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:

Гергал Ирина Николаевна. Совершенствование технологии изготовления станков для бурения скважин в угольных шахтах : Дис. ... канд. техн. наук : 05.05.06 : Кемерово, 2004 245 c. РГБ ОД, 61:04-5/2821

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
Содержание 2

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и тер
минов 5
Введение 8

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ
СКВАЖИН В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ И ТЕХНОЛОГИИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ БУРОВЫХ СТАНКОВ
15

  1. Назначение и объемы бурения скважин в угольных шахтах 15

  2. Уровень развития средств механизации бурения скважин в угольных шахтах 19

  3. Проблемы совершенствования конструкций буровых станков, соответствующих современным требованиям технологии ведения горных работ 29

  4. Технологическое обеспечение долговечности элементов конструкции буровых станков и снижения их металлоемкости 37

  1. Качество поверхностного слоя, долговечность и металлоемкость деталей редуктора привода буровой машины БГА2М 37

  2. Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин 41 Выводы 50

2. РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИ
ОННЫХ СВОЙСТВ ПРИВОДА ВРАЩЕНИЯ БУРОВОГО СТАНКА
52
2.1. Исследование эксплуатационных нагрузок на элементы привода вра
щения бурового станка 52

  1. Установление вида нагрузки, действующей на детали редуктора 5 б

  2. Исследование динамических характеристик привода вращения бу-

рового станка 63

2.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния и оценка
свойств упрочненного поверхностного слоя после обработки ППД 75
2.2 Л .Постановка задачи 75

2.2.2. Результаты МКЭ-моделирования напряжен но-деформированного
состояния очага деформации 84

2.2.3. Аналитический расчет накопленных свойств поверхностного слоя 93

2.3. Аналитический расчет циклической долговечности деталей бурового
станка 97
Выводы 103
3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕ
ДОВАНИЙ
105
3.1. Планирование экспериментальных исследований 105

  1. Общее построение экспериментальных исследований 105

  2. Выбор материалов для исследования 106

3 Л .3 Образцы и технологическая оснастка для исследований 109
ЗЛА Планы экспериментальных исследований 112

  1. Методика записи и обработки профилограмм очагов деформации 116

  2. Методика решения задач механики ППД методом конечных элементов (МКЭ) 122

  3. Методика исследования качества поверхностного слоя 127

  4. Методика статистической обработки экспериментальных данных и построения статистических моделей 130 Выводы 132

4 ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ ДОСТИЖЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ СВОЙСТВ ДЕТА
ЛЕЙ ГОРНЫХ МАШИН
133
4.1 Исследование влияния режимов обработки ППД на формирование
очагов деформации 133

  1. Исследование взаимосвязей между геометрическими параметрами очагов деформации 143

  2. Исследование влияния режимов обработки ППД и параметров очага деформации на качество упрочненного поверхностного слоя 148

  3. Анализ результатов расчетов статической прочности и прочности

при действии циклических нагрузок 158

4.5 Анализ результатов расчетов коэффициентов запаса статической
прочности при условии уменьшения диаметров шеек вала №2 на 10, 20 и

30 процентов 163

  1. Оценка повышения технического уровня бурового станка 171

  2. Экономические аспекты результатов исследований 177 Выводы 181 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 183 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 185 ПРИЛОЖЕНИЯ 195

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

Введение к работе:

Перед угледобывающей промышленностью страны стоят ответственные задачи по повышению объемов добычи угля, удовлетворяя потребности остальных отраслей в топливе, коксе и сырье. Переход на рыночную экономику требует увеличения рентабельности добычи угля за счет повышения производительности труда на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

Технический прогресс невозможен без постоянного повышения производительности горной техники, надежности ее работы, снижения доли ручного труда и автоматизации регулирования и поддержания оптимальных режимов работы. Необходимо обеспечивать все большую надежность защиты горных машин от перегрузок и повышение безопасности их эксплуатации. Усложнение горногеологических условий добычи угля подземным способом, а также повышение социальной напряженности в угледобывающей отрасли ставят все эти задачи на передний план.

При системах разработки, применяемых в подземной добыче угля, проводится большое количество подготовительных выработок и скважин различного назначения. Особенно велик объем бурения скважин при отработке крутопадающих и наклонных пластов. При этом для целого ряда систем разработки бурение скважин является одной из основных операций ведения горных работ. Так, при щитовой и комбинированной с гибким перекрытием системах разработки крутопадающих пластов на каждую 1000 т добываемого угля приходится от 20 до 140 метров восстающих выработок. Большой объем бурения скважин, непосредственное влияние на темпы добычи угля и высокая трудоемкость бурения ставят проблемы совершенствования буровой техники в ряд приоритетных.

