автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Анализ и разработка конструктивной схемы оборудования для вторичного дробления горных пород

На правах рукописи

ии^457236

НАБИУЛЛИН

Рустем Шафкатович

АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ДЕК 2008

Екатеринбург - 2008

003457236

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент Комиссаров Анатолий Павлович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор - Зимин Анатолий Иванович; кандидат технических наук - Червяков Сергей Алексеевич

Ведущее предприятие - Институт горного дела УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится 23 декабря 2008 г. в 10_ часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан ЯсЛ _2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Несмотря на повышение эффективности взрывной отбойки скальных и полу скальных горных пород, объемы горных пород, подлежащих вторичному дроблению, остаются большими в связи с ростом добычи полезных ископаемых. Так, на железорудных карьерах средний выход негабаритов размером 1,2 м и более (негабарит по приему на дробилки крупного дробления) составляет более 2 %; на гранитных карьерах - до 20.. .30 %.

Для размещения негабаритов приходится занимать площади забоев, что затрудняет ведение горных работ, особенно при углублении карьеров; наличие негабаритных кусков приводит к ухудшению качества подготовки горной массы, снижению производительности экскавационного оборудования и, в конечном счете, повышению себестоимости добычи полезных ископаемых.

Негабариты отличаются большой изменчивостью физико-механических свойств (плотность, прочность, хрупкость и др.), форм, размеров и т.д., что определяет сложность выбора технических средств для разрушения негабаритов, с одной стороны, и низкую эффективность их использования - с другой.

Повышение эффективности разрушения негабаритов может быть достигнуто при определенной комбинации параметров как внешнего силового воздействия, так и породоразрушающего инструмента, соответствующей характеристике негабарита, т.е. при регулировании параметров силового воздействия и применении сменного инструмента.

Одним из основных направлений интенсификации горных работ является концентрация производства за счет повышения единичной мощности оборудования. На открытых горных работах увеличение параметров буровзрывных работ (диаметра взрывных скважин, расстояния между

скважинами и др.) приводит к росту объемов вторичного дробления горных пород при одновременном возрастании размеров негабаритов. Это, в свою очередь, потребует создания высокопроизводительных технических средств для разрушения негабаритов.

Учитывая, что значительная часть полезных ископаемых залегает в условиях экономически выгодных для открытой разработки, проблема интенсификации работ по вторичному дроблению горных пород приобретает важное значение. В этой связи обоснование рациональных параметров технических средств для разрушения негабаритов и повышение эффективности их использования является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям горного производства.

Объект исследования. Оборудование для вторичного дробления горных пород и негабаритных блоков для горной и других отраслей промышленности.

Предмет исследования - конструктивные и режимные параметры оборудования для вторичного дробления горных пород и негабаритных блоков.

Целью работы является повышение эффективности использования оборудования для вторичного дробления горных пород на основе обоснования рациональных конструктивных и режимных параметров рабочих механизмов, соответствующих прочностно-деформационным свойствам горных пород.

Идея работы заключается в подборе рациональной комбинации режимных и конструктивных параметров рабочих механизмов в зависимости от характеристики негабарита (объема, формы, прочности породы и т.д.).

Методы исследований включают обобщение и анализ литературных источников, теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на законах физики и механики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- уровень и длительность внешнего воздействия при разрушении негабаритов должны соответствовать прочностно-деформационным свойствам породы и виду разрушения негабарита (хрупкое, хрупко-пластичное);

- основными параметрами при внешнем ударном воздействии являются энергия удара и ее компоненты (масса ударника и предударная скорость), величина, форма и длительность ударного импульса, зависящие как от конструктивных параметров ударника и инструмента, так и от свойств горной породы, соотношение между массами инструмента и негабарита;

- основным параметром при статическом воздействии является величина внешней нагрузки;

- выбор рациональной комбинации параметров ударного механизма и инструмента определяется в зависимости от характеристики негабарита (крепости породы, массы и формы негабарита).

Научная новизна работы

• Получено рациональное соотношение между величинами ударного импульса и энергии удара в зависимости от характеристики и вида разрушения негабарита.

• Установлены зависимости для определения режимных параметров ударного механизма.

• Обоснованы показатели, характеризующие эффективность разрушения негабаритов: удельный (отнесенный к энергии удара) объем отбитого куска; общая энергоемкость разрушения негабарита (суммарная энергия ударов, отнесенная к объему негабарита).

Практическая ценность работы

- Разработаны предложения и рекомендации по повышению эффективности использования карьерных бутобоев в конкретных условиях эксплуатации.

- Обосновано рациональное соотношение между параметрами удар-

ного механизма и базовой машины при разрушении негабаритов с различными характеристиками.

- Предложена методика выбора рациональных параметров ударного механизма и инструмента при разрушении негабаритов с различными характеристиками.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается корректным использованием апробированных современных положений механики горных пород и теории удара; достаточными и статически обоснованным объемом и представительностью выполненных экспериментов; хорошей сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 9 % с доверительной вероятностью 0,95.

Реализация результатов работы. Разработанные предложения и рекомендации по повышению эффективности карьерных бутобоев в конкретных условиях эксплуатации, а также методика выбора рациональных параметров ударного механизма и инструмента при разрушении негабаритов с различными характеристиками приняты к внедрению на ОМТО ООО «Башкирская медь». Результаты работы используются в учебном процессе при выполнении курсовых работ по специальности «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка -2005» и «Неделя Горняка - 2007» (г. Москва, МГГУ), на международных научно-технических конференциях «Чтения памяти В. Р. Кубачека. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» в 2005 и 2008 гг. (г. Екатеринбург, УГТУ).

Личный вклад автора заключается в

- установлении зависимостей для определения соотношений между

параметрами ударного механизма, молота и базовой машины;

- разработке методики выбора рациональных параметров оборудования для вторичного дробления горных пород;

- обосновании компоновочной схемы оборудования для вторичного дробления горных пород статического действия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объём. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Содержание работы изложено на 108 страницах машинописного текста, включает 13 рисунков и 9 таблиц. Библиографический список содержит 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе выполнен обзор и анализ современных способов и средств вторичного дробления руд и пород; проанализированы результаты исследований процессов разрушения негабаритов и поставлены задачи исследований.

Исследования и разработка технических средств для ударного разрушения негабаритов проводятся в ряде научных коллективов и проектно-технических организаций, в частности, ИГД СО РАН, ННЦ ГПИГД имени

A. А. Скочинского, ВНИИстройдормаш, НИИпроектасбест и др.

Практика проектирования, расчета и технологического применения карьерных бутобоев развита в работах В. Г. Гальперина, В. П. Гривастого,

B. JI. Каменного, Д. П. Лобанова, А. Т. Малого, Ю. М. Мотова, А. В. Но-совца, Ю. И. Протасова, П. Я. Фадеева и др.

Проведенный анализ функционирования оборудования для вторичного дробления горных пород на базе гидромолотов показывает их низкую

эффективность.

Низкая эффективность использования оборудования обусловливается как сложностью в управлении молотом при наведении рабочего органа и при регулировании режимных параметров (энергии удара и частоты ударов), так и негативным влиянием значительного числа факторов на характер процесса ударного разрушения негабаритов (конфигурация негабарита, направление вектора ударного импульса относительно поверхности негабарита, жесткость основания и др.).

На основе проведенного анализа функционирования оборудования для вторичного дробления горных пород выявлены резервы повышения эффективности их использования и сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе выполнен анализ особенностей процесса ударного разрушения негабаритов.

Выявлены взаимосвязи элементов ударной системы «ударник - инструмент - негабарит - основание»:

зависимость амплитуды, формы и длительности ударного импульса от динамических параметров ударной системы;

влияние параметров ударной системы на степень использования энергии удара.

Эффективность ударного воздействия определяется динамическими параметрами элементов ударной системы и, прежде всего, величиной динамического сопротивления породы внедрению инструмента (ударной жесткости породы):

2п(0 = Лп5к=^с/уин, (1)

где Лп = а р - волновое сопротивление породы;

- площадь контакта инструмента (наконечника) с породой; Рс - сила сопротивления породы; уии - скорость внедрения инструмента;

а - скорость распространения упругой волны напряжений в породе; р - плотность породы.

Анализ ударной системы показал, что наибольшие потери энергии имеют место при соударении инструмента с негабаритом, определяемые амплитудой отраженного от негабарита импульса:

^отр = Рт (2„ (0 - Син) (2„ (!) + Син)-', (2)

где /•*„„ - сила, действующая в плоскости контакта ударника с инструментом;

Син - ударная жесткость инструмента.

Установлено, что основными технологическими параметрами, определяющими эффективность процесса разрушения негабарита, являются шаг отбойки Н и глубина внедрения инструмента Ъ.

Величина шага отбойки обусловливает характер отбойки кусков (скол или выкол), объем отбитого куска и затраты энергии на образование новой поверхности (рис. 1).

Зависимость между объемом отбитого куска и шагом отбойки имеет сложный характер.

скол при Н=Н\; выкол при #=#2, - объем ядра уплотнения; Я - реакция породы при расширении ядра уплотнения

Получено выражение для оптимального значения шага отбойки Я0

(м), при котором достигается максимальный объем отбитого куска: Jp'

Нот = 1,70 Аулиз 0Р"°'5, (3)

где Луд- энергия удара, кДж;

ор - предел прочности породы на растяжение, МПа.

Глубина внедрения инструмента определяется в зависимости от затрат энергии на деформирование породы, конструкции инструмента и характеризует величину работы, совершаемой ядром уплотнения при его расширении.

В соответствии с законом сохранения и преобразования энергии получены соотношения между глубиной внедрения инструмента и энергией удара:

а) клиновидный наконечник

Fq = Fya = hdoB (tg(a/2) + р.) = £п h, (4)

где к„-коэффициент пропорциональности;

^тах ~ (2 Аул кп) '5; (5)

h^(2Aya/knf'5-, (6)

б) инструмент с плоским наконечником

Fya = 0,25 и d2 ав = const; (7)

Кы = 4 Ауд / (я с? ов), (8)

где С7„ - предел прочности породы на вдавливание; И - коэффициент трения стали о породу.

При проявлении пластических свойств породой рабочий инструмент необходимо внедрить на большую глубину, что позволит разорвать связи между частицами минерального скелета и вызвать прогрессирующее разрушение негабарита.

Таким образом, изменяя размеры и форму наконечника инструмента, можно регулировать распределение энергии между зонами разрушения -ядром уплотнения и отбиваемым куском.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных иссле-

дований по разрушению негабаритов.

Эксперименты проводились на предприятии ОМТО ООО «Башкирская медь». Разрушение негабаритов производилось гидромолотом Е68 (фирма RAMMER), который установлен на экскаваторе ЭО-33211.

Качество разрушения негабаритов определяется отбойкой кондиционных кусков при наименьшем количестве ударов и малом содержании мелочи.

Проведены сравнительные эксперименты по разрушению негабаритов при принятой на предприятии технологии и по предложенной технологии с рациональным шагом отбойки, определенным для конкретных условий работы (рис. 2).

