Обоснование структуры и основных параметров переносного перфоратора с винтовой траекторией рабочего хода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Гринько Антон Александрович

• Гринько Антон Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Гринько Антон Александрович

Введение

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Анализ способов бурения шпуров и особенностей силового воздействия на буровой инструмент

1.2 Анализ моделей взаимодействия ударных инструментов с массивами разрушаемых горных пород

1.3 Анализ методов и средств физического моделирования процесса разрушения породы применительно к бурению шпуров

1.4 Анализ машин для бурения шпуров ударно-поворотным и ударно-вращательным способами

1.5 Способы повышения эффективности бурения шпуров машинами ударного действия

Выводы по главе 1 и задачи исследований

Глава 2. Выбор методов и обоснование критериев моделирования для исследования процесса разрушения породы направленной ударной нагрузкой применительно к бурению шпуров

2.1 Основные положения математического моделирования напряженно-деформированного состояния твердых тел методом конечно-элементного анализа (МКЭ)

2.2 Выбор критерия прочности горной породы при численном моделировании ее разрушения

2.3 Разработка методов и средств физического моделирования процесса разрушения породы направленной ударной нагрузкой применительно к бурению шпуров

2.4 Выводы по второй главе

Глава 3. Исследование процесса разрушения породы при воздействии на нее ударных нагрузок с различными углами приложения к поверхности забоя66

3.1 Повышение эффективности бурения шпуров ударно-поворотным способом изменением траектории внедрения бурового инструмента в забой

3.2 Исследования конечно-элементным моделированием напряженно-деформированного состояния и процесса разрушения породы ударными нагрузками

3.3 Экспериментальное исследование влияния углов приложения ударной нагрузки к поверхности забоя на эффективность сколообразования

3.4 Конечно-элементное моделирование процесса внедрения клиньев разной формы в породный массив при осевой и винтовой схемах ударного нагружения

3.5 Физическое моделирование процесса внедрения клиньев разной формы в породный массив при осевой и винтовой схемах ударного нагружения

3.6 Выводы по третьей главе

Глава 4 Обоснование структуры, конструктивных параметров ударно-поворотного механизма перфоратора с винтовой траекторией рабочего хода и бурового инструмента

4.1 Совершенствование принципа работы и конструкции перфоратора изменением траектории рабочего хода бурового инструмента

4.2 Определение конструктивных и кинематических параметров переносного перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента

4.2.1 Определение параметров геликоидальной нарезки хвостовика бура

4.2.2 Определение конструктивных и кинематических параметров дополнительного храпового механизма

4.2.3 Совершенствование бурового инструмента для предлагаемого перфоратора

4.3 Обоснование экономической целесообразности модернизированного изделия

Выводы по 4 главе:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование структуры и основных параметров переносного перфоратора с винтовой траекторией рабочего хода»

Введение

Актуальность работы. В соответствии с энергетической стратегией России на период до 2030 года горная промышленность должна достигнуть принципиально нового уровня развития с переходом на путь инновационного и энергоэффективного прогресса [1]. Этому, безусловно, должно способствовать совершенствование горной техники и, в частности, средств бурения шпуров и скважин, к числу которых относятся переносные перфораторы ударно-поворотного действия.

Повышение эффективности бурения шпуров в массивах крепких горных пород возможно за счет совершенствования применяемых методов (силовых схем) разрушения породного массива. Ударно-поворотный способ бурения по-прежнему является универсальным способом, при котором возможно бурение самых крепких пород, хотя и с небольшой скоростью бурения. Увеличение производительности перфораторов позволит не только снизить себестоимость буровых работ за счет уменьшения затрат времени на бурение шпуров, но и в целом повысит эффективность горнопроходческих работ. Особенно это будет проявляться в условиях, когда мощность угольного пласта малая (Восточный Донбасс - до 1,2 м) и средняя (Печорский угольный бассейн-до 1,53 м), так как объемы буровых работ здесь повышаются [2]. Следовательно, решение задач по разработке методов и технических средств, обеспечивающих повышение эффективности бурения шпуров, являются весьма актуальными, и требуют соответствующих исследований.

Цель работы. Целью работы является повышение эффективности бурения шпуров в крепких горных породах обоснованием структуры и выбором рациональных параметров переносного перфоратора с винтовой траекторией рабочего хода.

Идея работы. Повышение эффективности бурения крепких горных пород ударно-поворотным способом достигается движением лезвий ударного бурового инструмента при рабочем ходе по винтовой траектории, угол

наклона которой должен обеспечить отклонение вектора ударной нагрузки на лезвие инструмента на величину, при которой проявляется наилучшее сколообразование.

Задачи работы:

1. Разработка математической (имитационной) модели процесса ударно-поворотного бурения шпуров в крепких горных породах с учетом воздействия на забой ударными нагрузками, учитывающей изменение направления вектора ударной нагрузки на лезвие бурового инструмента.

2. Разработка и изготовление конструкции экспериментального стенда, позволяющего проводить исследования влияния изменения направления и энергии ударных нагрузок, прикладываемых к буровому инструменту, на эффективность сколообразования.

3. Проведение экспериментальных исследований на образцах горных пород с различной крепостью, систематизация и анализ полученных экспериментальных данных.

4. Проведение экспериментальных исследований влияния траектории внедрения бурового инструмента и его геометрии на объем формируемых сколов породы и энергоемкость разрушения.

5. Проведение анализа известных технических решений по поиску ударных механизмов, обеспечивающих возможность внедрения бурового инструмента в породный массив по винтовой траектории, позволяющей отклонить вектор ударной нагрузки от оси бурового инструмента на угол, обеспечивающий наилучшее сколообразование.

6. Обоснование структурной и компоновочной схемы устройства, позволяющего реализовать предлагаемый метод с заданными параметрами и обоснование конструктивных параметров перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента. Разработка методики по определению конструктивных параметров переносного перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента.

Методы решения поставленных задач:

1. Для разработки математической (имитационной) модели бурения горной породы с целенаправленной ударной нагрузкой использован программный комплекс конечно-элементного анализа Abaqus/CAE.

2. Разработка конструкции экспериментального стенда осуществлялась с использованием системы трехмерного моделирования Компас-3Б.