Парк буровых станков на шахтах страны составляет свыше 2500 штук 30 наименований. Причем, серийное производство более 60% станков начато 18-20 лет назад. Все возрастающие потребности бурения скважин большого диа-

метра (500-1500 мм) и постоянное совершенствование бурового инструмента привели к возникновению несоответствия технических параметров буровых станков предъявляемым требованиям. Так, оснащение бурового инструмента не только радиальными резцами, а и различными типами шарошек, потребовало расширения диапазона рабочих частот вращения инструмента, который существующие станки не обеспечивают. Эволюционное развитие буровой техники в направлении повышения ее энерговооруженности не приводит к адекватному увеличению технической производительности бурения.

С одной стороны, это обусловлено отсутствием рациональной сбалансированности параметров самого бурового станка. Нарушение оптимального соответствия мощности приводов станка и его массы, длины штанги и габаритов и т.п. существенно влияют на эксплуатационные качества буровых станков.

С другой стороны, интенсификация процесса бурения приводит к тому, что в общем времени процесса бурения все большую долю начинают занимать вспомогательные операции. Особенно трудоемкими и травмоопасными являются вспомогательные операции по наращиванию и демонтажу бурового става. Только 4 наименования буровых станков имеют технические решения по механизации наращивания бурового става и отдельных вспомогательных операций при бурении (Б 100-2 00, В68КП, Старт, БГА-4м). Достаточно полной механизации монтажно-демонтажных работ с буровым ставом не имеет ни один станок.

Причиной возникших проблем является отсутствие методов и средств системного подхода к созданию буровых станков с высоким техническим уровнем. Только конструкторские решения не позволяют получить достаточно высокий технический уровень (качество) бурового станка. Необходимо в едином комплексе решать как конструкторские, так и технологические задачи проектирования и изготовления бурового станка. Следовательно, настоящая работа непосредственно связана с одной из важнейших проблем промышленности - проблемой повышения качества, решению которой уделяется в настоящее время исключительное внимание.

Изложенное свидетельствует об актуальности диссертационной работы.

Исследования выполнялись в рамках гранта Министерства образования РФ: Разработка теоретических основ рабочих процессов и прогноз функциональных возможностей горных машин для широкого спектра условий эксплуатации (шифр т 02-04.3-50) и программы Министерства образования РФ: «Приоритетные направления развития науки и техники», раздел 205 «Наземные транспортные средства», проект №205.03.01.029 «Исследование механики технологического наследования и разработка автоматизированных средств проектирования технологии упрочняющей обработки»,2001 -2002г.; проект №205.03.01.047 «Разработка методик проектирования и контроля эффективных упрочняющих технологических процессов поверхностного пластического деформирования на базе принципов механики технологического наследования», 2003-2004г.

Цель работы - повышение технического уровня станков для бурения восстающих скважин большого диаметра в угольных шахтах на основе совершенствования технологии их производства.

Идея работы - снижение металлоемкости (массы) бурового станка за счет повышения механических характеристик его деталей путем создания более совершенной технологии их изготовления.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. Исследование эксплуатационных нагрузок на элементы привода вращения бурового станка и разработка методики расчета напряжений, действующих в опасных сечениях валов редуктора.

  2. Моделирование напряженно-деформированного состояния и оценка свойств упрочненного поверхностного слоя и долговечности закаленных деталей при обработке ППД.

  3. Разработка методического обеспечения и проведение экспериментальных исследований качества поверхностного слоя и металлоемкости закаленных деталей после упрочняющей обработки ППД.

4. Разработка технологических рекомендации по комбинированному упрочнению и повышению технического уровня бурового станка БГА2М. Методы исследований. В процессе выполнения работы использовались разработанные методы комплексной оценки технического уровня бурового станка, методы моделирования, методы статистической обработки данных и построения статистических моделей, методы механических испытаний свойств конструкционных материалов, а также выполнялись аналитические, лабораторные и промышленные исследования.

Лабораторные исследования проводились на полноразмерных стендах с использованием современных средств измерения и регистрации параметров. Отдельные технические решения прошли апробацию в промышленных условиях, что обеспечивало объективную их оценку.

Научные положения, выносимые на защиту:

аналитическая модель нагружен ности привода вращения бурового станка, включающая динамические характеристики приводного электродвигателя, статическую и динамическую составляющие нагрузки бурового инструмента и переменную крутильную жесткость бурового става, обеспечивает получение значений амплитуды и частотного состава нагрузок с большей точностью;

закономерности изменения амплитуды и частотного состава нагрузок в приводе вращения бурового станка зависят от длины бурового става и характеризуются наличием резонансных явлений;

уточненная экспериментально-аналитическая модель, описывающая очаг деформации при поверхностной пластической деформации, позволяет рассчитывать и управлять напряженно-деформированным состоянием поверхностного слоя деталей из закаленных материалов; закономерности формирования упрочненного поверхностного слоя при поверхностной пластической деформации деталей из закаленных материалов определяются накоплением деформаций и исчерпанием запаса

12 пластичности металла и достигаются установленными режимами обработки. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы выбором представительных критериев, обуславливающих технический уровень бурового станка, достаточным объемом теоретических исследований, выполненных с применением апробированных: методов математической статистики и теории множеств, планирования и объемом лабораторных экспериментов, позволяющих делать выводы с доверительной вероятностью не ниже 95%, а также результатами апробации рекомендуемых устройств в производственных условиях.