Качество дробления негабаритов по предложенной технологии повысилось за счет уменьшения количества ударов и, соответственно, снижения энергозатрат.

В четвертой главе обобщены методы выбора основных параметров ударных механизмов и получены зависимости для определения рациональных параметров молота.

Получено выражение для критической (минимальной) величины энергии удара по условию отбойки кондиционного куска (при толщине

Рис. 2. Зависимость производительности бугобоя от шага отбойки

Луд.,ф = 400 ук/,

(9)

где V* - объем отбитого куска;

/- коэффициент крепости породы.

Степень использования энергии удара определяется при прочих равных условиях величиной силы прижатия инструмента к негабариту.

Из условия реализации энергии удара (Дж) определено выражение для силы прижатия, которое имеет вид:

где туд - масса ударника, кг;

X - частота ударов, Гц. Предложен графо-аналитический метод оценки устойчивости базовой машины на основе годографов силы прижатия инструмента к негабариту (рис. 3).

В пятой главе разработана методика выбора рациональных параметров оборудования для разрушения негабаритов.

К основным параметрам, характеризующим эффективность использования оборудования для разрушения негабаритов, относятся:

энергия единичного удара и затраты энергии на дробление негабарита на кондиционные куски;

величина ударного импульса и его составляющие (амплитуда, форма и длительность), характеризующие интенсивность динамического воздействия и определяющие напряженное состояние породы.

Величина энергии удара определяется в основном физико-механическими свойствами породы, т.е. величиной энергоемкости процесса ударного разрушения.

(10)

Рациональное значение энергии удара (кДж) из условия дроб-

ления негабарита на кондиционные куски составляет:

ЛУД = 0,9(М/)Ш, где М- масса негабарита, т.

(И)

Рис. 3. Схема к оценке устойчивости базовой машины (а), годографы силы прижатия (б)

Энергоемкость разрушения негабарита зависит и от способа формирования энергии удара - за счет массы ударника или скорости соударения.

Анализ технических характеристик современных молотов показывает, что увеличение энергии удара реализуется 'за счет опережающего роста массы ударника (и инструмента), что обусловливается, в свою очередь, возрастанием размеров и массы негабаритов.

Рациональное соотношение между массами негабарита и ударника: етуд = (0,10...0,15)М (12)

На основе выполненного регрессионного анализа по разработанной

программе (результаты для отечественных бутобоев приведены на рис. 4) установлено соотношение между массой базовой машины (т) и энергией удара (кДж).

Уравнение регрессии для расчета соотношения между массой базовой машины и энергией удара бутобоя отечественного производства

Исходные данные и результаты расчета по принятому уравнению

N п.п. Исходные данные Расчетные значения функции

Мбм, т АУл, Дж

1 8.5 1220 1172

2 9.0 2000 1277

3 9.5 1000 1382

4 15.5 2400 2644

5 16.0 3000 2749

6 18.5 2700 3275

7 22.0 3500 4011

8 34.5 9000 6639

9 38.0 5500 7375

10 40.0 8000 7796

Рис. 4. Зависимость энергии удара (Дж) от массы бутобоя (т)

Наименьшую остаточную дисперсию имеет уравнение у=-61(Я-210х

По полученной регрессионной зависимости может решаться обратная задача - определение требуемой массы базовой машины по задаваемой энергии удара:

Л^бм = 3 + 4,8 Луд. (13)

Выполнена сравнительная оценка технико-экономических показа-

телей карьерных бутобоев и оборудования для вторичного дробления статического действия (рис. 5).

Выдвижная стенка

Рис. 5. Компоновочная схема бутобоя статического действия

Показано, что при статическом вдавливании индентора энергоемкость разрушения снижается ввиду соответствия работы внешних сил требуемой энергии для разрушения негабарита. •

Другим важным преимуществом оборудования статического действия является универсальность, в то время как для карьерных бутобоев правильность выбора молота для конкретных условий имеет решающее значение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе на базе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований решена задача обоснования рациональных параметров оборудования для вторичного дробления горных пород. Выполненные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты работы.

1. Получено выражение для оптимального значения шага отбойки, при котором достигается максимальный объем отбитого куска.

2. Установлено значение критической (минимальной) величины энергии удара по условию отбойки кондиционного куска.

3. Из условия реализации энергии удара молота определено выражение для силы прижатия инструмента к негабариту.

4. Предложен графо-аналитический метод оценки устойчивости базовой машины на основе годографов силы прижатия инструмента к негабариту.

5. Разработана методика выбора рациональных параметров оборудования для разрушения негабаритов.

6. На основе регрессионного анализа установлено соотношение между массой базовой машины и энергией удара.

7. Предложена компоновочная схема оборудования для вторичного дробления горных пород статического действия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Набиуллин Р. Ш. Новые технические решения для разрушения негабаритов в условиях карьеров / Р. Ш. Набиуллин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 6. — С. 251-252.

2. Набиуллин Р. Ш. Сопоставительный анализ средств для разрушения негабаритов / Р. Ш. Набиуллин, А. П. Комиссаров // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - № 1. - С. 33-34.

2. Работы, опубликованные в других изданиях

-7 I г.-.с............ г> ит —----—с.------------г--------- / п ттт

. 1шии)ллпп 1 . т. ^.члэир ^ии^ииив дриилспил не! аиари юь / г. ш.

Набиуллин // Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно-структурных месторождений полезных ископаемых: сб. докладов II международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2005. - С. 29-38.

