Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Поляков Алексей Вячеславович. Разработка метода расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и обоснование параметров устройства для их получения применительно к проходческим комбайнам : Дис. ... канд. техн. наук : 05.05.06 Тула, 2006 184 с. РГБ ОД, 61:06-5/3580

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 11

  1. Анализ результатов исследований разрушения горных пород тонкими струями воды высокого давления 11

  2. Анализ результатов исследований разрушения прочных материалов и горных пород тонкими струями воды сверхвысокого давления 23

  3. Анализ схем компоновки высоконапорного оборудования для разрушения горных пород тонкими высокоскоростными струями воды 27

* 1.4. Анализ технических решений в области разработки уплотнений для

преобразователей давления 45

1.5. Цель и задачи исследований 56

2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 57

  1. Факторы и показатели, определяющие и характеризующие процесс резания горных пород струями воды сверхвысокого давления 57

  2. Общие положения методики 59

  3. Стендовое оборудование и измерительная аппаратура 61

  4. Характеристика горных пород 79

Выводы 82

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА
РЕЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД СТРУЯМИ ВОДЫ СВЕРХВЫСОКОГО
ДАВЛЕНИЯ 83

  1. Влияние прочности горных пород на глубину щели, прорезаемой струей воды сверхвысокого давления 83

  2. Влияние расстояния от среза струеформирующей насадки до поверхности горной породы и количества проходов струи воды на глубину проре-заемойщели 84

3.3 Влияние гидравлических параметров струи воды сверхвысокого давле
ния на глубину прорезаемой щели 93

3.4. Влияние скорости перемещения струи воды сверхвысокого давления

на показатели процесса щелеобразования 98

3.5. Анализ и обобщение экспериментальных данных 111

Выводы 115

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССА РАБОТЫ БЕСКОНТАКТНОГО УПЛОТНЕНИЯ С ЗАПИ
РАЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ ДЛЯ ГИДРОМУЛЬТИПЛИКАТОРА ВТОРОЙ
СТУПЕНИ СЖАТИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВ
ЛЕНИЯ 118

  1. Разработка математической модели процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью ... 118

  2. Результаты теоретических исследований работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью 132

  1. Оценка влияния рабочих зазоров в парах "гильза-плунжер" и "гильза корпус" на эффективность процесса работы уплотнения 133

  2. Оценка влияния расстояний между гребешками гильзы на эффективность процесса работы уплотнения 137

  3. Оценка влияния жесткости корпуса мультипликатора на эффективность процесса работы уплотнения 140

4.3. Результаты экспериментальных исследований работы бесконтактного
щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью и

их сравнительный анализ с результатами теоретических исследований 140

Выводы 148

5. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ
ГИДРОМУЛЬТИПЛИКАТОРА ВТОРОЙ СТУПЕНИ СЖАТИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 150

5.1. Основные положения и порядок расчета 150

5.2. Методика расчета основных параметров гидромультипликатора 154

  1. Расчет гидравлической мощности 154

  2. Расчет основных геометрических параметров 155

5.3. Пример расчета основных параметров гидромультипликатора второй

ступени сжатия преобразователя сверхвысокого давления 165

Выводы 170

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 174

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения результатов диссертационной работы 183

Введение к работе:

Проводимые в последнее время в России и за рубежом научные исследования, направленные на изыскание новых способов и средств разрушения горных пород показывают, что повышение производительности проходческих комбайнов без увеличения их габаритов и массы и расширение области их применения на породы повышенной крепости может быть достигнуто на основе гидромеханического способа разрушения, заключающегося в комбинированном воздействии на породный массив высокоскоростных струй воды и механического инструмента. С точки зрения интенсификации процесса разрушения крепких горных пород, предпочтение следует отдавать щелевой схеме гидромеханического способа разрушения, при которой производится нарезание опережающей щели высокоскоростной струей воды с последующим скалыванием межщелевых целиков механическим инструментом. Эффективность щелевого разрушения в значительной степени определяется глубиной нарезаемой щели. Как показывают расчеты, глубина щели, нарезаемая в крепких горных породах струями воды давлением до 200 МПа, оказывается недостаточной (не более 3 мм) для эффективного ослабления массива и, как следствие, снижения нагруженности механического инструмента. Применение же струй воды сверхвысокого давления (более 200 МПа) позволит повысить производительность процесса щелеобразования и расширить область применения гидромеханических исполнительных органов, работающих по щелевой схеме, на более крепкие породы.

