред / Я.С. Сальников // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы V международного симпозиума. - Орел: Госуниверситет - УНПК. -2013. С.260-265

64. Соколинский, В.Б. Машины ударного разрушения (основы "комплексного проектирования) / В.Б. Соколинский - М.: Машиностроение.

-1982.-295 с.

65. Соколова, Г.В. Разработка погрузочных устройств с лапами активного действия / Г.В. Соколова, М.А. Васильева, М.Ю. Непран // Записки Горного института. - СПб. - Т. 196. -2012. - С. 266-270.

66. Солод, В.И. Горные машины и автоматизированные комплексы./ В.И. Солод, В.И. Зайков, K.M. Первов - М.: Недра. - 1981. -214с.

67. Тамбовцев, П.Н. Новые конструкции пневмоударных машин для специальных строительных работ / П.Н. Тамбовцев // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы V международного симпозиума. -Орел: Госуниверситет - УНПК - 2013. С. 169-175

68. Тангаев, И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. / И.А. Тангаев - М.: Недра. - 1986. - 231 с.

69. Ушаков, JI.C. Краткий анализ работ по созданию гидравлических молотов / J1.C. Ушаков, В.Б. Горовиц // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы V международного симпозиума. - Орел: Госуниверситет - УНПК - 2013. С.101-112

70. Ушаков, JI.C. Математическая модель рабочего хода импульсного гидропневматического привода. / Л.С. Ушаков, А.В. Горин, Д.А. Юрьев // В сб. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия. Материалы международного симпозиума. - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2000 - С. 7175.

71. Ушаков, Л.С. Машины ударного и периодического действия в импульсных технологиях / Л.С. Ушаков, В.А. Голенков // В сб. Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного симпозиума. - Орел, изд. ОрелГТУ. - 2010. С.3-14

72. Ушаков, Л.С., Котылев Ю.Е., Кравченко В.А. Гидравлические машины ударного действия. - М: Машиностроение, 2000. 416 с.

73. Филиппов, Г.С. Обоснование параметров и исследования комбинированного бурового инструмента. / Г.С. Филиппов и др. //Сб. науч. тр. «Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности». -Л., Изд. ин-та Гипроникель. - 1991. - С. 25-33.

74. Юнгмейстер, Д.А. Исследование конструкции устройства для бурения скважин плоского сечения в подземных выработках/ Д.А. Юнгмейстер и др. // журнал «Горное оборудование и электромеханика», - № 6. - 2011. - С. 42-43

75. Юнгмейстер, Д.А. Модернизация ударных буровых механизмов/ Д.А. Юнгмейстер и др. - СПб.: Политтехника - сервис. - 2012. - 149 с.

76. Юнгмейстер, Д.А. Обоснование параметров исполнительного органа проходческого комплекса для специальных выработок шахт ОАО «Метрострой» СПб / Д.А. Юнгмейстер, М.Ю. Непран // 9-я Международная научно-практическая конференция «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». - Воркута. - Т.2. - 2011. - С. 303-307.

77. Юнгмейстер, Д.А. Основные результаты исследований перфоратора со сдвоенной ударной системой «поршень-боек-штанга» / Д.А. Юнгмейстер // Горное оборудование и электромеханика. - №3. - 2006. . - С.57-61.

78. Юнгмейстер, Д.А. Основы эксплуатации горных машин и оборудования. Выбор компоновки горной машины на основе морфологического анализа. / Д.А. Юнгмейстер и др. - СПб.: СПГГИ (ТУ). - 2010. - С. 103-106.

79. Юнгмейстер, Д.А. Погрузочные устройства с лапами активного действия. / Д.А. Юнгмейстер и др.// журнал «Горное оборудование и электромеханика». - №7- 2010. - С. 5-8

80. Юнгмейстер, Д.А. Промышленные испытания модернизированного перфоратора 1111-54 с ударной системой «поршень-боек-штанга/ Д.А. Юнгмейстер и др. // 3 Международная конференция по проблемам рационального природопользования. -Тула. -2012. - С. 102-104.

81. Юнгмейстер, Д.А. Расчет и обоснование рациональных параметров погрузочных органов с активным воздействием на штабель / Д.А. Юнгмейстер, М.А. Васильева, М.Ю. Непран // 3 Международная конференция по проблемам рационального природопользования. - Тула. -2012.-С. 105-109.

82. Юнгмейстер, Д.А. Результаты исследования перфоратора ПП-54 с ударной системой «поршень-боек-штанга» с аэродинамическим позиционированием бойка./ Д.А. Юнгмейстер и др. // Материалы IV международного научного симпозиума. - Орел. -2010- С. 90-96.

83. Юнгмейстер, Д.А. Экспериментальное и теоретические исследования перфоратора с ударной системой «поршень - боек - инструмент» / Д.А. Юнгмейстери др. // журнал «Горное оборудование и электромеханика». -№7.-2011.-С. 9-14.

84. Яцких, В.Г. Горные машины и комплексы. / В.Г. Яцких и др. - М.: Недра. - 1984.-372 с.