4. Набиуллин Р. Ш. Основные направления совершенствования карьерных бутобоев / Р. Ш. Набиуллин, А. П. Комиссаров // Материалы II международного Евро-Азиатского машиностроительного форума. - Екатеринбург, 2005. - С. 21-23.

5. Набиуллин Р. Ш. Обоснование параметров процесса разрушения негабаритов при отбойке ударом / Р. Ш. Набиуллин // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. трудов VI международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2008. - С. 50-53.

Подписано в печать 15.11.2008 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times New Roman. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Издательство УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1. Общая характеристика способов и технических средств для разрушения негабаритов.

1.2. Анализ результатов выполненных исследований по разрушению негабаритов.

1.3. Постановка задач исследования.

Глава 2. Характеристика процесса ударного разрушения негабаритов

2.1. Особенности процесса ударного разрушения негабаритов.

2.2. Взаимосвязи элементов ударной системы.

2.3. Установление взаимосвязей между уровнем внешнего воздействия и параметрами негабарита.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования процесса ударного разрушения негабаритов.

3.1. Методика эксперимента.

3.2. Проведение эксперимента и обработка экспериментальных данных.

3.3. Анализ результатов экспериментальных исследований.

Выводы.

Глава 4. Определение параметров карьерных бутобоев.

4.1. Обоснование параметров ударной системы.

4.2. Определение нагрузок, действующих на бутобой.

4.3. Оценка устойчивости бутобоя.

Выводы.

Глава 5. Разработка методики выбора рациональных параметров оборудования для разрушения негабаритов.

5.1. Обоснование показателей, характеризующих эффективность разрушения негабаритов.

5.2. Методика выбора рациональных параметров ударных механизмов при разрушении негабаритов с различными характеристиками.

5.3. Направления совершенствования оборудования для вторичного дробления горных пород.

Выводы.

Актуальность работы. Несмотря на повышение эффективности взрывной отбойки скальных и полускальных горных пород, объемы горных пород, подлежащих вторичному дроблению, остаются большими в связи с ростом добычи полезных ископаемых. Так, на железорудных карьерах средний выход негабаритов размером 1,2 м и более (негабарит по приему на дробилки крупного дробления) составляет более 2%; на гранитных карьерах -до 20-30% [25].

Для размещения негабаритов приходится занимать площади забоев, что затрудняет ведение горных работ, особенно при углублении карьеров; наличие негабаритных кусков приводит к ухудшению качества подготовки горной массы, снижению производительности экскавационного оборудования и, в конечном счете, повышению себестоимости добычи полезных ископаемых.

Негабариты отличаются большой изменчивостью физико-механических свойств (плотность, прочность, хрупкость и др.), форм, размеров и т.д., что определяет сложность выбора технических средств для разрушения негабаритов, с одной стороны, и низкую эффективность их использования с другой стороны.

Повышение эффективности разрушения негабаритов может быть достигнуто при определенной комбинации параметров как внешнего силового воздействия, так и породоразрушающего инструмента, соответствующей характеристике негабарита, т.е. при регулировании параметров силового воздействия и применении сменного инструмента.

Одним из основных направлений интенсификации горных работ является концентрация производства за счет повышения единичной мощности оборудования. На открытых горных работах увеличение параметров буровзрывных работ (диаметра взрывных скважин, расстояния между скважинами и др.) приводит к росту объемов вторичного дробления горных пород при одновременном возрастании размеров негабаритов. Это, в свою очередь, потребует создания высокопроизводительных технических средств для разрушения негабаритов.

Учитывая, что значительная часть полезных ископаемых залегает в условиях, экономически выгодных для открытой разработки, проблема интенсификации работ по вторичному дроблению горных пород приобретает исключительно важное значение. В этой связи обоснование рациональных параметров технических средств для разрушения негабаритов и повышение эффективности их использования является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям горного производства.

Объект исследования. Оборудование для вторичного дробления горных пород и негабаритных блоков для горной и других отраслей промышленности.

Предмет исследования - конструктивные и режимные параметры оборудования для вторичного дробления горных пород и негабаритных блоков.

Целью работы является повышение эффективности использования оборудования для вторичного дробления горных пород на основе обоснования рациональных конструктивных и режимных параметров рабочих механизмов, соответствующих прочностно-деформационным свойствам горных пород.

Идея работы заключается в поборе рациональной комбинации режимных и конструктивных параметров рабочих механизмов в зависимости от характеристики негабарита (объема, формы, прочности породы и т.д).

Методы исследований включают обобщение и анализ литературных источников, теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на законах физики и механики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- уровень и длительность внешнего воздействия при разрушении негабаритов должны соответствовать прочностно-деформационным свойствам породы и виду разрушения негабарита (хрупкое, хрупко-пластичное).

- основными параметрами при внешнем ударном воздействии являются энергия удара и ее компоненты (масса ударника и предударная скорость), величина, форма и длительность ударного импульса, зависящие как от конструктивных параметров ударника и инструмента, так и от свойств горной породы, соотношение между массами инструмента и негабарита;

- основными параметрами при статическом воздействии является величина внешней нагрузки;

- выбор рациональной комбинации параметров ударного механизма и инструмента определяется в зависимости от характеристики негабарита (крепости породы, массы и формы негабарита).

Научная новизна работы

• Получено рациональное соотношение между величинами ударного импульса и энергии удара в зависимости от характеристики и вида разрушения негабарита.

• Установлены зависимости для определения режимных параметров ударного механизма.

• Обоснованы показатели, характеризующие эффективность разрушения негабаритов: удельный (отнесенный к энергии удара) объем отбитого куска; общая энергоемкость разрушения негабарита (суммарная энергия ударов, отнесенная к объему негабарита).

