Экспериментальная оценка энергетических параметров пневмоударника

где V (Кх (х,у )Уу (х,у}) - поле скоростей; р(х,у) - гидродинамическое давление в лабиринтном пространстве.

Для представленной системы дифференциальных уравнений ставятся начальные и граничные условия. Необходимо разработать численный метод решения данной системы. Расчеты на ЭВМ позволят установить степень влияния геометрической формы лабиринтных на перепад давления.

В результате постановки и решения начальнокраевой задачи, представляющей механикоматематическую модель движения сжатого воздуха в

лабиринте предполагается получить расчетные зависимости для аэродинамических характеристик потока сжатого воздуха. Эти зависимости позволят установить степень влияния геометрической формы лабиринта на динамические характеристики потока, что позволит дать практические рекомендации по разработке и применению лабиринтных уплотнений. Установление оптимального варианта геометрического очертания профиля лабиринта в зависимости от назначения цилиндропоршневого соединения и условий эксплуатации повысит мощность и КПД цилиндропоршневых систем на 15-20 % без существенных затрат.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гильянова Л.Н. Эффективность лабиринтных уплотнений в пневмоударных горных машинах: Дис-

сертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Владикавказ, 1998.

2. Аэрогидромеханика/Е. Н. Бондарев, В. Г. Дубасов, Ю. А. Рыжов и

др. - М.: Машиностроение, 1993. - 607 с.

© Л.Н. Гильянова, 2002

УДК 622.022:621.542

Л.Н. Гильянова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОУДАРНИКА

В

горнодобывающей промышленности пневмоударные машины широко используются при проведении буровзрывных работ, поэтому исследование этих машин является актуальным. Использование переменных факторов в натуральных единицах снижает область применения полученных результатов, в то время как безразмерные критерии подобия могут быть применены для различных пневмоударных устройств, работающих в сходных режимах.

При проектировании пневмоударных машин использование безразмерных критериев позволяет значительно упростить получение расчетных значений основных технических характеристик машины, например, ударная мощность, расход воздуха и др., определить рациональные значения переменных факторов при обеспечении заданного значения выходного параметра, существенно уменьшить общую стоимость исследований.

Для изучения ударных явлений воспользуемся критерием подобия движений материальных точек

массой т под действием сил

F =

как

d 21 dt2

который определяется

ті

= idem ,

где Жые - критерий Ньютона, т -масса ударника, кг; I - ход ударника; F=pS - сила, движущая ударник; S - площадь поперечного сечения ударника, м2; р - давление сжатого воздуха, Па.

Умножив числитель и знаменатель (1) на ход ударной массы I и учитывая, что FI=A - энергия удара, Дж, получим энергетический критерий подобия удара ,2

:

At2

пА --

ті

2

Этот критерий определяет необходимое соответствие между основной эксплуатационной характеристикой бурильной машины - энергией удара и ее конструктивными параметрами: массой ударника и его ходом. Увеличение хода удара машины согласно (2) вызывает существенное возрастание энергии удара. Ограничивающим фактором здесь является стойкость бурового инструмента. Оптимизационным параметром может быть масса бойка. Решение задачи относится к компромиссному типу. Меняя два входных параметра: массу ударника и его ход, можно спроектировать целую серию унифицированных пневмоударных машин и на этом предварительном этапе уже судить о целесообразности создаваемой машины.

С использованием критериев подобия (1) и (2) рассчитаны основные технические характеристики проектируемых машин в зависимости от массы и хода удар-

Линии равного отклика для ^д, кВт, при р = 0,5 МПа

ПАРАМЕТРЫ ПОГРУЖНЫХ ПНЕВМОУДАРНИКОВ

Параметр ПП-105-2,2 ПЭ-1 ПЭ-2 СОР-42

Рабочее давление, МПа 0,5 0,5 1,0 1,8

Ход поршня, мм 55 110 110 136

Масса бойка, кг 3,2 1,6 1,6 11,3

Частота ударов, с1 32,5 32,5 45,8 -

Энергия удара, Дж 73,5 147 294 -

Ударная мощность, кВт 2,2 4,4 12,4 -

Расход воздуха, м3/мин 5,5 11 22 19

ника при постоянном сетевом давлении (масштаб

давления ССр = 1). Для учета скоростных характеристик процесса согласно (1) введен временной масштабный фактор

где а I - масштаб хода; а т - масштаб массы бойка.

