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 Андрей Вячеславович. Обоснование рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработка метода расчета эффективности процесса резания ими горных пород : Дис. ... канд. техн. наук : 05.05.06 Тула, 2006 162 с. РГБ ОД, 61:06-5/3560

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 10

1.1. Анализ результатов исследований разрушения горных пород тонкими струями воды высокого давления 10

1.2. Анализ способов получения и средств формирования импульсных струй воды высокого давления для разрушения различных материалов 20

1.3. Анализ структуры импульсной высокоскоростной струи воды и существующих критериев оценки ее эффективности 33

1.4. Анализ результатов исследований разрушения горных пород импульсными струями воды высокого давления 42

1.5. Цель изадачи исследований 46

2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ИМПУЛЬСНЫМИ СТРУЯМИ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 48

2.1. Факторы и показатели, определяющие и характеризующие процесс резания горных пород импульсными высокоскоростными струями воды 48

2.2. Общие положения методики 52

2.3. Стендовое оборудование 53

2.4. Гидроимпульсный инструмент, измерительная аппаратура и характеристика горных пород 60

Выводы 70

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОЙ СТРУИ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД 71

3.1. Влияние частоты пульсации скорости струи воды на глубину нарезаемой щели

3.2. Влияние гидравлических параметров импульсной струи воды на глубину нарезаемой щели 79

3.3. Влияние расстояния от среза гидроимпульсного инструмента до поверхности разрушаемой породы на глубину нарезаемой щели 86

3.4. Обоснование и выбор способа получения и средств формирования гидроимпульсной струи высокого давления 95

3.5. Влияние прочности горных пород на глубину щели, нарезаемой импульсной струей воды 96

3.6. Определение рациональных параметров гидроимпульсной струи при нарезании щелей в горных породах 98

Выводы 104

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА НАРЕЗАНИЯ ЩЕЛЕЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ИМПУЛЬСНОЙ СТРУЕЙ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 106

4.1. Влияние скорости перемещения гидроимпульсной струи высокого давления на показатели процесса щелеобразования 106

4.2. Анализ и обобщение экспериментальных данных и разработка метода расчета эффективности процесса нарезания щелей в горных породах импульсной струей воды высокого давления 118

Выводы 124

5. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ГИДРОИМПУЛЬСНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ 125

5.1. Общие положения 125

5.2. Расчет глубины щели при резании горных пород различной прочности импульсной струей воды высокого давления и геометрии гидроимпульсного инструмента для заданных параметров гидравлической мощности 130

5.3. Пример расчета глубины щели при резании горных пород импульсной струей воды высокого давления и геометрии гидроимпульсного инструмента для заданных параметров гидравлической мощности 134

5.4. Расчет гидравлической мощности, а также выбор источника воды высокого давления для заданной конструкции гидроимпульсного инструмента и глубины щели, нарезаемой в горных породах импульсной струей воды высокого давления 138

5.5. Пример расчета гидравлической мощности, а также выбора источника воды высокого давления для заданной конструкции гидроимпульсного инструмента и глубины щели, нарезаемой импульсной струей воды высокого давления 139

Выводы 141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 145

ПРИЛОЖЕНИЯ 155

Приложение 1. Расчетная программа 156

Приложение 2. Расчетная программа 159

Приложение 3. Акт внедрения 1  

Введение к работе:

Актуальность работы. Одним из перспективных направлений развития техники и технологий разрушения горных пород является создание и применение гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов, реализующих как бесщелевой, так и щелевой способы разрушения и предполагающих одновременное воздействие на породный массив непрерывных высокоскоростных струй воды и механического инструмента. Бесщелевой способ разрушения горных пород к настоящему времени достаточно хорошо изучен. Что же касается щелевого способа разрушения, то здесь су ществуют резервы повышения его эффективности. Как показывают проводимые в последнее время в России и за рубежом научные исследования, направленные на изыскание способов и средств повышения режущей способности высокоскоростных струй воды без увеличения гидравлической мощности оборудования, повышение эффективности щелевого разрушения (повышение производительности резания и снижение энергозатрат или расширение области применения на более крепкие породы) может быть достигнуто на основе создания и применения импульсных струй воды высокого давления. Необходимо отметить, что изучение процесса разрушения породного массива как непрерывной, так и импульсной высокоскоростной струей воды, реализующей щелевой способ, носит самостоятельный характер. Основные результаты исследований с использованием импульсных струй воды сводятся к изучению различных способов их получения, средств формирования струи и влиянию отдельных факторов на показатели процесса разрушения главным образом различных материалов и, только в отдельных случаях, горных пород.