Практическая ценность работы

- Разработаны предложения и рекомендации по повышению эффективности использования карьерных бутобоев в конкретных условиях эксплуатации.

- Обосновано рациональное соотношение между параметрами ударного механизма и базовой машины при разрушении негабаритов с различными характеристиками.

- Предложена методика выбора рациональных параметров ударного механизма и инструмента при разрушении негабаритов с различными характеристиками.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным и спользованием апробированных современных положений механики горных пород и теории удара; достаточными и статистически обоснованным объемом и представительностью выполненных экспериментов; хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных данных не превышает 9 % с доверительной вероятностью 0,95.

Реализация результатов работы. Разработанные предложения и рекомендации по повышению эффективности карьерных бутобоев в конкретных условиях работы, а также методика выбора рациональных параметров ударного механизма и инструмента при разрушении негабаритов с различными характеристиками приняты к внедрению на предприятии «Башкирская медь». Результаты работы используются в учебном процессе при выполнении курсовых работ по специальности «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» -2005» и «Неделя Горняка» - 2007» (г. Москва, МГГУ) на международных научно-технических конференциях «Чтения памяти В. Р. Кубачека. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» в 2005, 2006, 2008 г.г. (Екатеринбург, УГГУ).

Личный вклад автора заключается в

- установлении зависимостей для определения соотношений между параметрами ударного механизма, молота и базовой машины;

- разработке методики выбора рациональных параметров оборудования I для вторичного дробления горных пород;

- обосновании компоновочной схемы оборудования для вторичного дробления горных пород статического действия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе две в ведущих рецензируемых научных изданиях и журналах.

Структура и объем. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения и двух приложений. Содержание работы изложено на 108 страницах машинописного текста, включает 13 рисунков и 9 таблиц. Библиографический список содержит 120 наименований.

Выводы.

1. При создании новых машин ударного действия и определении области наиболее рационального применения существующих агрегатов необходимо учитывать экспериментально апробированные в ходе выполненных исследований положения:

V эффективность применения динамического способа разрушения горных пород повышается при увеличении крепости этих пород;

V повышение энергии удара для крепких, хрупких пород значительно более эффективно, чем для слабых пород. Следовательно, горные машины ударного действия и особенно машины повышенной мощности в принципе рационально проектировать и использовать для разрушения крепких горных пород.

2. Определение параметров вновь создаваемых машин ударного действия, установление условий и области наиболее целесообразного применения существующих подобных агрегатов указанного типа, должно производиться на основе обязательного учета свойств разрушаемого материала. В качестве основной характеристики свойств горных пород как сред, разрушаемых динамическими нагрузками, целесообразно принимать коэффициент крепости.

3. Отделение крупных объемов горной породы от негабарита целесообразно производить при низкоскоростных режимах. В этом случае повышение мощности соответствующих машин следует производить в основном за счет массы ударника.

4. Выявлены основные зависимости показателей эффективности разрушения различных горных пород от скорости приложения нагрузки и энергии единичного удара и получены конкретные рекомендации, явившиеся основой для разработки технических требований на создание горных машин ударного действия.

Заключение

В работе на базе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований решена задача обоснования рациональных параметров оборудования для вторичного дробления горных пород. Выполненные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты работы.

1. Получено выражение для оптимального значения шага отбойки, при котором достигается максимальный объем отбитого куска.

2. Установлено значение критической (минимальной) величины энергии удара по условию отбойки кондиционного куска.

3. Из условия реализации энергии удара молота определено выражение для силы прижатия инструмента к негабариту.

4. Предложен графо-аналитический метод оценки устойчивости базовой машины на основе годографов силы прижатия инструмента к негабариту.

5. Разработана методика выбора рациональных параметров оборудования для разрушения негабаритов.

6. На основе регрессионного анализа установлено соотношение между массой базовой машины и энергией удара.

7. Предложена компоновочная схема оборудования для вторичного дробления горных пород статического действия.

1. Агошков М .И., Кравченко В. С., Образцов А. П., Воронюк А. С. Вторичное дробление магнитных руд с помощью высокочастотного нагрева / В кн.: Научные сообщения ИГД АН СССР. Вып. II. - М., 1959.

2. Алабужев П. М. Выбор параметров электропневматических машин ударного действия // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1959. № 12.

3. Александров Е. В., Соколинский В. Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем. М.: Наука, 1969.

4. Александров Е.В., Флавицкий Ю.В., Хомяков К.С. Определение импульсов напряжений при продольном соударении упругих стержней произвольной геометрической формы. М.: Изд. ИГД им. А. А. Скочинского, 1965.

5. Алексеев А. Д., Недосов Н. В. Предельное состояние горных пород. Киев: Наукова думка, 1982. - 157 с.

6. Алимов О. Д., Манжосов В. К., Емерьянц В. Э. Удар. М.: Наука, 1985.-215 с.

7. Андреев В.Д. Расчет передачи энергии ударного импульса через инструмент в породу / В сб.: Горный породоразрушающий инструмент. Киев: Техника, 1969.

8. Андреев В.Д. Методика комплексных исследований ударного взаимодействия инструмента с породой / В сб.: Породоразрушающий инструмент. Киев: Техника, 1970. - С. 146-156.

9. Андреев В.Д., Бочковский А.И., Скляр С.И. Исследование влияния угла заострения инструмента на процесс взаимодействия с породой / В сб: Горный породоразрушающий инструмент. Киев: Техника, 1970.

