Исследование и оценка энергоэффективности современных машин ударного действия

2. Ижендеева С.Р. Метод синтеза механических систем наименьшего веса при статической и динамической нагрузке и разнородных ограничениях. // Строительство — формирование среды жизнедеятельности: Материалы 1-й международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. — Кн. 2 — Москва: МГСУ, 2003. — С. 95-99.

3. Ижендеева С.Р. Двойственный характер процесса оптимизации стержневых систем наименьшего веса при разнородных ограничениях. // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». - Томск: Изд-во ОТО-рий, 2010. -Вып.12 - С. 308-312.

УДК 622.233 © Л.А. Саруев, И.В. Кузнецов, С. С. Васенин, 2013

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Представлены исследования гидроимпульсного механизма, используемого в машинах вращательно-ударного действия для интенсификации бурения скважин.

Ключевые слова: бурение, кпд, удар, рукав высокого давления.

При разработке полезных ископаемых для бурения шпуров и скважин во все мире используются различные бурильные машины.

Однако для работы пневмоперфоратора электрическая энергия преобразуется в механическую через энергию сжатого воздуха. Для чего требуется дорогостоящее компрессорное хозяйство и сети воздуховодов.

Многократное преобразование энергии из одного вида в другой, утечки сжатого воздуха в магистралях, несовершенство рабочего цикла самого перфоратора приводят к тому, что общий кпд пневматических бурильных машин равен 9-14 %.

Кроме того, при работе пневмоперфораторов образуются и поступают в рабочее пространство вредные выбросы - масляный аэрозоль и водяной туман, а уровень шума за счет выхлопа сжатого воздуха значительно превышает санитарные нормы.

Более совершенствованные (КПД 30-45 %) гидравлические перфораторы не находят пока широкого применения из-за высоких требований к точности изготовления деталей, к чистоте и качеству масла. Для их работы необходимы маслостанция высокого давления, имеющая значительный вес и габариты, рукава высокого давления.

Известные зарубежные фирмы, например, Б08СИ, которые выпускают электроперфораторы со сравнительно малой энергией удара при частоте 960 ударов в минуту. Ведутся работы по созданию механизма преобразования электричесой энергии в механическую фирмами «Накояма» (Япония), «Бригель» (Швейцария) и некоторыми фирмами США и Англии.

Мощные машины с электромагнитным приводом для бурения крепких горных пород разрабатывались во многих странах мира. Однако ряд трудностей, главное из которых явилась проблема охлаждения силовых электромагнитных катушек, находящихся в замкнутом объеме ограниченных размеров, не позволили этим разработкам выйти на промышленное освоение.

Известные пневмо- и гидроударные узлы обладают низким КПД и высокой степенью износа и шума (превышающий допустимые нормы), в связи с этим ведется.На кафедре Теоретической и прикладной механики НИ ТПУ разработан гидроимпульсный силовой механизм (рис. 1), который может быть использован вместо ударных узлов бурильных машин вращатель-но-ударного действия, либо в качестве источника высокоэнергетических направленных упругих колебаний для бурильных машин вращательного действия. В данном устройстве для формирования силовых импульсов можно выделить два колебательных контура. Первый колебательный контур - гидропульсатор -1, создающий колебания давления жидкости, второй - жидкость - 2, находящаяся в замкнутом объеме, 4 - инерционная масса с корпусом гидроцилиндра - пневмоподатчик - 3. Потенциальная энергия сжатого воздуха в пневмоподатчике, разгоняя активную массу, переходит в ее кинетическую энергию. Инерционная масса,

Рис. 1. Принципиальная схема гидроимпульсного силового механизма: 1 —

гидропульсатор; 2 — замкнутый объем жидкости; 3 — подающее устройство (пневмоподатчик); 4 — активная масса с гидроцилиндром; 5 — поршень гидроцилиндра с хвостовиком колонны бурильных труб; 6 — электродвигатель; 7 — рукав высокого давления; 8 — породоразрушающий инструмент; 9 — горная порода

действуя на замкнутый объем жидкости, преобразует свою кинетическую энергию в потенциальную энергию деформированного рукава высокого давления - 7. Деформация рукава высокого давления будет продолжаться до тех пор, пока не израсходуется вся кинетическая энергия массы. Вынужденные колебания данной системы обеспечиваются работой гидропульсатора [1-4].

Проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях и получены убедительные положительные результаты, а сама новизна и оригинальность продукта подтверждена 2-мя патентами РФ (собственник ТПУ).[5, 6]

Таким образом, принципиальное преимущество перед другими механизмами отсутствие соударяющихся деталей, за счет этого обеспечивается снижение шума. Отсутствия маслостанции: поскольку в машине нет перетекания жидкости, находясь в замкнутом объеме лишь деформирует рукав высокого давления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Саруев Л.А., Зиякаев Г.Р., Пашков Е.Н. Математическое моделирование гидроимпульсного механизма бурильных машин //Перспективы развития горно-транспортного оборудования: П26 Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - М.: издательство «Горная книга». -2011. - № ОВ5. - 344 с.

2. Пашков Е.Н., Зиякаев Г.Р., Кузнецов И.В. Дифференциальные уравнения процессов гидроимпульсного силового механизма бурильных машин / Пашков Е.Н., Зиякаев Г.Р., Кузнецов И.В. // Приволжский научный вестник. - 2013. - № 4 (20). - С. 32-36.

3. Пашков Е. Н., Саруев Л. А., Зиякаев Г. Р. Математическое моделирование гидроимпульсного механизма бурильных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 5 - С. 26-31.

4. Патент на ПМ 69135 РФ. МПК7 Е21В 6/02, B25D 16/00. Буровой станок для проходки скважин в подземных условиях / А. В. Шадрина, А. А. Казанцев, А. Л. Саруев, Л. А. Саруев. Опубл. 10.12.2007 г.

5. Патент на ПМ 133152 РФ. МПК7 Е02D 7/10. Гидроимпульсная сваебойная машина / Е. Н. Пашков, Г. Р. Зиякаев, П. Г. Юровский, А. В. Пономарев. Опубл. 10.10.2013 г.

УДК 531.36 © Е.Н. Пашков, 2013

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА ПРИ УСТАНОВИВШЕЙСЯ СКОРОСТИ

Рассмотрено изменение времени автоматической балансировки неуравновешенных роторов шаровыми автоматическими балансирующими устройствами. Проведен численный расчет методом Рунге-Кутта исходных дифференциальных уравнений. Получена зависимость времени переходного процесса балансировочного процесса от параметров автоматического балансировочного устройства.

Ключевые слова: автоматическая балансировка, автобалансирующие устройства, неуравновешенные роторы, виброзащита, дисбаланс, колебания, собственная частота

При проектировании устройств автоматической балансировки роторов необходимо определить емкость устройства, обеспечивающую полное устранение возникающей во время технологического процесса неуравновешенности. Также требуется найти частоты вращения ротора, при которых будет осуще-