Введение
1. Машины ударного действия: состояние вопроса, цель и задачи исследования 12
1.1. Состояние и перспектива развития минерально-сырьевого комплекса России 12
1.2. Анализ результатов эксплуатации и области применения машин с ударно-скалывающим исполнительным органом 15
1.3. Принцип действия и конструкции гидроударииков 24
1.4. Технологическая машина с ударно-скалывающим исполнительным органом как объект исследования 31
1.5. Математическое моделирование и исследование гидравлических устройств ударного действия 38
Выводы 44
2. Анализ технического уровня машин ударного действия 45
2.1. Анализ структуры гидравлической машины с ударно-скалывающим исполнительным органом избирательного действия 45
2.2. Анализ технического уровня горных машин с ударно-скалывающим исполнительным органом 50
2.3. Анализ параметров гидравлических устройств ударного действия 56
2.4. Анализ принципиальных схем гидроударников 61
2.5. Технические условия на гидроударники горных машин... 65
Выводы... „...68
3. Выбор компоновки и разработка математической модели гидроударника с управляемой камерой рабочего хода 69
3.1. Выбор компоновки гидроударника 69
3.1.1. Компоновка ударного механизма с датчиком положения бойка 70
3.1.2. Анализ параметров и синтез распределителя блока управления 76
3.2. Математическая модель гидроударника 82
4 3.2.). Структура рабочего цикла гидроударника 83
3.2.2. Математическая модель 88
3.3. Программное обеспечение для реализации математической модели 92
3.4. Определение конструктивных и режимных параметров ударного механизма „101
Выводы 107
4. Экспериментальные исследования гидроударников 109
4.1. Объекты и стенды для проведения исследований 109
4.2. Методические особенности и измерительно-регистрирующая аппаратура 116
4.3. Исследование рабочего цикла гидроударника ГУ-400/600 с управляемой камерой рабочего хода , 121
4.4. Исследование рабочего цикла гидропневмоударника УПГ-250 с
управляемой камерой обратного хода 127
4.4.1. Энергетические показатели гидропневмоударника УПГ-250 132
4.5. Влияние работающего гидроударника на манипулятор базовой машины 136
Выводы , 140
5. Реализация результатов исследования -создание гидравлических устройств ударного действия и ударно-скалывающих исполнительных органов 142
5.1. Гидравлические устройства ударного действия 142
5.2. Горные машины МГТ-1, МГП-1 с ударно-скалывающим исполнительным органом 148 Широко применяющийся способ разрушения горных пород - механическое резание, как показал отечественный и зарубежный опыт, оправдан на относительно слабых горных породах и углях. Буровзрывной способ обеспечивает разрушение пород выше средней крепости и крепких, ио понижает устойчивость пород непосредственно прилегающих к горным выработкам, что особенно проявляется при ведении работ на больших глубинах, негативно влияет на окружающую среду и требует повышенных мер безопасности. В связи с этим проводятся работы по изысканию и реализации эффективных способов воздействия на породы выше средней крепости и крепкие с целью их разрушения, и в ряду перспективных механический удар.
Удар, как способ воздействия на объект с целью изменения его формы или разрушения, известен из древности. Однако энергия удара длительное время ограничивалась физическими возможностями человека. Единственным мобильным устройством долго оставался ручной пневматический отбойный молоток с небольшой энергией удара, которая у современных моделей не превышает 45 Дж, Только во второй половине XX в. с развитием и широким применением гидропривода в технологических машинах была заложена основа для формирования относительно нового направления в технике - машины ударного действия.
В 60-е годы в ряде стран проведена промышленная апробация принципиально новых конструкций машин с ударно-скалывающим исполнительным органом для разрушения горных пород, оснащённых мощными гидроударниками.
Фирма «Хаусхерр» (Hausherr, Германия) в 1963 г. выпустила машину типа GSR для поддирки почвы с ковшовым исполнительным органом, оснащённым тяжёлыми отбойными молотками, которые в машине новой серии «Unisenk» были заменены гидроударниками [14, 15],
В 1966 г. научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт (MRDE) при Государственном управлении Великобритании начал испытания ма 16 шин с исполнительным органом ударного действия для проведения штреков в подземных условиях, дробления негабаритов на карьерах [16].