10. Андреев В.Д., Иванов К.И. Исследование эффективности разрушения горных пород в зависимости от продолжительности и амплитуды прямоугольного ударного импульса/В сб.: Взрывное дело. Наука, 1969.

11. П.Андреев В.Д., Иванов К.И. Исследование сопротивления породы внедрению инструмента / В сб.: Горный породоразрушающий инструмент. -Киев: Техника, 1969.

12. Андреев С.Е. О законах дробления // Горный журнал, 1962. № 4.

13. Ашавский А.М., Вольпер А.Я., Шейнбаум B.C. Силовые импульсные системы. М.: Машиностроение, 1978.

14. Барон Л.И. Вторичное дробление и выпуск руды. М.: Металлург-издат, 1950.

15. Барон Л.И., Веселов Г.М., Коняшин Ю.Г. Экспериментальные исследования процессов разрушения горных пород ударом // Изд-во АН СССР, 1962.

16. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Контактная прочность горных пород. М.: Недра, 1966.

17. Барон Л.И., Орлов Р.В., Курбатов В.М. Определение энергоемкости разрушения образцов горных пород ударными нагрузками // Горный журнал, 1959, № 12.

18. Барон Л.И., Коняшин Ю.Г. Научные основы рациональных режимов разрушения горных пород механическими способами при динамическом приложении нагрузок. М.: Изд. ИГД АН СССР, 1968.

19. Барон Л.И., Адрианов Н.Ф., Черепанов Г.С. Поштучный обмер негабарита в карьерах. ИГД им. А. А. Скочинского.- М., 1962.

20. Батуев Н.М. Повышение производительности электромолотков и уменьшение их веса // Механизация трудоемких и тяжелых работ, 1948. № 5.

21. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М: Высшая школа, 1961. - 530 с.

22. Буровое оборудование и бутобои для горных пород. Экспресс-информация. М.: ЦНИИцветмета экономики и информации, 1983. - Вып. 15.

23. Бутобойная техника от ВТП BUMAR // Горная промышленность, 2001.- №4.-С. 20-22.

24. Бучнев В.К., Александров E.B. Разработка научных основ для создания бурильных и отбойных машин ударного, ударно-поворотного и ударно-вращательного действия с электроприводом. Изд-во АН СССР, 1959.

25. Вызов В.Ф., Великий М.И., Черконос А.И., Вайтман С.З. Разрушение негабаритных кусков горных пород. Киев.: Техника, 1986. - 133 с.

26. Ватолин Е.С. К вопросу отражения, преломления и фокусирования ударных волн в горных породах. М.: Научные сообщения ИГД АН СССР, №37.- 1967.

27. Взрывоимпульсное разрушение горных пород // Под ред. A.B. Докукина. М.: Наука, 1979.

28. Вихляев A.A., Каменский В.В., Федулов А.И. Ударное дробление крепких материалов. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1969. - 157 с.

29. Вторичное дробление горных пород с помощью воздушно-огнеструйной горелки / И.А.Федин, JI.C. Дербенев, В.М.Попов и др. Горный журнал. - № 10. - 1970. - С. 17-18.

30. Гальперин В.Г., Юхимов Я.Н. Оборудование для дробления негабаритов и оборки кровли за рубежом // Черная металлургия. № 15. - 1987. - С. 2-15.

31. Гидроклиновое устройство «Дарда». Машины и оборудование для горных работ. М.: Реферативный сборник. 2-81-19. - ЦНИИТЭИТяжмаш, 1981.

32. Головин Г.М., Падуков В.А. Некоторые вопросы ударного разрушения горных пород // Изв. ВУЗов. Горный журнал. № 4. - 1962.

33. Гольдсмит В.Т. Удар. М.: Стройиздат, 1965. - 448 с.

34. Дейвис P.M. Волны напряжений в твердых телах. М.: Изд. Иностранной литературы, 1961.

35. Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород. М.: Недра, 1978. — 302 с.

36. Доброгурский С.О. К вопросу о напряжениях и усилиях при ударе. В сб.: Вопросы расчета и конструирования деталей машин. М.: Изд. АН СССР, 1942.

37. Едыгенов Е.К., Калашников A.A., Кораблев Г.А., Ляшков В.И. Ударные машины с электромагнитным приводом для разрушения горных пород // Горные машины и автоматика, 2003. № 7. - С. 13-15.

38. Емелин М.А. Новые методы разрушения горных пород. М.: Недра, 1990.-240 с.

39. Ефремов Э.И. Теория и практика разрушения горных пород. Киев: Наукова думка, 1983. — 147 с.

40. Журков С.Н. К вопросу о физической природе прочности. Физика твердого тела. Т. 22. - Вып. 11. - 1980. - С. 13-15.

41. Завьялов Б.А. Разрушение негабарита крановым бутобоем // Горный журнал, 1978. № 1. - С. 69-70.

42. Зегжда С.А. К теории Сирса продольного соударения стержней // Вестник ЛГУ, 1964. № 7.

43. Зедгенизов В.Г., Мельников A.B. Моделирование рабочего процесса ударника для разрушения горных пород // Горное оборудование и электромеханика, 2008. № 2. - С. 39-43.

44. Иванов И.Ю., Сайтов В.И. Взаимосвязь основных параметров горных машин ударного действия // Горные машины и автоматика, 2004. № 7. -С. 20-23.

45. Иванов К.И., Андреев В.Д., Манзиенко Г.Г., Ушков H.H. Исследование эффективности применения' поршней-ударников различной конструкции для разрушения горных пород // Горный журнал. 1965. - № 12.

46. Иванов К.И., Андреев В.Д. Разрушение горных пород ударными импульсами, генерируемыми поршнями различной формы / В сб.: Взрывное дело. М.: Недра, 1966. - с. 244-253.