3. Проведение экспериментальных исследований выполнялась в соответствии с известными методиками проведения экспериментальных исследований, положениями теории инженерного эксперимента и методами математической статистики.

4. Анализ известных технических решений проводился на основании патентного поиска по открытым реестрам Федеральной службы по интеллектуальной собственности, а также на основании анализа и систематизации информации, представленной в периодических изданиях, специализированной литературе как в области бурения, так и по смежным областям науки и техники.

5. Обоснование структурной и компоновочной схемы устройства, позволяющего реализовать предлагаемый метод с заданными параметрами, осуществлялась с использованием системы трехмерного моделирования Коомпас-3D. Разработка методики по определению конструктивных параметров переносного перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента проводилась на основании ранее известных уравнений для определения оптимальных геометрических размеров узлов деталей машин.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель, увязывающая величину и направление вектора ударной нагрузки лезвия бурового инструмента с прочностными параметрами забоя, позволяющая определить картину напряжений сдвига в

породном массиве, по которой устанавливаются наиболее вероятные условия крупного скола.

2. Повышение показателей эффективности бурения шпура ударно-поворотным способом достигается изменением характера внедрения бурового инструмента в породный массив с осевой на винтовую траекторию, угол подъема которой при 55-60 градусах оказывает наибольшее положительное влияние на формирование крупных сколов.

3. Повышение показателей эффективности ударно-поворотного способа бурения с винтовым рабочим ходом достигается применением бурового инструмента в виде долотчатой коронки, рабочие грани которой в поперечном сечении представляют собой клинья с углами заточки плоскостей меньшими по направлению поворота инструмента, чем с противоположной стороны.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель силового воздействия лезвия бурового инструмента на породный массив, отличающаяся тем, что учитывает не только величину, но направление вектора ударной нагрузки, позволяющая через картину распределения сдвигающих напряжений, возникающих в породном массиве, определять оптимальные углы приложения ударных нагрузок, обеспечивающих наилучшие условия для сколообразования.

2. Предложено изменение характера внедрения бурового инструмента в породный массив с осевой на винтовую траекторию, обеспечивающую формирование в породном массиве сдвигающих напряжений, что приводит к образованию более крупного скола. Установленные закономерности влияния углов приложения ударной нагрузки на объем выкола породы позволили определить оптимальный угол подъёма винтовой траектории равным 55-60 градусов, что в 1,4 раза повышает объем выколотой породы в сравнении с традиционным осевым внедрением.

3. Установлены закономерности, свидетельствующие о влиянии углов заточки рабочих граней бурового инструмента, выполненных в виде клиньев, на характер сколообразования породного массива при ударно-винтовом нагружении. Наибольший эффект процесса сколообразования проявляется при использовании клина, который имеет более заостренную плоскость по направлению поворота инструмента на 5-10 градусов, чем с противоположной стороны.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается: корректностью постановки задач исследований; достаточным объемом лабораторных экспериментальных исследований, выполненных с применением известных методик планирования эксперимента и математической статистики; применением математического моделирования на основе метода конечных элементов и системного анализа процесса разрушения горных пород.

Научное значение работы.

Совершенствование теории функционирования бурильных машин ударно-поворотного действия.

Практическое значение работы.

- предложена методика выбора конструктивных параметров вновь вводимых элементов переносного перфоратора, обеспечивающих реализацию ударно-винтового действия;

- разработана конструкция переносного перфоратора, позволяющая реализовать изменение характера внедрения бурового инструмента в породный массив с осевой (линейной) на винтовую траекторию;

- разработаны конструкции буровых коронок, обеспечивающие повышение процесса сколообразования и снижение энергоемкости разрушения при ударно-винтовом воздействии на буровой инструмент.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований в виде методики выбора конструктивных параметров переносных перфораторов ударно-винтового действия нашли практическое применение в ООО «Шахтинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт».

Материалы диссертационной работы внедрены в учебные курсы для студентов, обучающихся по специальности «Горное дело» (специализация горные машины и оборудование).

Личный вклад автора. Выполнен анализ моделей взаимодействия буровых инструментов при разрушении горных пород, закономерностей сколов кусков породы ударно-скалывающими инструментами и конструкций перфораторов для бурения шпуров ударно-поворотным способом. Также рассмотрены способы повышения эффективности бурения шпуров машинами ударного действия. Разработана оригинальная конструкция ударно-поворотного механизма переносного перфоратора, позволяющего реализовать ударное нагружение инструмента в виде винтовой траектории внедрения в породный массив. Проведены экспериментальные исследования зависимости объема единичного скола породы от углов приложения ударной нагрузки и траектории внедрения инструмента различной формы на эффективность сколообразования и энергоемкость разрушения. Предложены буровые коронки с разными углами заточки передних и задних граней, обеспечивающие повышение объемов единичных сколов породы от действия ударных нагрузок и, как следствие, уменьшение энергоемкости разрушения при ударно-винтовой схеме нагружения бурового инструмента.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение: на научно-технических конференциях ЮРГПУ (НПИ) (2018-2020 гг.); на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» в Горном институте НИТУ «МИСиС» (2018-2021 гг.); на XVI международной научно - практической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» в

Уральском государственном горном университете (г. Екатеринбург), на XIX Всероссийской конференции-конкурсе студентов и аспирантов «Актуальные проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 статья, индексируемая в базе SCOPUS, и 7 статей в других изданиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 101 наименований, 4 приложений. Текст изложен на 143 страницах и включает 51 рисунок и 16 таблиц.

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Анализ способов бурения шпуров и особенностей силового воздействия на буровой инструмент

Бурение шпуров является одним из самых важных технологических процессов при проведении буровзрывных работ на горных предприятиях. Строительство таких цилиндрических углублений в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м позволяет осуществлять работы по установке анкерной крепи и проводить буровзрывные работы.

Наиболее широкое применение при бурении шпуров нашли механические способы бурения, позволяющие в сравнении с немеханическими способами (плазменный, химический, ультразвуковой и т.д), непосредственно через буровой инструмент воздействовать на разбуриваемый породный массив. Именно механический способ бурения шпуров остается наиболее эффективным способом воздействия породоразрушающего инструмента на забой.

