Библиографическое описание:

Пашков Е. Н., Зиякаев Г. Р., Кузнецов И. В. Разработка и определение параметров экспериментального стенда силового гидроимпульсного механизма // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 279-282.

Представлена физическая модель гидроимульсных механизмов бурильных машин с одним и двумя колебательными контурами. Получены дифференциальные уравнения, описывающие механические и гидравлические процессы, протекающие в механизме за весь цикл его работы. На основании полученных результатов разработана схема экспериментального стенда гидроимпульсного механизма и рассмотрен вопрос определения его параметров.

Ключевые слова:гидроимпульсный механизм, резонанс, собственная частота, экспериментальный стенд.

 

В настоящее время при разработке месторождений полезных ископаемых, в строительстве, для бурения шпуров и скважин в горных породах, для разрушения каменных и бетонных блоков, твердых покрытий, забивки свай и труб широкое применение находят буровые машины ударно-вращательного действия. Перспективным направлением развития таких машин является их создание на основе безбойкового гидроимпульсного механизма.

В работах [1–4] была представлена принципиальная схема силового гидроимпульсного механизма для интенсификации бурения скважин малого диаметра (рис. 1).

Импульсы давления жидкости формируются следующим образом. При работе гидропульсатора, плунжер совершает возвратно-поступательное движение, при этом создаются импульсы давления жидкости, которые передаются в гидроцилиндр. Так как гидроцилиндр поджат упругой силой, происходит его раскачка вместе с инерционной массой m. При этом происходит периодическое преобразование кинетической энергии массы m в потенциальную энергию деформированной системы жидкости и рукава — повышению давления в системе и обратно. При режиме работы системы близкого к резонансному, возникают импульсы давления значительной величины, которые через поршень и буровую штангу передаются на обрабатываемую среду.

чертеж 2012

Рис. 1. Модель гидроимульсного механизма: 1 — гидроцилиндр с активной массой; 2 — плунжер; 3 — рукав высокого давления (РВД); 4 — бурильный инструмент; 5 — разрушаемая порода

 

Была получена система дифференциальных уравнений, описывающих процессы, происходящие при работе гидроимпульсного механизма:

Здесь: m — масса, прикрепленная к корпусу гидроцилиндра; – коэффициент трения между поршнем и гидроцилиндром; с — жесткость пружины; p — давление в гидроцилиндре; – постоянное усилие поджима; – площадь поршня гидроцилиндра; – площадь плунжера;  — приведенный момент инерции вращающихся деталей ротора; – приводной момент двигателя; χ — коэффициент демпфирования; r — радиус кривошипа; – коэффициент упругости рукавов высокого давления.

Для проверки теоретических исследований на кафедре Теоретической и прикладной механики Томского политехнического университета, разрабатывается экспериментальный стенд гидроимпульсного механизма.

Схема механической части стенда представлена на рис. 2. Неподвижная рама 1, изготовлена из швеллеров и стальных листов. Подвижное основание 2, из листовой стали толщиной 20 мм, может свободно перемещаться относительно рамы в продольном направлении с помощью цилиндрических роликов 3. Гидроцилиндр 4 жестко соединен с подвижным основанием 2 с помощью стойки 5, которая крепится к основанию с помощью болтов. Гидроцилиндр поджат в раме с помощью пружины сжатия 6, которая фиксируется в установке с помощью стаканов 7. Активная масса установки может меняться с помощью грузиков 8. Силовые импульсы, создаваемые установкой, замеряются датчиком силы 9, размещенным между штоком гидроцилиндра и рамой. Перемещения подвижного основания относительно рамы замеряются акселерометром 10.

Рис. 2. Схема механической части экспериментального стенда: 1 — рама; 2 — подвижное основание; 3 — ролики; 4 — гидроцилиндр; 5 — стойка; 6 — пружина; 4 — стаканы; 8 — грузы; 9 — измеритель силы; 10 — акселерометр

 

Гидравлическая часть стенда включает дозировочный плунжерный насос, регулируемый предохранительный клапан давления и трехпозиционный гидрораспределитель (рис. 3). Импульсы давления жидкости создаются за счет неравномерности подачи плунжерного насоса, трехпозиционный распределитель служит для изменения направления потока жидкости. С помощью регулирования предохранительного клапана давления изменяется величина предварительного поджатия пружины.

Рис. 3. Гидравлическая схема экспериментального стенда: 1 — насос; 2 — предохранительный клапан; 3 — гидрораспределитель; 4 — гидроцилиндр

 

Как было показано в [3], амплитуда импульсов давления будет максимальна в резонансном режиме, когда

Для определения величины активной массы, чтобы система находилась в резонансе, преобразуем:

Частота вращения приводного вала плунжерного насоса равнамин-1. Следовательно с-1.

Диаметр поршня гидроцилиндра равен мм, следовательно его площадь будет м2.

Жесткость пружины была измерена экспериментально и составила H.

Коэффициент упругости РВД также был найден экспериментально и оказался равен м3/ Па.

Найдем требуемую активную массу:

кг.

Доработка экспериментального стенда, экспериментальные исследования и их сравнение с аналитическими расчетами является предметом дальнейшего исследования.

Выводы:

1.                  Была представлена методика расчетов параметров гидроимпульсного механизма исходя из условия его работы в резонансном режиме.

2.                  Изменяя величину активной массы и коэффициента объемной упругости РВД можно подобрать параметры гидроимпульсного механизма так, чтобы он работал в режиме близком к резонансному при заданной частоте силовых импульсов.

3.                  Жесткость поджимной пружины мало влияет на остальные параметры гидроимпульсного механизма, т. к. .

4.                  Наибольшее влияние на требуемую величину активной массы механизма оказывает коэффициент объемной упругости РВД.

 

Литература:

 

1.                  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.

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

3.                  Pashkov E. N., Ziyakaev G. R., Tsygankova M. V. Differential equations of processes for the hydropuls power mechanism of drill machines // Applied Mechanics and Materials. — 2013 — Vol. 379. — p. 91–94 [6765–2013].

4.                  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.

Основные термины (генерируются автоматически): гидроимпульсного механизма, экспериментального стенда, силового гидроимпульсного механизма, давления жидкости, Импульсы давления жидкости, схема экспериментального стенда, механизма бурильных машин, параметры гидроимпульсного механизма, стенда гидроимпульсного механизма, импульсы давления, экспериментального стенда силового, объемной упругости РВД, импульсы давления жидкости, гидроимпульсного силового механизма, гидроимпульсного механизма бурильных, безбойкового гидроимпульсного механизма, высокого давления, параметров гидроимпульсного механизма, величину активной массы, активной массы механизма.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle