Обґрунтування параметрів двобойкового відбійного гідромолотка для руйнування гірських порід

Abstract

Дисертацію присвячено обґрунтуванню параметрів двобойкового відбійного гідромолотка, визначенню основних вібраційних та енергетичних характеристик гідравлічного відбійного молотка з керованою робочою камерою з використанням двобойкової ударної системи. Виконано аналіз гідравлічних ручних молотків різної конструкції, і порівняно їх з відбійними молотками, які мають приводи іншої природи: електричний, пневматичний та бензиновий. Встановлено, що саме молотки з гідравлічним приводом найбільше відповідають вимогам використання їх в умовах шахтних виробок, а також мають потенційні можливості щодо їх удосконалення. Вдосконалено математичну модель для дослідження динамічних параметрів ручного відбійного молотка, що враховує взаємодію рухомих елементів гідроударного механізму, виконано аналітичні дослідження режимів роботи молотка за різних умов: зміни параметрів гідроприводу та параметрів гідроударного механізму. Для підтвердження адекватності створеної моделі гідравлічний молоток досліджено на стенді з реєстрацію та аналізом його основних динамічних параметрів. Обґрунтовано параметри двобойкової ударної системи, особливість якої полягає у використанні другого бойка у вигляді інерційної маси. Визначено, що введення другого бойка в ударну систему гідромолотка дозволяє зменшити рівень вібрації корпусу на 14,7 % та збільшити ступінь передачі ударного навантаження в породу на 15% через використання першого бойка як елемента, що притискує інструмент до породи, а другого – як ударний.

Диссертация посвящена обоснованию параметров двохбойкового отбойного гидромолотка, определению основных вибрационных и энергетических характеристик гидравлического ручного отбойного молотка с управляемой рабочей камерой с использованием двохбойковой ударной системы. Проведен анализ гидравлических ручных молотков разных конструкций и проведено их сравнение с отбойными молотками, которые имеют привод другой природы: электрический, пневматический и бензиновый. Установлено, что молотки с гидравлическим приводом наиболее полно соответствуют требованиям для использования в условиях шахтных выработок, а также имеют потенциальные возможности по их усовершенствованию с точки зрения модернизации их в двохбойковые. Усовершенствована математическая модель для исследования динамических параметров ручного отбойного молотка, которая учитывает взаимодействие движущихся элементов ударного механизма, выполнены аналитические исследования режимов работы молотка при разных условиях: изменении параметров гидропривода и параметров ударного механизма. Для подтверждения адекватности созданной модели гидравлический молоток исследован на стенде с регистрацией его основных динамических параметров – частоты ударов, энергии единичного удара, ударной мощности, скорости соударения. Определены основные энергетические и вибрационные характеристики гидромолотка с использованием однобойковой и двобойковой ударных систем, сформулированы условия рациональной работы двобойковой ударной системы. Обосновано создание двохбойковой ударной системы, особенность которой в использовании второго бойка в роли инерционной ударной массы. Использование двух бойков позволяет уменьшить отдачу при взводе бойков за счет разделенных ударных масс и увеличить коэффициент передачи энергии удара в породу при использовании первого бойка в качестве элемента, который прижимает инструмент к породе, а второго – как ударный. Определено, что введение второго бойка в ударный механизм гидромолотка позволяет уменьшить уровень вибрации корпуса на 14,7% и увеличить степень передачи ударной нагрузки в породу на 15%. На основании результатов проведенных исследований была разработана методика инженерного расчета двохбойковой ударной системы отбойного молотка, которая учитывает предварительную ударную нагрузку горной породы внешним бойком в процессе удара внутреннего бойка и влияние этой системы на вибрационные и энергетические показатели молотка. Методика внедрена в лаборатории «Механики разрушения горных пород и создания новых породоразрушающих инструментов» Института сверхтвердых материалов им. В.М. Бакуля НАН Украины при проектировании устройств импульсного разрушения горных пород.

The dissertation is dedicated to the study of characteristics and parameter s of the hand-operated hydrohammer with controlled work chamber using double-faced percussion mechanism. The analysis of the hand-operated hydrohammers of various designs as well as their comparison with air-hammers with another type of drive – electric, pneumatic and, and petrolic – has been performed. It has been found out that these are hydraulically operated hammers that fully meet the application requirements for mine works and have potential for improvement. A mathematical model for analysis of hand-operated air-hammer dynamic parameters that considers interaction of hydropercussion mechanism moving parts has been created; the analytical study of hammer operating mode under various conditions (change of hydraulic drive parameters and parameters of hydropercussion mechanism) has been carried out. To prove the validity of the created model the hydrohammer has been tested on the test board which included registration of its critical dynamic parameters. The creation of double-faced percussion mechanism is justified. The main feature of the mechanism is an application of the hammer second face in a form of inertial mass. The double-faced mechanism allows recoil decrease for joint faces on account of separated striking mass as well as to increase the energy transfer coefficient of the percussion into stone using the first face as an element that presses the tool against rock and the second one as a percussion mechanism.