Однако этого недостаточно для успешного использования импульсных струй воды высокого давления в конструкциях гидромеханических исполни тельных органов проходческих комбайнов, так как не изучена перспектива применения таких струй для нарезания щелей в горных породах. Не обосно ваны и не выбраны эффективные способы и средства получения и формиро вания гидроимпульсной струи при разрушении горных пород. Отсутствуют практические рекомендации по выбору и обоснованию рациональных параметров и режимов работы гидроимпульсного инструмента. Не установлена взаимосвязь показателей процесса щелеобразования с параметрами импульсной струи воды и прочностными характеристиками горных пород, а следовательно, отсутствует метод расчета эффективности процесса разрушения породного массива импульсными струями воды высокого давления. Наличие таких результатов позволило бы разработать методики расчета основных параметров и показателей процесса гидроимпульсного резания горных пород для гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов.

Таким образом, все это вызывает необходимость проведения комплексных исследований, направленных на обоснование рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработку метода расчета эффективности процесса резания ими горных пород, и определяет актуальность работы.

Цель работы. Установление рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработка метода расчета глубины щели при резании ими горных пород на основе выявленных закономерностей про цесса щелеобразования для обоснования и выбора параметров гидроимпульсного инструмента, обеспечивающего повышение производительности и снижение энергозатрат при разрушении или расширение области его применения на более крепкие породы.

Идея работы. Эффективность щелевого разрушения горных пород достигается за счет использования импульсных струй воды высокого давления на основе установленных закономерностей процесса щелеобразования при их рациональных параметрах.

Метод исследования - комплексный, включающий научный анализ и обобщение опыта создания и использования непрерывных и импульсных струй воды высокого давления для разрушения различных материалов и горных пород и результатов ранее выполненных исследовании по созданию инструментов; экспериментальные исследования процесса нарезания щелей в горных породах импульсными струями воды высокого 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.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

- установлены закономерности процесса щелеобразования при резании породного массива импульсными струями воды высокого давления с учетом их гидравлических и режимных параметров и прочности горных пород, позволяющие обоснованно определять глубину прорезаемой щели;

- наибольшая эффективность гидроимпульсного резания горных пород достигается рациональным сочетанием гидравлических и режимных параметров импульсных струй воды высокого давления;

- разработан метод расчета эффективности процесса нарезания щелей в горных породах импульсными струями воды высокого давления, обеспечивающий возможность определения и выбора параметров гидроимпульсных инструментов.

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 и удовлетворительной сходи м мостью (в пределах 28 %) экспериментальных и расчетных данных; - опытом использования основных положений методик расчета и проектирования гидроструйных инструментов.

Научное значение работы заключается в обосновании рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработке метода расчета эффективности процесса резания ими породного массива с учетом гидравлических и режимных параметров струи воды и прочности горных пород, что позволяет целенаправленно управлять процессом, производить расчет и выбор параметров гидроимпульсного инструмента, обеспечивающего повышение производительности и снижение энергозатрат при разрушении или расширение области его применения на более крепкие породы.

Практическое значение работы:

- разработана конструкция стендовой установки, обеспечивающей исследование процесса резания горных пород импульсными струями воды высокого давления в широком диапазоне изменения режимных и гидравлических параметров;

- разработан гидроимпульсный инструмент, реализующий принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды при помощи цилиндрического наконечника с пневмоэлектрическим приводом;

- получены расчетные зависимости для определения рациональных параметров импульсной струи воды высокого давления и глубины щели, прорезаемой ею в горных породах;

- разработана и реализована на персональном компьютере методика расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом.

Реализация результатов работы.

Методика расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом, 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 промышленности, 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.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 90 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунков, 23 таблицы, список использованной литературы из 92 наименований и 3 приложения.  

Подобные работы
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
Балахнина Евгения Евгеньевна
Обоснование параметров барабанной мельницы для тонкого измельчения горных пород с учетом динамики мелющих тел
Шубняков Алексей Андреевич
Обоснование рациональных параметров гидроабразивного агрегата для резания горных пород и других твердых материалов
Сажин Павел Васильевич
Обоснование параметров и разработка средств направленного гидроразрыва горных пород
Головин Константин Александрович
Обоснование параметров и создание оборудования для гидроструйной цементации неустойчивых пород в горном производстве
Яхонтов Александр Александрович
Обоснование и выбор параметров динамических средств интенсификации послойного разрушения пород на карьерах
Рогов Александр Борисович
Обоснование технологических решений и параметров машин и комплексов оборудования для разрушения крепких пород, повышающих долговечность горной техники
Жабин Александр Борисович
Обоснование параметров взаимодействия агрегированного механогидравлического инструмента с массивом для эффективного разрушения крепких горных пород
Савельев Вячеслав Николаевич
Обоснование рациональных параметров и создание малогабаритного шарошечно-дискового инструмента для бурения скважин в породах средней твердости
Соловьев Анатолий Ильич
Обоснование параметров и разработка устройств удаления шлама при бурении нисходящих скважин малого диаметра в трещиноватых породах

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