В настоящее время бурение шпуров механическим способом осуществляется путем разрушения горных пород различными буровыми инструментами и способами силового воздействия на них. По характеру деформации породы в месте ее контакта с рабочими кромками инструмента проявляется объемное и поверхностное разрушение [3,4]. В случае объемного разрушения давление на породу в зоне контакта с инструментом превышает временное сопротивление вдавливанию, а в случае поверхностного разрушения - внедрение в породу не происходит, так как удельное давление контакта лезвий инструмента на породу будет меньше твердости породы на вдавливание. Разрушение породы происходит за счет истирания и сопровождается интенсивным износом инструмента и повышенными затратами энергии на разрушение.

Механическое взаимодействие бурового инструмента с породным массивом разделяется на следующие способы бурения (рисунок 1.1):

- вращательное

- вращательно-ударное

- ударно-вращательное

- ударно-поворотное

Рисунок 1.1 - Виды механического бурения шпуров и скважин

При вращательном способе бурения (рисунок 1.2) буровой инструмент непрерывно вращается относительно своей оси за счет крутящего момента Мкр и одновременно с этим перемещается в осевом направлении при постоянно действующем осевом усилии Р. Буровой инструмент движется по винтовой линии с относительно малым шагом и своими кромками или выступами разрушает породу глубиной И. Одновременно с этим, буровой инструмент воспринимает силы Яу и Я2, характеризующие сопротивление породы внедрению и резанию.

Рисунок 1.2 - Схема сил, действующих на резец при вращательном способе бурения: Р - осевое усилие; Мкр - крутящий момент;

Ру - сопротивление породы внедрению; Р - сопротивление породы резанию; И - глубина потенциального скола

Из этого следует, что эффективность вращательного бурения определяется зонами объемных и поверхностных разрушений горной породы. Чем дольше обеспечивается работа инструмента в области объемного разрушения, тем эффективность вращательного бурения будет выше [5].

В целях анализа и сравнения изменения действующих сил на буровом инструменте за промежуток времени ? при различных способах силового воздействия приведены типичные осциллограммы процессов бурения.

На рисунке 1.3 представлены осциллограммы осевого усилия Р и крутящего момента Мкр при вращательном бурении. Из рисунка 1.3 видно, что на буровой инструмент действует постоянная осевая нагрузка Р и резко меняющийся в своих значениях крутящий момент Мкр. Резкое изменение крутящего момента связано с различным значением силы, необходимой для образования сколов породы различного объема в процессе бурения [65].

Рисунок 1.3 - Осциллограммы осевого усилия Р и крутящего момента Мкр при вращательном способе бурения

При вращательно-ударном способе бурения (рисунок 1.4) происходит сочетание резания и внедрения бурового инструмента в осевом направлении за счет осевой ударной нагрузки Руд. При таком способе бурения на

Возможные плоскости сколоЬ

Рисунок 1.4 - Схема сил, действующих на буровой резец при вращательно-ударном способе бурения: Р - осевое усилие; Мкр -

крутящий момент; Руд - осевая ударная нагрузка; Яу -сопротивление породы внедрению; Я - сопротивление породы резанию; И - глубина потенциального скола

инструмент действует осевое усилие Р и осевая ударная нагрузка Руд, под действием которой происходит эффективное внедрение бурового инструмента в виде асимметричного клина в породу на глубину И, а наличие значительного крутящего момента Мкр обеспечивает скалывание основного объема породы передней режущей кромкой бурового инструмента [5].

Мощность, затрачивая в бурильных головках на вращатель при вращательно-ударном способе бурения, выше мощности ударного механизма. Наиболее эффективно вращательно-ударный способ бурения применяется в породах крепостью / = 6-12 [5,9].

На осциллограммах процесса вращательно-ударного бурения, изображенных на рисунке 1.5 видно, что процесс изменения сил на промежутке времени ? подобен осциллограмме вращательного бурения. Однако, отличительным признаком является наличие осевой ударной нагрузки Руд, которая прикладывается к буровому инструменту с определенной частотой [65].

Рисунок 1.5 - Осциллограммы осевого усилия Р, крутящего момента Мкр и осевой ударной нагрузки Руд при вращательно-ударном способе бурения

При ударно-вращательном способе бурения (рисунок 1.6) на буровой инструмент в виде долота действует осевое усилие Р и ударная нагрузка Руд, а постоянно действующий крутящий момент Мкр обеспечивает вращение долота. Отличительным признаком от вышеописанного способа бурения является принципиально другое соотношение сил. В представленном способе бурения разрушение основного объема горной породы осуществляется за счет

Р+Руд

Рисунок 1.6 - Схема сил, действующих на долото при ударно-вращательном способе бурения: Р - осевое усилие; Руд - осевая ударная нагрузка; Мкр - крутящий момент; И - глубина внедрения в породу; у -

угол развала борозды; Рт - сила трения коронки о породу; N— нормальная сила воздействия боковой поверхности лезвия коронки на

породу

осевой ударной нагрузки Руд, в результате которой происходит внедрение долота в породу на глубину И. Постоянный крутящий момент Мкр вращает долото и зачищает грудь забоя от гребешков породы, остающихся между соседними лунками выкола, а постоянное относительно небольшое осевое усилие только прижимает буровой инструмент к забою.

Анализируя осциллограммы процесса ударно-вращательного бурения, изображенные на рисунке 1.7. видно, что процесс изменения сил за время ? идентичен осциллограмме вращательно-ударного бурения, за исключением

большего значения силы Руд, необходимой для дополнительного внедрения бурового инструмента в осевом направлении и разрушения основного объема породы [65].

Значение подводимой энергии к породоразрушающему инструменту

Мкр.Нм

Рисунок 1.7 - Осциллограммы осевого усилия Р, крутящего момента Мкр и осевой ударной нагрузки Руд при ударно-вращательном способе бурения

при ударно-вращательном и вращательно-ударном бурении всегда больше, чем только при вращательном или ударно-поворотном, а характер разрушения породы в зависимости от соотношения удельной величины статической и динамической нагрузок, действующих одновременно, и твердости породы в условиях ее сложнонапряженного состояния может быть как объемным, так и поверхностным.