47. Иванов К.И. Влияние формы ударника на коэффициент передачи энергии удара в породу / В сб.: Горный породоразрушающий инструмент. Киев: Техника, 1970. с. 166-169.

48. Кабачков Ю.Ф., Вайнер Б.М., Лесников В.В. Применение электро-бутобоя для разделки негабаритных блоков магнезита // Огнеупоры, 1982. -№9.-С. 21-23.

49. Каменский В.В. Способы вторичного дробления при добыче полезных ископаемых / В кн.: Вопросы механизации горных работ. Труды ИГД СО АН СССР. Вып. 6. - Новосибирск, 1961.

50. Кантович Л.И., Первов K.M. О некоторых проблемах разрушения горных пород на современном этапе // Горное оборудование и электромеханика. № 1.-2007.

51. Каменный В.Л. Опыт и эффективность применения самоходных гидравлических бутобоев // Горный журнал. № 2. — 1985. - С. 42-44.

52. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.312 с.

53. Кильчевский H.A. Теория соударения твердых тел. Киев: Наукова думка, 1969.

54. Коняшин Ю.Г. Расчетные зависимости для определения эффективности разрушения пород ударом / В сб.: Взрывное дело. М.: Недра, 1969. -С. 83-85.

55. Кравченко B.C. Поиски новых методов разрушения крепких горных пород // Горный журнал, № 1. 1957.

56. Крюков Г.М. Сопротивление горных пород средней и выше средней крепости внедрению в них твердых инструментов // Известия ВУЗов. Горный журнал. № 8. - 1975. - С. 40-42.

57. Кузнецов В.Д. Поверхностная энергия твердых тел. М: АН СССР, 1954.-220 с.

58. Кулагин P.A. Гидропневматические молоты для разрушения горных пород и железобетона // Горная промышленность, 2002. № 3. - С. 17-19.

59. Кулешов H.A., Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. М.: Недра, 1968. - 368 с.

60. Кутузов Б.Н. Процесс динамического взаимодействия инструмента с породой. М.: Изд. МГИ, 1969.

61. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.М. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972.

62. Лавендел Э.Э., Субач А.П. Результаты экспериментального исследования удара с трением // Вибрационная техника. М.: ВНИИНФСтройдор-коммуналмаш, 1966. - С. 285-292.

63. Лобанов Д.П., Горовиц В.Б., Фонберштейн Е.Г. и др. Машины ударного действия для разрушения горных пород. М.: Недра, 1983. - 152 с.

64. Логов А.Б., Герике Б.Л., Раскин А.Б. Механическое разрушение крепких горных пород. Новосибирск: Изд. Наука, 1989. - 138 с.

65. Ломоносов Г.Г. Основные технологические принципы безразлетно-го гидровзрывания негабаритов // Горный журнал. № 12. - 1968. - С. 40-41.

66. Ляпцев С.А., Хамзин И.Р. Проблемы совершенствования ударных импульсных систем горного оборудования // Изв. ВУЗов. Горный журнал. -№ 2. 2005.

67. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. -М.: Мир, 1970.-360 с.

68. Малашенко Ф.П. Механизация вспомогательных и ремонтных процессов на карьерах. М.: Недра, 1984. - 118 с.

69. Малов А.Т., Ряшенцев Н.П., Носовец A.B. и др. Электромагнитные молоты. — Новосибирск: Наука, 1979. 268 с.

70. Малов А.Т., Носовец A.B., Гривастов В.П. Электромагнитный молот для разрушения негабаритов горных пород и руд / Сб. научных трудов: Импульсный электромагнитный привод. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1988.

71. Мельников Н.В. Разбивка крупных глыб / Горный журнал, 1933. -№ 1. С. 36-37.

72. Малов А.Т., Носовец A.B., Гривастов В.П. Дробление негабаритов горных пород электромагнитными бутобоями // Горный журнал. № 6. — 1995. - С. 44-48.

73. Механизация дробления негабаритов на открытых и подземных горных работах / Красовский И.И., Рубинштейн В.А., Зейда Б.Л.и др. // В кн.: Основные направления развития техники и технологии для открытых и подземных горных работ. JL, 1984. - 136 е.

74. Механическое разрушение горных пород комбинированным способом / Кичигин А.Ф., Игнатов С.Н., Лазуткин А.Г., Янцен И.А. М.: Недра, 1972.

75. Мотов Ю.М. Применение гидроударников на открытых работах. Обзорная информация / ЦНИИТЭИЧМ. М., 1985.

76. Набиуллин Р. Ш. Основные направления совершенствования карьерных бутобоев / Р. Ш. Набиуллин, А. П. Комиссаров // Материалы II международного Евро-Азиатского машиностроительного форума. Екатеринбург, 2005.-С.

77. Набиуллин Р. Ш. Новые технические решения для разрушения негабаритов в условиях карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. - № 6. - С. 251-252.

78. Набиуллин Р.Ш. Анализ существующих способов дробления негабаритов. Горные машины и автоматика, № 3, 2005, с. 41-44.

79. Оберт JI. Хрупкое разрушение горных пород / В кн.: Разрушение. -Т. 7. ч. 1 / Под ред. Г. Либовица. - М.: Мир, 1976. - 70 с.

80. Оборудование для дробления негабаритов и оборки кровли фирмы ATLAS СОРСО (Швеция). М.: ЦНИИТЭИтяжмаш. - Вып. 5. - 1987.

81. Павлова Н.Н., Шрейнер Л.А. Разрушение горных пород при динамическом нагружении. М.: Недра, 1964.

82. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев: Наукова думка, 1968. 246 с.

83. Панасюк В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов. -Киев: Наукова думка, 1991. 410 с.

84. Плявниекс В.Ф. Расчет косого удара о припятствие // Вопросы динамики и прочности. Вып. 18. - Рига: Зинатне, 1969. - С. 87-109.

85. Подэрни Р.Ю., Хромой М.Р. Сандалов В.Ф. Методика определения главных параметров гидроударника // Горные машины и автоматика. 2003. -№12.-С. 41-44.

86. Пономарев П.В. Динамический метод расчета процессов, происходящих при разрушении горных пород ударом // Изв. ВУЗов. Горный журнал. № 12.- 1964.

87. Пономарев П.В. Определение радиуса зоны разрушения при ударах и взрывах // Изв. Вузов. Горный журнал. № 11, 1966.

88. Протасов Ю.И. Вопросы теории и практики электрического разрушения горных пород. Техника и технология вторичного дробления скальных пород электрическим током. Вып. 35. - 1976.

89. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород. М.: Изд. МГГУ, 2001.453 с.

90. Протасов Ю.И., Давыдова Т.А., Панферова М.И. Удельная поверхностная энергия горных пород // Известия ВУЗов. Горный журнал. № 2. — 2003.-С. 61-63.

91. Разрушение / Ред. Г.Либовиц. Т. 7. Разрушение неметаллов и композитных материалов. Ч. 1. Неорганические материалы (стекла, горные породы, композиты, керамика, лед). - М.: Мир, 1976. — 634 с.

92. Разрушение негабарита гидропневматическим бутобоем / И.С. Кук-лин, В.М. Аленичев, H.A. Кувшинов и др. // Горный журнал. № 2. - 1969. -С. 34-37.

93. Ребиндер П.А., Калиновская H.A. Понижение поверностной энергии и твердости адсорбционными слоями // Журнал физ. Химии. 1934. - Т.5. - № 2. - С. 323-357.

94. Репин Н.Я., Бирюков A.B., Панчев И.А., Тишканов A.C. Исследование кусковатости взорванной горной массы на угольных разрезах // Совершенствование технологии открытых горных работ. Сб. ст. КузПИ. № 43. -Кемерово, 1971.

95. Ржевский В.В., Анистратов Ю.И. Использование силы гравитации для дробления негабарита на карьерах. Колыма. - № 11. - 1962. - С. 14-15.

96. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Наука, 1964.

97. Ржевский В.В., Протасов Ю.И. Электрическое разрушение горных пород. М.: Недра, 1972. - 203 с.

98. Родионов Н.С. Некоторые результаты изучения процессов динамического разрушения горной породы. / В кн.: Физико-механические свойства, давление и разрушение горных пород. Вып. 2.- М., 1963.

99. Россмит А.Ф. Вторичное дробление руд и пустых пород на зарубежных карьерах. М., ЦНИИТЭИЧМ, 1979.

100. Современное навесное оборудование фирмы KRUPP для строительства и горного дела // Горная промышленность. № 2. — 1997. - С. 48-51.

101. Соколинский В.Б. Исследование взаимодействия инструмента и горной породы при ударном разрушении. М.: Изд. ИГД им. А.А.Скочинского, 1967 - 256 с.

102. Сайтов В.И., Чернышов A.A. Уточнение взаимосвязи основных параметров процесса ударного дробления // Горные машины и автоматика, 2003.-№6.-С. 24-27.

103. Соколинский В.Б. Методы аналитического расчета параметров неупругого удара в волновых системах. М.: Изд. ИГД им. A.A. Скочинско-го, 1970.

104. Суднишников Б.В. Некоторые вопросы теории машин ударного действия. Новосибирск: Изд. ЗСФ АН СССР, 1949.

105. Ушаков JI.C., Котылев Ю.Е. Экспериментальные исследования механизма распространения волн напряжений в массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2000. № 4. - С. 154-157.

106. Фадеев П.Я. Испытания бутобоя с высокоэнергетическим гидропневматическим молотом // Горный журнал. № 8. — 1986. - С. 49-50.

107. Финское горное оборудование. Экспресс информация. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш. - Вып. 26. - 1986.

108. Цыганков Д.А. Новая технология дробления негабаритов крепких горных пород на карьере // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006. № 1. - С. 356-359.

109. Черепанов Г.И. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974.-640 с.

110. Щепеткин Г.В., Ермоленко П.В. Эрминиди Ю.И. Разрушение негабаритов гидропневматическим бутобоем БПГ-ЗОТ // Горный журнал. № 5. - 1978. - С. 41-42.

111. Шрейнер JI.А. Вопросы механики горных пород. М.: Госгортех-издат, 1945.

112. Штенцайг В.М. Карьерные гидравлические бутобои. Машины и оборудование для горных работ // Реф. Сб. ЦНИИТЭИтяжмаш, 2-82-11. М., 1982.

113. Ягодкин Г.И., Мохначев М.П., Кунтыш М.Ф. Прочность и деформируемость горных пород в процессе их нагружения. М.: Наука, 1971. -125 с.

114. Kuhar М. Secondary breakinq with a drop ball (Дробление негабаритов в карьерах ФРГ // Pit and Quarry, 1988. Auqust.P.l 14,116).

115. RAMMER гидроударники, манипуляторы и дробилки - ножницы // Горная промышленность. - № 4. - 1995. - С. 48-52.

116. Sarapun Е/ Elektro-energetic rock breaking systems. Mining Congress J, № 6, 1973, 59, C. 44-54.