Учёные Карагандинского политехнического института (СССР, Казахстан) в 1966 - 1968 гг. провели шахтные испытания статико-динамических угольных стругов СДС-1 и СДС-2 с гидропневматическим исполнительным органом ударного действия для разрушения крепких и вязких углей [17, 18].
Фирма «Крупп» (ЬСгирр, Германия) в 1967 г. предложила на рынке горного оборудования гидромолот НМ 400, который монтировался на стреле гидравлического экскаватора и предназначался для разрушения мерзлых и скальных грунтов, дробления негабаритов до транспортабельных размеров [19].
Фирма «Секома» (Sekoma, Франция) выпустила машину для удаления (оборки) отслоившихся кусков породы с кровли выработок, оснащенную гидроударником РМ 400 (от гидравлической бурильной машины модели RPH 400), смонтированным на манипуляторе модели BYAL 1100 [16].
Учитывая, что энергоемкость разрушения пород ударом (17-25 Дж/см3) наименее низкая из механических способов, практически применяемых в горнодобывающей промышленности, уступает только взрыву (6 Дж/см3) [16], а гидропривод обеспечивает создание компактного устройства, разработчики изначально определили достаточно широкую область применения машин ударного действия.
После представления машин нового класса на выставке горного дела в Лондоне (1972 г.) к ним проявили интерес в угледобывающих странах: Великобритании, Германии, Польше, Франции. В Германии с началом эксплуатации угольных горизонтов на глубине от 850 до 1200 м к середине 80-х годов около 25 % парка проходческих машин каменноугольной промышленности составили машины с ударно-скалывающим исполнительным органом [9, 10, 20], Положительные результаты апробации первых машин в каменноугольных шахтах стимулировали их создание и применение в различных отраслях промышленности: дорожностроительной, металлургической, коммунальной и др.
В настоящее время известны десятки моделей бурильных [21, 22], проходческих [16, 23, 24], поддирочно-погрузочных [14, 16], очистных [18, 25, 26], свае 17 погружающих и грунтоуплотняющих [27, 28],строительно-дорожных [26] машин, бутобоев [16, 29], а также машин для оборки кровли [16, 30, 31], прокладки инженерных коммуникаций [32] и ремонта металлургического оборудования [33] с исполнительным органом ударного действия, разработанные зарубежными фирмами и отечественными предприятиями. Одни из них выпускаются серийно и эксплуатируются в различных отраслях промышленности, другие изготовлены в виде опытных и экспериментальных образцов для проведения научно-исследовательских работ и апробации конструктивных решений.
Серийный выпуск машин осуществляют преимущественно зарубежные фирмы, в их числе «Зальцгиттер» (Salzgitter), «Клёкнер-Бекорит» (Klocner-Becorit), «Хаусхерр» (все Германия), «Гаплик Добсон», «Эймко», «Майнинг Дивелоп-ментс», (все Великобритания), «Ингерсолл Ренд» (Ingersoll-Rand, США), «Раммер-Тамрок» (Финляндия), «Секома», «Монтабер» (Montabert, Франция), «Атлас Копко» (Atlas Сорсо, Швеция), создавшие для горнодобывающих предприятий технологические машины различного назначения (рис. 1.1). Технические характеристики ряда моделей приведены в приложении 1 [8, 16,20, 23, 30,34,35,36, 37, 38, 39].
Известны проходческие машины (рис. 1.1, а, г) ударного действия, состоящие из ударно-скалывающего исполнительного органа, механизма перемещения, электрогидравлического привода, системы управления, а также проходческие комбайны (рис. 1.1, б, в), оборудованные еще одним функциональным элементом -погрузочным органом.
В результате применения проходческих машин с ударно-скалывающим исполнительным органом в угольной промышленности отмечено увеличение среднесуточной скорости проведения горных выработок на 42 - 50 %, уменьшение трудоёмкости проходки одного метра, а также улучшение состояния боковых пород по сравнению с буровзрывным способом проходки, что позволило перейти на использование более легкого профиля крепи и сократить расходы на её возведение [8, 16, 11].
5.3. Горнопроходческий комбайн «Кварц» 155
5.4. Навесное оборудование мобильных машин 158
5.5. Методика инженерного расчета параметров гидроударника с
управляемой камерой рабочего хода 160
Выводы , 163
Заключение 164
Список использованных источников