При ударно-поворотном бурении (рисунок 1.8) разрушение породы производится осевой ударной нагрузкой Руд, периодически наносимой вдоль оси долота с определенной частотой, и поворотом долота в период между

Рисунок 1.8 - Схема сил, действующих на долото при разрушении массива ударно-поворотным способом бурения: Руд - осевая ударная нагрузка; а - угол между ударами; в - угол заострения бурового инструмента; Рт - сила трения коронки о породу; N— нормальная сила воздействия боковой поверхности лезвия коронки на породу; И - глубина внедрения в породу; у - угол развала борозды;

ударами а. В результате ударного бурения в разбуриваемой горной породе формируется сложное напряженное состояние, способствующее образованию сжимающих напряжений и дальнейшему образованию уплотнительного ядра, состоящего из раздробленной породы. Под действием сдвигающих напряжений, появляющихся от сил N происходит скол частиц породы под углом у > Р в сторону открытой плоскости. Долото внедряется в породу на глубину И, величина которой зависит от энергии осевой ударной нагрузки Руд.

Основными факторами, влияющими на эффективность ударно-поворотного бурения, являются энергия и частота приложения ударных нагрузок к инструменту, а также угол поворота инструмента а между ударами.

На рисунке 1.9 представлена зависимость глубины внедрения И лезвий бурового инструмента от угла приложения ударной нагрузки при ударно-поворотном бурении за время I. Из схемы видно, что во время действия осевой ударной нагрузки 1у глубина внедрения лезвий бурового инструмента прямо пропорционально возрастает. Одновременно с этим процессом угол

приложения ударной нагрузки а равен нулю, так как внедрение бурового инструмента осуществляется без поворота относительно его оси.

Рисунок 1.9 - Зависимость глубины внедрения И лезвий бурового инструмента от угла приложения ударной нагрузки а при ударно-поворотном бурении за время 1:1у - время действия осевой ударной нагрузки; Хв - время возврата инструмента в исходное положение; 1пов -время, затрачиваемое на поворот инструмента; 1рп - время, затрачиваемое инструментом на ударную нагрузку; 1хп - время холостого поворота

бурового инструмента

Далее инструмент возвращается в свое исходное положение за время 1в и поворачивается на угол а = 15 — 20° градусов вне контакта с породным забоем за время 1хп. Далее цикл взаимодействия бурового инструмента с породой повторяется [78].

Проведенный анализ известных способов бурения и особенностей силового воздействия на буровой инструмент позволяет выявить возможности повышения эффективности бурения и разработать соответствующие им новые схемы силовых воздействий на инструмент. Применение таких схем, в частности для ударно-поворотного бурения, позволит не только передать большее количество энергии в породный массив, но и раскрыть ранее не использовавшиеся резервы повышения эффективности бурения. Однако для этого требуются соответствующие исследования.

1.2 Анализ моделей взаимодействия ударных инструментов с массивами

разрушаемых горных пород

Исследования в области процесса разрушения горной породы ударным воздействием на буровой инструмент и энергоемкости разрушения горных пород машинами ударного действия проводились многими учеными, среди которых Н.С. Успенский, И.С. Покровский, И.А. Остроушко, В.В. Царицин, Н.С. Гуськов, Ж.А. Коняшин, Л.Т. Дворников, А.Д. Пашков, Асатура К.Г и др.

Н.С. Успенский [6] предложил общепринятую теорию (теорию бурения шпура), освещающую процесс разрушения горной породы лезвием бурового инструмента (рисунок 1.10). Согласно этой теории, буровой инструмент (долото) внедряется в породный массив на глубину h под действием силы P. При последующих нанесениях ударов по забою породы происходит скалывание секторов породы аЬ и cd. Скалывающая сила определятся как:

Н

Р /и Ч

<а

2"° <2

Глубина внедрения бура в породу определяется как:

(1.1)

к =

Р

а

СОБ^СОБф 2Ь°в Бт + <р)

(1.2)

где Ь — длина лезвия коронки (долота) в мм; ав — предел прочности

породы при сжатии в кг/мм2; а — угол приострения лезвия долота в град.; ф — угол трения долота о породу в град.

Данная теория разрушения представляет процесс ударного взаимодействия бура в упрощенной форме и содержит ряд недостатков. Лезвие бура принято идеально острым, а сила и скорость удара инструмента о породу приняты постоянными. В процессе бурения происходит затупление лезвий бурового инструмента, а наличие в структуре породе различных твёрдых включений и других факторов позволяет считать, что представленная схема процесса разрушения не описывает все физические процессы, протекающие при взаимодействии лезвий инструмента с породной, а сам механизм разрушения при ударном взаимодействии значительно сложнее.

Профессор И.А. Остроушко в своих работах [7] наиболее обоснованно предложил теорию механизма разрушения при ударном бурении. Согласно данной теории, автор вводит понятие главный объем давления, образующийся

Рисунок 1.10 - Стадии процесса разрушения породы по схеме Н.С. Успенского

под цилиндрическим пуансоном (объем в виде клина aob) в результате действия на него внешней силы Py. Сила Py определяется по формуле:

РуБШа о = сдв^0СО5а0^1 (1.3)

В результате чего деформацию породного массива можно представить в следующей последовательности. В начале процесса разрушения формируется главный объем давления (отрезок aob) и сферический объем материала, который находится в

различной

напряженности.

способствует

степени Это отделению

главных объемов скалывания и образованию трещин на поверхности сферического объёма. Исследованиями [7] было доказано, что на стадии разрушения главные объемы давления не зависят от своих физических свойств и формы. Формирование главного объема давления происходит за счет всестороннего сжатия,

обусловленного нарушением целостности тела сдвигами.