Расчет произведен с применением симплекс суммируемого плана эксперимента, позволяющего получить квадратичные модели, с размещением опытных точек в центре и в вершинах шестигранника. Базовой моделью принят пневмоударник ПП-105-2,2 (центральная точка плана). Линии равного отклика для ударной мощности Ыуд (КВт) при р = 0,5 МПа показаны на рисунке. Наиболее выгодные конструкции получены в точках 1 и 2. Однако пневмоударник, соответствующий т. 1 (уменьшение вчетверо массы ударника при неизменном ходе), конструктивно трудновыполним, а конструкция т. 2 представляет практический интерес.

Расчетные показатели экспериментального пневмоударника ПЭ-1 приведены в таблице. Конструкция длинноходового пневмоударника с облегченной массой имеет очевидные преимущества. При эксплуатации такого пневмоударника в сетях с давлением 1 МПа (вариант ПЭ-2) его эксплуатационные параметры оказываются близки шведскому погружному ударнику СОР-42, который рассчитан на сетевое давление 1,8 МПа.

Проведена экономическая оценка

мых типов пневмоударников с применением симплекс суммируемого плана. Факторами здесь являются: чение выработки, крепость пород, тип ка, стойкость инструмента, рабочее давление и т. д. Исходные данные модели дополнялись тарифами, ставками, нормами, ценами, что дает возможность делать как общие, так и конкретные выводы об фективности применения длинноходовых

ников на основе расчетов удельной стоимости взрывных работ и удельной заработной платы на гонный метр выработки. Анализ полученных мостей позволяет сделать вывод о целесообразности увеличения хода ударника и снижения его массы. Так, применение модели ПЭ-1 при сетевом давлении 0,5 МПа по сравнению с базовой моделью ПП-105-2,2 снижает удельные расходы по заработной плате на 15-18 %.

На заключительном этапе ствлен натурный эксперимент по ределению усилия удара пневмоударника ПЭ-1 на разработанном в Северо-Кавказском государственном технологическом университете

де. Отличительной особенностью стенда является то, что на испытуемой бурильной машине не ливается никаких датчиков, а энергия удара машины оценивается по чине вибрации ударяемого тела, на котором установлен пьезоэлектрический датчик. Стенд позволяет проводить сравнительную оценку величины ударной нагрузки различных ударных машин. Базовой моделью при проведении эксперимента оставлен пневмоударник ПП-105-2,2. Для перехода к модели ПЭ-1 рассчитаны следующие коэффициенты: масштаб хода а I = 0,5; масштаб масс а т = 2; масштаб давления ар = 1; масштаб времени а[ = 1.

Результаты испытаний позволили сформулировать следующие выводы.

1. Увеличение хода бойка в два раза при неизменной массе увеличивает ударную мощность машины в 1,5 раза. Однако при этом в 2 раза возрастает расход воздуха.

2. Уменьшение массы бойка в два раза при всех остальных неизменных параметрах приводит к повышению частотности процесса до 46 с1 и увеличению ударной мощности в 1,5 раза. При этом расход воздуха и энергия удара не меняются.

3. Увеличение хода ударника в два раза и двойное снижение массы бойка обеспечивает двукратный рост ударной мощности при пропорциональном росте расхода воздуха. Частота ударов остается неизменной за счет увеличения скорости бойка.

Выполненные исследования пневмоударников на основе энергетических критериев подобия позволяют надеяться на перспективное применение длинноходовых пневмоударников с облегченной массой бойка.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------

Гильянова Л.Н. — Московский государственный горный университет.