Введение
1 Современное состояние исследований машин ударного действия 18
1.1 Ударная система «боёк – волновод – инструмент» технологического назначения 18
1.2 Исторические сведения о развитии теории продольного удара и решении смежных задач 21
1.2.1 История развития теории продольного удара 21
1.2.2 Исследования ударных систем технологического назначения в исторической ретроспективе 32
1.2.3 Исторические сведения о решении задачи разрушения горных пород ударными воздействиями 39
1.2.4 Анализ работ по исследованию зависимости «сила – внедрение» 41
1.2.5 Анализ исследований проблемы разрушения горных пород ударом с образованием шпуров некруглого сечения 45
1.3 Постановка проблем совершенствования машин ударного действия и задач исследований 49
2 Развитие теоретических основ исследования ударных машин, предназначенных для бурения скважин в горных породах 51
2.1 Обоснование зависимости производительности машин ударного действия от формы ударного импульса. Рационализация форм бойков ударных механизмов 51
2.2 Волновая теория продольного удара
2.2.1 Дифференциальные уравнения продольного колебания стержней при ударе 53
2.2.2 Вывод дифференциальных уравнений волновой теории удара 62
2.2.3 Методы решения дифференциальных уравнений волновой теории удара 67
2.2.4 Анализ практического применения дифференциальных уравнений волновой теории удара 70
2.3 Компьютерный графоаналитический метод исследования продольного соударения стержней машин ударного действия 78
2.3.1 Научно-методические основы графоаналитического метода 78
2.3.2 Компьютерный алгоритм исследования формирования ударного импульса в стержнях 85
2.3.3 Обоснование и оценка практической значимости компьютерной программы «Анализ форм бойков ударных механизмов» в решении задач о продольном соударении стержней 87
Выводы по главе 2 92
3 Разработка, исследование и обоснование новых технических решений конструкций бойков машин ударного действия 93
3.1 Систематизация технических решений геометрии бойков ударных систем в соответствии с требованиями эффективности использования энергии удара
3.2 Разработка и исследование цилиндроконического и других двухступенчатых бойков 113
3.3 Разработка универсальной конструкции полукатеноидального бойка ударной системы 124
3.3.1 Полукатеноид вращения 124
3.3.2 Доказательство применимости аналитического метода исследования машин ударного действия с применением дифференциальных уравнений волновой теории удара
3.3.3 Доказательство применимости численного метода исследования машин ударного действия с применением компьютерной программы .138
3.3.4 Экспериментальное исследование генерирования в волноводе ударных импульсов бойками полукатенодиальной формы 141
3.3.5 Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований полукатеноидальных бойков 147
3.3.6 Анализ параметров ударных импульсов, генерируемых полукатеноидальными бойками 150
3.3.7 Разработка методов образования и исследования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов 156
3.4 Разработка и исследование цилиндро-псевдосферических бойков ударных механизмов 174
Выводы по главе 3 178
4 Теоретические основы бурения скважин в горных породах безлезвийным инструментом, в том числе без его поворота вокруг собственной оси 179
4.1 Основы разрушения хрупких сред. Эффект симультанности 179
4.2 Экспериментальное исследование разрушения горной породы безлезвийным инструментом 191
4.2.1 Опытные образцы. Экспериментальный стенд. Аппаратура. Методика проведения экспериментального исследования 191
4.2.2 Разработка математической модели зависимости «сила – внедрение» для горных пород высокой крепости по результатам эксперимента 195
4.2.3 Результаты экспериментального исследования разрушения горной породы группой инденторов 199
4.3 Разработка новых технических решений конструкций безлезвийного инструмента, применяемого в машинах ударного действия 204
4.3.1 Твердосплавная вставка – индентор-катенид 204
4.3.2 Разработка и апробация безлезвийного инструмента для ударного разрушения горных пород с образованием шпуров некруглого сечения.207
Выводы по главе 4 213
5 Методические основы синтезирования геометрических параметров ударных узлов горных машин в зависимости от свойств разрушаемой породы. Внедрение результатов исследований 214
5.1 Синтезирование ударного импульса по зависимости «сила – внедрение» при условии минимизации отраженного импульса 214
5.2 Синтезирование геометрии бойка ударной системы по форме первой волны падающего ударного импульса 218 5.3 Пример практического применения разработанной теории синтеза
геометрических параметров элементов машин ударного действия в
зависимости от свойств разрушаемого объекта 222
5.4 Практическая реализация синтезируемых в форме тел вращения бойков машин ударного действия 226
5.4.1 Биметаллический ударник 226
5.4.2 Триплекс-боёк 230
5.4.3 Разработка бойков ударных механизмов с выпуклым ударным торцом
5.5 Обобщенная методика и программные средства создания машин ударного действия для разрушения горных пород высокой крепости 238
5.6 Апробация и внедрение результатов исследований 245
5.6.1 Совершенствование гидравлического молотка-перфоратора, выпускаемого ОАО «Завод Универсал» 245
5.6.2 Разработка новых моделей пневматических перфораторов для ООО «Горный инструмент», ООО «Кузнецкий горно-режущий инструмент».250
5.6.3 Специализированное лабораторное оборудование, реализованное ООО «РегионСпецТрейд» 253
5.6.4 Разработка бурового станка в условиях ООО «Сервисная промышленная компания «Атекс» 254
5.6.5 Проектирование бойков погружных пневмоударников в условиях ИГД СОРАН 258
Выводы по главе 5 268
Заключение 269
Библиография