Однако, если вопрос о закономерностях разрушения пород струями воды давлением до 200 МПа достаточно хорошо изучен, то процесс нарезания щелей струями сверхвысокого давления еще недостаточно исследован. Известные зависимости по определению глубины щели, прорезаемой струей воды сверхвысокого давления, носят во многих случаях фрагментарный характер, поскольку не учитывают влияние на процесс щелеобразования ряда основных факторов. В связи с этим отсутствует метод расчета эффективности резания горных пород струями

воды сверхвысокого давления, который позволил бы установить взаимосвязь основных показателей и параметров процесса щелеобразования.

Кроме того, для создания сверхвысокого давления требуются преобразователи давления мультипликаторного типа, как наиболее приемлемые с точки зрения агрегатирования их с исполнительными органами проходческих комбайнов. Одним из элементов преобразователя давления, во многом определяющем его КПД, является уплотнение. При этом в преобразователях сверхвысокого давления наиболее широкое распространение нашли бесконтактные уплотнения, повышение эффективности работы которых (снижение утечек жидкости через зазор уплотнения) достигается введением в них вязкой запирающей жидкости.

Однако отсутствие практических рекомендаций по конструктивному исполнению и параметрам бесконтактного уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью сдерживает широкое практическое использование преобразователей давления и требует, наряду с разработкой метода расчета эффективности процесса щелеобразования, проведения исследований и в этом направлении, что и определяет актуальность работы.

Цель работы. Разработка метода расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления на основе установленных закономерностей процесса щелеобразования для обоснования и выбора параметров преобразователя сверхвысокого давления, оснащенного бесконтактным уплотнением с запирающей жидкостью, обеспечивающих повышение производительности гидроструйного разрушения и расширение области его применения на крепкие породы.

Идея работы. Эффективность гидроструйного разрушения горных пород достигается за счет использования струй воды сверхвысокого давления на основе установленных закономерностей процесса щелеобразования с учетом особенностей работы преобразователя сверхвысокого давления, оснащенного бесконтактным уплотнением с запирающей жидкостью.

Метод исследования - комплексный, включающий научный анализ и обобщение опыта создания и использования струй воды высокого и сверхвысоко-

го давления для резания различных материалов и горных пород; результатов ранее выполненных работ по расчету, проектированию и опыту эксплуатации источников воды высокого и сверхвысокого давления; экспериментальные исследования процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления в стендовых условиях; анализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятностей и математической статистики, а также методов теории подобия и размерностей; сопоставление экспериментальных и расчетных данных; теоретические исследования с построением математической модели процесса работы бесконтактного уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью, проведение и обработку результатов численных экспериментов и их экспериментальную проверку в стендовых условиях.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

  1. Установлены закономерности процесса резания горных пород различной прочности струями воды сверхвысокого давления с учетом их гидравлических и режимных параметров и длины цилиндрического участка проточной части струе-формирующей насадки, позволяющие обоснованно определять глубину щели.

  2. Разработан метод расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления, обеспечивающий возможность расчета и выбора гидравлических параметров мультипликатора второй ступени сжатия преобразователя сверхвысокого давления.