Научная новизна диссертации заключается:

в разработке динамической модели нагруженности привода вращения бурового станка, отличающаяся включением динамических характеристик приводного электродвигателя, статической и динамической составляющих нагрузки бурового инструмента и переменную жесткость бурового става;

в установлении закономерностей формирования нагрузок в приводе вращения бурового станка, обеспечивающих повышения точности расчетов конструктивных параметров и прочностных характеристик его элементов;

в разработке экспериментально-аналитической модели напряженно-деформированного состояния очага деформации при ППД впервые для закаленных деталей, учитывающей пластическое течение металла, что обеспечивает высокое качество поверхностного слоя деталей; в получении закономерностей накопления деформаций и исчерпания запаса пластичности металла поверхностного слоя, позволяющих повысить статическую прочность и увеличить долговечность деталей

13 Личный вклад заключается в:

уточнении динамической нагруженности привода вращения бурового станка;

определении закономерностей формирования нагрузок в приводе вращения бурового станка;

получении закономерностей формирования поверхностного слоя деталей из закаленных материалов;

разработке технологических рекомендаций, позволяющих повысить эксплуатационные свойства деталей. Практическое значение работы заключается в:

результатах экспериментальных исследований свойств упрочненного поверхностного слоя после обработки ППД деталей из закаленных материалов;

результатах расчетов прочности в условиях статического и циклического усталостного нагружения валов редуктора;

результатах расчетов циклической долговечности валов редуктора после выполнения комбинированного упрочнения закалкой и ППД; рекомендациях по снижению металлоемкости деталей и повышению технического уровня бурового станка. Практическая значимость работы подтверждается и тем, что ряд научных положений, выводов и рекомендаций реализуется при создании и совершенствовании буровых станков.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Разработанные методики, конструктивные решения и рекомендации в полном объеме используются ОАО «Анжеромаш», являющимся основным разработчиком и изготовителем буровых станков для бурения восстающих скважин большого диаметра в угольных шахтах. Основные результаты данной работы реализованы в буровых станках нового поколения БГА2М, ЛБС-5 и Б45-120. Результаты исследований включены в рабочие программы учебных курсов

14 «Горные машины и комплексы» и «Гидравлика и гидропривод горных машин» для студентов специальности 1701 «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Работа и ее отдельные части докладывались и получили одобрение на: Всерос. науч.-практ. конф. "Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении" (Юрга-Томск, 2003); на практических конференциях по повышению качества продукции ОАО «Анжеромаш» (Анжеро-Судженск, 2001-2003 гг.); ежегодных научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (Кемерово, 2000-2003 гг.).

Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам кафедр «Горные машины и комплексы» и «Технология машиностроения» Кузбасского государственного технического университета, работникам конструкторского отдела и руководству ОАО «Анжеромаш» за помощь, оказанную при выполнении работы.

Подобные работы
Даутов Равиль Рожанович
Обоснование и выбор рациональных параметров бурения взрывных скважин станками ударно-вращательного действия с погружными пневмоударниками
Лукашов Кирилл Александрович
Обоснование рациональных режимов работы станка шарошечного бурения с наддолотным ударником для условий ОАО "Апатит"
Шагин Геннадий Павлович
Механизмы для обратной промывки при бурении скважин в сложных геолого-технических условиях
Савельев Вячеслав Николаевич
Обоснование рациональных параметров и создание малогабаритного шарошечно-дискового инструмента для бурения скважин в породах средней твердости
Пасынков Роман Ефимович
Исследование динамики бурового става и оптимизация режимов бурения прямолинейных скважин
Соловьев Анатолий Ильич
Обоснование параметров и разработка устройств удаления шлама при бурении нисходящих скважин малого диаметра в трещиноватых породах
Шевченко Алексей Николаевич
Выбор рационального типа бурового инструмента и системы очистки скважин при бурении мерзлых пород
Хадонов Амиран Владимирович
Повышение эффективности использования коронок для бурения шпуров и скважин
Пивнев Владимир Анатольевич
Разработка и исследование средств бурения с регулируемым ударным импульсом для шпуров и скважин
Швец Александр Игоревич
Повышение метанобезопасности угольных шахт на основе совершенствования технологии заблаговременной дегазационной подготовки шахтных полей

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