После отделения первого объема Рисунок 1.11- Стадии процесса разрушения

породы по схеме И. А. Остроушко: a — начальный момент внедрения бура; б и в - последующее внедрение бура; (11 — освободившуюся часть ширина внедрения; Ь — длина лезвия долота

пространства. Далее начинает образовываться уплотнительная область в виде зажатой породы под инструментом, что способствует формированию главного

породы инструмент внедряясь воздействует на

объема давления — I (рисунок 1.11, а) с последующий отделением от массива конусов обрушения (отрезки кас и к'а'с') и выдавливанием объемов II и III (рисунок 1.11 б и в). Выдавливание этих объемов сопровождается смятием некоторого количества породы за пределами внешних граней конусов скалывания. Наибольшее усилие Ру в конце цикла нагружения инструмента определяется по формуле [7]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гринько Антон Александрович, 2021 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13.09.2009 №1715-р, Энергетическая стратегия России на период до 2030 года.

2. Постановление правительства Ростовской области от 05.07.2012 №599, Об утверждении Концепции развития угольной промышленности Ростовской области на период до 2030 года.

3. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник для СПО / В. Г. Лукьянов, В. Г. Крец. - М.: Издательство Юрайт, 2016. - 342 с. - Серия: Профессиональное образование.

4. Тургель Д. К. Горные машины и оборудование подземных разработок: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007. 302 с.

5. Фейгин Л.М., Шетлер Г.А. Бурение шпуров. М. Гортехиздат. 1959 г. 239 с.

6. Н.С. Успенский. Курс глубокого бурения ударным способом / Проф. Н. С. Успенский. - Посмертное изд. / под ред. проф. Г. Р. Деринга, с пред. проф. Л. С. Лейбензона. - Москва; Ленинград: Сов. нефтяной промышленности, 1924.

7. Остроушко, И.А. Бурение твердых горных пород. - М.: Недра, 1966. - 289 с.

8. Покровский И. С. Теория ударного бурения / И.С. Покровский // Горный журнал. - 1949. - №12. - С. 17-26.

9. Царицын В.В. Бурение горных пород / В.В. Царицын. - Киев: Гостехиздат УССР, 1959. - 343 с.

10. Царицын В.В. Технологическое разрушение горных пород / В.В. Царицын. - Киев: Техника, 1964. - 443 с.

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

12. 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.

13. Подерни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров / Р.Ю. Подерни.

14. Асатур К.Г. Механика динамического разрушения. Санкт-Петербургский государственный горный институт, Санкт-Петербург, 1997 г., 85 стр.

15. Павлова Н.Н. Разрушение горных пород при динамическом нагружении / Н.Н. Павлова, Л.А. Шрейнер. М.: Недра, 1964, - 160 с.

16. Шрайман А. А. Опыт применения проходческих машин с ударными рабочими органами за рубежом: Экспресс-информация/ А.А. Шрайман, И.Е. Заяц. - М.: ЦНИЭИуголь, 1978. - 14 с.

17. Патент № 861574. Домарацкий Б.П., Чурилин А. М., Гаврилин В.М., Махмудов С. Х., Шепеляв А. А.. Стенд для моделирования процесса ударного бурения, 1981.09.07.

18. Патент № 2005879. Дворников Л.Т., Прядко Ю.А. Стенд для моделирования процесса ударного бурения, 15.01.1994.

19. С.Г. Мирный. Обоснование и выбор рациональной частоты вращения штанги машин для сверления шпуров в породах повышенной крепости и абразивности: Дис. канд. техн. наук. - Новочеркасск: НПИ, 2005. -142с.

20. Патент № 1 687 760. Мирный С.Г., Крапивин М. Г., Петров Н. Г. Стенд для испытаний инструмента вращательного бурения. 1991.10.30.

21. Патент № 2516042. Сысоев Н.И., Мирный С.Г., Гринько Д.А. Стенд для исследования режимов бурения горных пород. 20.03.2014.

22. Копытов, А. И. История развития горного дела: монография / А. И. Копытов, Ю. А. Масаев, В. В. Першин. - Новосибирск: Наука, 2009. - 510 с.: ил.

23. История развития перфоратора [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.instrent.ru/articles/perforator history.php

24. ГОСТ 10750-80. Библиографическая ссылка. Перфораторы пневматические переносные. Технические условия. Госстандарт СССР. 01.01.1982.

25. Биржанова Д.С., Койшибаева С.А. Методическая указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Горные машины»: Учебное пособие. - Актобе: ред- изд. отдел филиала АО НЦПК «Эрлеу», 2020 г. - 44 с.

26. Алиев, Ж.А. Исследование разрушения негабаритов с целью создания навесного гидропневматического бутобоя: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.172 / Алиев Женис Аккожанович // Караганда: Карагандинский политехнический институт. - 1971. - 22 с.

27. Стрельцов, B.A. Определение окружной скорости ротора роторных дробилок / B.A. Стрельцов // Исследование дробильно-обогатительного оборудования. Тр. ВНИИ Стройдормаш -1970. - Вып. 49. - С. 38-44.

28. Барон, Л.И. Абразивность горных пород при добывании / Л.И. Барон, А.В. Кузнецов // М.: Изд-во Акад. Наук СССР. - 1961.

29. Барон, Л.И. Разрушаемость горных пород свободным ударом / Л.И. Барон, И.Е. Хмельковский // М.: Недра. - 1971. - 201 с.

30. Jennet E.W. «Rotary-Percussive Drill Studies Explain New Drilling», Teaching and Mining Journal, August, 1956.

31. Lacabanne W.D. and Pfleider E.P. «Rotary-Percussion Blasthde Machine May Revolutionze Drilling», Mining Engineering, Sept, 1955 Vel. 7.

32. В.П. Рындин. Определение энергетических параметров и совершенствование динамики ударных систем бурильных машин. Дис. докт. техн. наук. - Кемерово, 2005. - 330с.

33. В.М. Васильев. Разработка высокоэффективных перфораторов с улучшенными вибрационно-силовыми: Дис. канд. техн. наук. - Ленинград, 1984. - 245с.

34. М.Ю. Непран. Аэродинамическое позиционирование бойка пневмоперфоратора со сдвоенным ударником повышенной эффективности: Дис. канд. техн. наук. - Санкт - Петербург, 2013. - 123с.

35. В.А. Пивнев. Разработка и исследование средств бурения с регулируемым ударным импульсом для шпуров и скважин: Дис. канд. техн. наук. - Санкт - Петербург, 2004. - 135с.

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

37. 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.