  3. Разработана математическая модель процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью, выполненного в виде гребешковой гильзы, учитывающая влияние изменения давления, вязкости и температуры жидкости по длине уплотнения, его геометрии, рабочих зазоров, жесткости гильзы и элементов гидромультипликатора и позволяющая рассчитывать объем утечек рабочей жидкости, обеспечивающий обоснованный выбор параметров уплотнения и гидромультипликатора.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

корректностью постановки задач исследований;

достаточным и статистически обоснованным объемом и представительностью выполненных экспериментальных исследований в стендовых условиях;

корректным применением методов теории вероятностей и математической статистики, а также методов теории подобия и размерностей при обработке и анализе экспериментальных данных по резанию горных пород струями воды сверхвысокого давления и удовлетворительной сходимостью (отклонения не превышают 22 %) экспериментальных и расчетных данных;

представительным объемом данных численного эксперимента, удовлетворительной сходимостью результатов расчета режимов работы бесконтактного уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью по математической модели с результатами экспериментальных исследований в стендовых условиях;

опытом использования основных положений методик расчета и проектирования преобразователей давления мультипликаторного типа.

Научное значение работы заключается в разработке метода расчета эффективности процесса резания горных пород различной прочности струями воды сверхвысокого давления с учетом их гидравлических и режимных параметров и геометрии струеформирующей насадки, а также математического описания процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью, что позволяет управлять процессом щелеобразования и производить расчет и обоснованный выбор параметров преобразователя сверхвысокого давления, обеспечивающих повышение эффективности применения высокоскоростных струй воды.

Практическое значение работы:

разработана конструкция преобразователя сверхвысокого давления, гидромультипликатор второй ступени сжатия которого оснащен бесконтактным уплотнением с запирающей жидкостью;

разработана конструкция стендовой установки, обеспечивающая исследование процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления в

широком диапазоне изменения режимных и гидравлических параметров и регистрацию показателей процесса работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью;

- определен диапазон рациональных значений расстояния между срезом
струеформирующей насадки и поверхностью горной породы, при которых дости
гается максимальная глубина щели;

получены расчетные зависимости для определения рациональной скорости перемещения струи воды сверхвысокого давления над поверхностью горной породы, обеспечивающей максимальную скорость приращения боковой поверхности щели, и глубины щели, прорезаемой струей воды в горных породах;

разработана и реализована на персональном компьютере методика расчета показателей работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью для преобразователя сверхвысокого давления; <

разработана и реализована на персональном компьютере методика расчета основных параметров гидромультипликатора второй ступени сжатия преобразователя сверхвысокого давления.

Реализация результатов работы. Методики расчета показателей работы бесконтактного уплотнение с запирающей жидкостью и основных параметров гидромультипликатора второй ступени сжатия для преобразователя сверхвысокого давления, а также все конструктивные решения и рекомендации используются фирмой «НИТЕП» при создании машин для гидроструйных технологий применительно к горным породам.

Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Гидромеханическое разрушение горных пород» и «Гидроструйные технологии и оборудование» для студентов Тульского государственного университета, обучающихся по специальности 150402 «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2003-2006 гг.); научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (г. Москва, 2006 г.); 2-ой международной конференции по проблемам горной промыш-

ленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2005 г.); 7-ой научно-технической конференции ученых, аспирантов и студентов (РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Новомосковск, 2005 г.); 15-ой научной конференции профессорско - преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (г. Новомосковск, 2006 г.).

Подобные работы
Поляков Андрей Вячеславович
Обоснование рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработка метода расчета эффективности процесса резания ими горных пород
Вдовиченко Владимир Павлович
Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов с зональным проявлением выбросов породы
Громов Сергей Викторович
Разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой
Яхонтов Юрий Александрович
Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий
Кубанычбек уулу Бакыт
Обоснование параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи для выемки мощных пластов
Соловьев Анатолий Ильич
Обоснование параметров и разработка устройств удаления шлама при бурении нисходящих скважин малого диаметра в трещиноватых породах
Кубайчук Юрий Алексеевич
Разработка способов снижения пылеобразования и улучшения сортности угля при работе очистных комбайнов
Трушин Евгений Иванович
Исследование и разработка методов и средств ускоренных испытаний трансмиссий угледобывающих машин
Варданян Армен Карленович
Разработка методов эффективного использования алмазнодискового инструмента при распиловке природного камня
Демидов Владимир Иванович
Обоснование параметров и разработка метода технического диагностирования гидрооборудования механизированных крепей

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net