38. А.Э. Сабитов. Обоснование параметров перфоратора с ударной системой «поршень-боек-штанга» для бурения коротких шпуров с сухой продувкой: Дис. канд. техн. наук. - Санкт-Петербург, 2016. - 147.

39. М.В. Новосельцева. Обоснование параметров гидроимпульсного механизма для бурильных установок: Дис. канд. техн. наук. - Новосибирск, 2017. - 146с.

40. И.А. Жуков. Развитие научных основ повышения эффективности ударных машин для бурения скважин в горных породах: Дис. докт. техн. наук. - Новосибирск, 2017. - 312.

41. Г.В. Прокопович. Выбор рациональных параметров породоразрушающего инструмента при ударном бурении горных пород: Дис. докт. техн. наук. - Екатеринбург, 2013. - 110 с.

42. Аракчеев С.Н. Обоснование параметров и способа повышения стойкости буровых коронок Дис. канд. техн. наук. - Москва, 2006.

43. Д.А. Гринько. Метод расчета и поддержания рациональных режимных параметров бурильной машины мехатронного класса: Дис. канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2015. - 157 с.

44. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975. - 544 с.

45. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. - М.: Недр, 1987. - 221 с.147

46. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. - М.: Недра, 1975. - 144 с.

47. Ержанов Ж.С., Каримбаев Т.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. - Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1975. - 241 с.

48. Abaqus 6.11 Keywords Reference Manual. USA. Dassault Systems,

2011.

49. Hallquist, J. LS-DYNA: Theoretical Manual / J. Hallquist. - Livermore: LSTC, 1998. - 628 c.

50. Мюллер Л. Инженерная геология. Механика скальных массивов // Науки о Земле. М.: Мир. - 1971.

51. Hoek E., Beniawski Z.T. // Proceeding of the 1st Congress of the International Societiy on Rock Mechanics. Lisbon, 1966. - Vol. 1.

52. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. - М.: Недра, 1988. - 272 c.

53. Джегер Ч. Механика горных пород и инженерных сооружений. -М.: Мир, 1974. с.

54. Карташов Ю.М. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Б.В. Матвеев, Г.В. Михеев, А.Б. Фадеев. - М.: Недра, 1979. -269 c.

55. Троллоп Д.Х. Распределение напряжений вокруг подземных выработок. Решения механики зернистой среды // Введение механику скальных пород / Под ред. Х. Бока. - М.: Мир, 1983.

56. Шемякин Е.И. Механика скальных пород и современное строительство / Под ред. Е.И. Шемякина. - М.: Недра, 1992. - 317 c.

57. Holmquist T.J., Johnson G.R., Cook W.H. A computational constitutive model for concrete subjected to large strains, high strain rates and high pressures. M. Murphy. J. Backofen (Eds.). Pro-ceedings of the 14th International Symposium on Ballistics. Canada, Quebec. 1993. P. 591 - 600.

58. Kazunori Fujikake, Bing Li, Sam Soeun. Impact response of reinforced concrete beam and its analytical evaluation. J. Struct. Eng. - ASCE. 2009. Vol. 135. Iss. 8. P. 938 - 950.

59. Алексеенко С.Ф., Мележик В.П. Физика горных пород. Горное давление: Сб. задач и упражнений. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1988. - 248 c.

60. Каркащадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. - 222 c.

61. Drucker, D. C. and Prager, W., Soil mechanics and plastic analysis for limit design // Quarterly of Applied Mathematics. - 1952. - vol. 10. - С. 157-165.

62. Чу Ким Хунг. Метод расчета показателей эффективности функционирования и надежности резцов для бурения шпуров: Дис. канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2016. - 152 с.

63. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Контактная прочность горных пород. -М.: Недра, 1966.

64. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Методика испытаний горных пород на контактную прочность. - М.: Институт Горного Дела им. Скочинского, 1961. - 245 с.

65. Гринько А. А., Сысоев Н. И., Гринько Д. А. Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии долота на горную породу// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2020. - № 9. - С. 102-115. DOI: 10.25018/02361493-2020-9-0-102-115.

66. Сысоев Н. И., Гринько А. А., Гринько Д. А. Моделирование процесса внедрения клиньев разной формы в породный массив при осевой и винтовой схемах ударного нагружения // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2021. - № 6. - С. 120-132. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_120.

67. О. Д. Алимов, Л. Т. Дворников, Бурильные машины, Москва: "Машиностроение", 1976. - 295 с.

68. Крапивин М. Г., Раков И. Я., Сысоев Н. И. Горные инструменты. -3-е изд., перераб. и доп.— М.: Недра, 1990. — 256 с.: ил. ISBN 5-247-00510-4.

69. Сысоев Н.И., Гринько Д.А., Гринько А.А. Исследование напряженно - деформированного состояния природного массива при импульсно моментном воздействии на буровой инструмент. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. тр. XVI Междунар. науч. - техн. конф. ''Чтения памяти В. Р. Кубачека". 2018. ISBN 978-5-9967-0446-0.

70. Finite element modelling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits. Pryhorovska T.O, Chaplinskiy S.S, Kudriavtsev I.O. Petroleum exploration and development Volume 42(6): 888-892. Issue 6, December 2015.

71. Calibrated FEM modelling of rock cutting with PDC cutter. Nina Yari, Marcin Kapitaniak, Vahid Vaziri, Lifeng Ma, Marian Wiercigroch. MATEC Web of Conferences148, 16006 (2018).

72. Modeling the effect of water depth on rock cutting processes with the use of discrete element method. R.L.J. Helmons, S.A. Miedema and C. van Rhee. Terra et Aqua | Number 142 | March 2016.

73. Che, D., Zhu, W. - L., Ehmann, K. F. Chipping and crushing mechanisms in orthogonal rock cutting. International Journal of Mechanical Sciences Volume 119, 1 December 2016, Pages 224-236.

74. Cheng, Z., Sheng, M., Li, G. Cracks imaging in linear cutting tests with a PDC cutter: Characteristics and development sequence of cracks in the rock. (2019) Journal of Petroleum Science and Engineering.

75. Шестаков О.Г. Математическая статистика: Учеб, пособие. Красноярок: Изд-во Краснояр. ун-та, 1982. - 115с.

76. Буренков Н.Н., Гринько Д.А., Гринько А.А. Физика горных пород: учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ / ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2020. - 64 с.

77. Сысоев Н.И., Гринько Д.А. Гринько А.А. Математическое моделирование влияния угла приложения ударной нагрузки при бурении горной породы на эффективность сколообразования. Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. ISBN 2072 - 6554. 2019.

78. Юнгмейстер Д. А., Уразбахтин Р. Ю., Мельников Д. А. Горные машины с модернизированными конструкциями ударных исполнительных органов // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. ст. XV международной научно-технической конференции - 2017. - С. 124-128.

79. Drucker, D. C. and Prager, W., Soil mechanics and plastic analysis for limit design // Quarterly of Applied Mathematics. - 1952. - vol. 10. - С. 157-165.

80. Сысоев Н. И., Гринько А. А., Гринько Д. А. Моделирование процесса внедрения клиньев разной формы в породный массив при осевой и

винтовой схемах ударного нагружения // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2021. - № 6. - С. 120-132. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_120.

81. Pryhorovska T. O., Chaplinskiy S. S., Kudriavtsev I. O. Finite element modelling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits // Petroleum exploration and development. 2015, vol. 42, no. 6, pp. 888—892.

82. Додис Я.М., Нифадьев В.И. Разрушение горных пород при бурении и взрывании. Учеб. пособие. - Бишкек: КРСУ, 2006. - 374 с. ISBN 9967-05-192-2.

83. Юнгмейстер Д.А. Модернизация гидравлических бурильных головок. Горное оборудование и электромеханика. №4. С. 8-13. https://elibrary.ru/item.asp?id=29421819.

84. Жуков И.А., Тимофеев Е. Г. Математическое и компьютерное моделирование ударных процессов в стержневой системе машин ударного действия Современные наукоемкие технологии. 2020. №12. pp. 43-49. doi.org/10.17513/snt.38409.

85. Жуков И.А., Разработка научно-методических основ исследования и совершенствования ударных систем (на примере машин, применяемых при разрушении хрупких сред): Дис. докт. техн. наук. - Томск, 2010. - 238с.

86. Zhukov I. А., Nikitenko S. M. , Dvornikov L. T. About creation of machines for destruction of rock with formation of apertures of various cross-section / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, № 124, Т 12171, 2016. С. 1-4.

87. Юнгмейстер Д.А., Бурак А.Я., Пивнев В.А., Судьенков Ю.В. Основные результаты исследований перфоратора со сдвоенной ударной системой «поршень-боек-штанга» // Горное оборудование и электромеханика, 2006, №3, с.17-20.

88. Н.И. Сысоев, Д.А. Гринько, А.А. Гринько. Совершенствование ударно-поворотного способа бурения. Актуальные проблемы

недропользования - 2020: материалы международной научно-практической конференции, г. Новочеркасск, 18 декабря, 2020 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2021. - 276 с. ISBN 978-5-9997-0746-8.

89. Сысоев Н. И., Гринько А. А., Гринько Д. А. Обоснование структуры и рациональных конструктивных параметров перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента // Горный информационно -аналитический бюллетень. - 2021. - № 7. - С. 113-124. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_113.

90. Anuryev V. I. Handbook of the designer-machine-builder: in 3 volumes: Vol. 2. - 8th ed., reprint. and add. Ed. by I. N. Zhestkova. - M.: Mechanical engineering, 2001. - 912 p.: ill. ISBN 5-217-02964-1.

91. Anuryev V. I. Handbook of the designer-machine builder. In 3 vols., vol. 2. - 5th ed., reprint. and dop. - M.: Mechanical engineering, 1979. - 559 p., ill.

92. Nawar MT, Arafa IT, Elhosseiny OM, Numerical damage evaluation of perforated steel columns subjected to blast loading, Defence Technology, https://doi.org/10.1016/j.dt.2021.03.019.

93. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т.: Т. 2. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.: ил. ISBN 5-217-02964-1.

94. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2.-5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 559 с.

95. Karasawa, H.; Ohno, T.; Miyazaki, K.; Eko, A. Experimental results on the effect of bit wear on torque response. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2016, 84, 1 -9.

96. Davide Piovesan, Phanindra Alladi. Analysis of an energy saving ratchet-based ankle exoskeleton. ASME 2016 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference IDETC2016 August 21-24, 2016, Charlotte, North Carolina.

97. Wael Kassem. (2016). Strut-and-tie modelling for the analysis and design of RC beam-column joints, Materials and Structures 49(8): 3459-3476.

98. Н.И. Сысоев, А.А. Гринько. Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии клина на горную породу. Результаты исследований - 2020: материалы V Национальной конференции профессорско-преподавательского состава и научных работников, г. Новочеркасск, 15 мая 2020 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2020. - 282 с. ISBN 978-5-9997-0740-6.

99. Казанцева И.Г., Гущина Л.А. К-14 Экономика и менеджмент горного производства: учебное пособие / И.Г. Казанцева, Л.А. Гущина — Пермь: Березниковский филиал Перм. нац. исслед. политехи, ун-та, 2013. - 106 с.

100. Разоренов Ю.И. Экономика и менеджмент горной промышленности [Текст]: учеб. пособие для вузов/Разоренов Ю. И,Голик В. И.,Куликов М. М.Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ),2010.-252 с.

101. Гореликова-Китаева, О.Г. Экономическое обоснование модернизации технологического оборудования: методические указания / О.Г. Гореликова-Китаева, Р.Р. Рахматуллин; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2019. - 37 с.

МЕТОДИКА ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРФОРАТОРОВ УДАРНО-ВИНТОВОГО ДЕЙСТВИЯ

Для определения геометрических размеров шлицевого зацепления (геликоидального) необходимо определить пределы прочности на смятие и срез.

Предел прочности на смятие асм, МПа:

ч М

°см = 103 ^ - [°см] (1)

где М - наибольший допустимый крутящий момент, Н • м; к - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по рабочим поверхностям зубьев; обычно принимают к = 0,75.

Е - площадь всех боковых поверхностей зубьев с одной стороны на 1 мм длины, мм2/мм;

I - рабочая длина зуба, мм;

гср - средний радиус шлицевого соединения.

Для прямобочных (прямоугольных зубьев) Е:

Е = г где 2 - число зубьев;

£ - й

^ -С/ + г)

2

(2)

Вв - наружный диаметр зубьев вала, мм;

^ а - диаметр отверстия шлицевой втулки, мм; / - размер фаски, мм; г - радиус закругления, мм. Для прямобочных зубьев тср.

F = 6

г =

'ср

40 - 30

®в -

2

2

-(2 + 1)

= 12

40 + 30 п„ =---= 35 мм

ср

2 100

_ "1 А 3

°см = 10 "075'12' 113 • 35 < ["см]

< [°см]

(з)

асм = 5,61 МПа

В таблице представлены допускаемые напряжения на смятие боковых поверхностей зубьев шлицевых соединений.

Таблица - Допускаемые напряжения на смятие боковых поверхностей зубьев шлицевых соединений

Соединение Условия эксплуатации Специальная термообработка рабочих поверхностей зубьев

Не производится Производится

[°см ], МПа

Подвижное под нагрузкой а - 3-10

б - 5-15

в - 10-20

Предел прочности при срезе ткр, МПа:

М

Ткр 0.2к(Бв -&а)"[Ткр] (¥)

где ь - рабочая высота зуба, мм.

100

0.2 ' 0,006(0,004 - 0,003) В качестве материала изготовления хвостовика бура выберем Сталь 30. [ткр] = 100МПа для Сталь 30.

т =-< [т ]

кр кр

ткр = 8,3МПа - [ткр] (5)

Условие прочности при срезе ткр с указанными геометрическими размерами шлицевых зубьев соблюдается.

Число зубьев храпового колеса из уравнения:

360

2 =

а

(6)

360

2 = ^тт = 18, 20

где ^ - угол поворота храпового колеса, а = 20°. Шаг храпового колеса мм:

t = п • т (7)

t = 3,14 • 4 = 12,56 мм Предварительный модуль храпового колеса т, мм:

3

т = 1750

N

М

(8)

2 • ^ • Кз]

где У - отношение ширины колеса к модулю, ^ = 2.

[оиз]- допускаемые напряжения изгиба, [аиз] = 240 МПа (Сталь 45).

3

т = 1750

100

= 4,2

18 • 2 • 240000000

N

Принимаем т = 4.

Примем высоту зуба храпового колеса И=т. Внешний диаметр храпового колеса мм:

Я = шг (9)

£ = 4 • 18 = 72 мм Проверка линейного удельного давления д, Н/мм производят по формуле:

45).

139 2000М

< я, (10)

тгЬ

где Ь - ширина зуба, мм

Для Стали 45 ц = 400 Н/мм. Следовательно, ширина зуба Ь:

2000'М

Ь =-— (11)

тгЬ

2000 ' 100 Ь = ————тгт = 6,94 мм 4'18'10

Примем ширину зуба Ь = 10 мм.Тогда д:

2000 ' 100

< 300

4'18'10 6,94 < 300

Условие линейного удельного давления соблюдается. Определим окружную силу Р, Н храпового колеса:

2М

Р = 1000--(12)

тг

2 ' 100

р = 1000^——= 2777 Н 4 ' 18

Ширину собачки принимаем из расчета Ьг<Ь. Примем Ьг = 10 мм. Диаметр собачки й, мм:

3

а = 100

N

Р Ь1

(13)

0,1[аиз] 2

где [^из]- допускаемые напряжения изгиба, [<гиз] = 240 МПа (Сталь

3

а = 100

N

2777 10

— = 8,35 мм

0,1' 240000000 2

ч

Примем й = 8 мм.

Определим напряжения от изгиба оиз, МПа:

М„ Р

Он? =--\--

из Ш И

и ■ * (14)

где Ми- изгибающий момент собачки, Н • м;

Ми = Р • I (15)

где / - плечо изгиба собачки, мм. ж - площадь контакта собачки;

я = (16)

6

где х - высота собачки. - площадь собачки;

F = М (17)

Следовательно:

М = 2777 • 19 = 52763 Н •мм

10 • 52 Ш = —-— = 41,6 6

^ = 10 • 5 = 50

^Г. »о

52763 . 2777

из 41,6 50

+ ^=1,3 МПа <К]

Акт внедрения

«Инженерная методика выбора конструктивных параметров перфораторов ударно-винтового действия», разработанные A.A. Гринько в результате выполнения диссертационной работы

Настоящим актом подтверждается, что разработанные методические рекомендации по расчету и выбору конструктивных параметров перфораторов ударно-винтового действия, приняты к внедрению в ООО «ШахтНИУИ».

Управляющий ООО «LU

Журавлев В.В.

УТВЕРЖДАЮ 11ро{хктор по образовательной деятельности ЮР1Т1У (НПИ)

Дьякэи

2021 г.

1ЛОВИЧ

АКТ

внедрения в учебный процесс результатов научио-кследоватсльской работы соискателя кафедры «Горное дело»» 1СРГПУ (НПИ) Гринько Антона Александровича

Комиссия в составе: декана факультета геологин, горного и нефтегазового дела, д.т.н. Третьяка A.A., заведуощего кафедрой «Горное дело», к.т.н. Белодедова A.A., профессора кафедры «Горное дело», д.т.н. Сысоева H.H., аспиранта кафедры «Горное дело» Гринько A.A. составила настоящий акт о том. что результаты научных исследований, полученные в ходе выполнения диссертационной работы Гринько A.A. по обоснованию структуры и расчету основных параметров машин удлрмо-виитоиого действия (на примере ручного перфоратора), разработанные соискателем Гринько A.A. при выполнении диссертационной работы, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 Горные машины внедрены в учебный процесс для студентов четвертого и пятого курсов кафедры «Горное дело» для подготовки специалистов по направлению 21.05.04 «Горное дело» спеииалимиин «Горные машины и оборудование» в курсовом и дипломном проектировании, при выполнении практических занятий по дисциплинам "Конструирование горных машин и оборудования".

Декан ФГГиНГД Д.т.н.

A.A. Третьяк

H.H. Сысоев