автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров и способа повышения стойкости буровых коронок

На правах рукописи

АРАКЧЕЕВ Сергей Николаевич

УДК 622.233.5.051

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ БУРОВЫХ КОРОНОК

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

кандидат технических наук, доцент ГРАБСКИЙ Александр Адольфович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КРАСНИКОВ Юрий Дмитриевич, кандидат технических наук ЕФИМОВ Валентин Николаевич

Ведущее предприятие: ООО "МОГОРМАШ"

Защита диссертации состоится «28 » декабря 2006 г. в 123° в ауд. Д-251 на заседании диссертационного совета Д-212.128.09 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ.

Научный руководитель

Автореферат разослан « 28 » ноябри 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д-212.128.09 кандидат технических наук, профессор

ШЕШКО Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бурение представляет собой трудоёмкий и

дорогостоящий процесс. Наибольшее распространение на открытых горных работах получили вращательный и ударно-поворотный способы бурения -шарошечными долотами и твердосплавными коронками, причём: на вращательный способ бурения шарошечными долотами приходится до 80% всех объёмов бурения.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов городского и промышленного строительства, реконструкция сложившейся части городов и промышленных предприятий, дальнейшее их развитие. В связи с этим возникает необходимость в гранитных изделиях. Потребность в облицовочной продукции и архитектурных изделиях из гранита сегодня удовлетворяется только на 30 %, а в продукции из высокопрочных облицовочных пород только на 10 - 12 %.

Для получения качественных гранитных изделий используются буровые станки ударно-вращательного бурения с диаметром буровых шпуров до 45 мм. Данная технология приводит к интенсивному абразивному изнашиванию инструмента, взаимодействующего с крепкой породой, усталостному разрушению коронок, подверженных циклическим нагрузкам, существенно снижающему стойкость инструмента. Для обуривания товарных блоков на карьерах блочного камня буровые станки на крепких породах, как правило, оснащаются тремя типами бурового инструмента: долотчатыми, крестообразными и штыревыми буровыми коронками диаметром до 45 мм. Основным параметром, по изменению которого можно судить о степени стойкости долотчатой или крестообразной коронки, является ширина притупления режущей кромки.

В настоящее время применяются различные способы и средства повышения стойкости горных породоразрушающих инструментов: оксидирование, фосфатирование, хромирование, никелирование, борирование,

электроискровое легирование, плазменное напыление, нитроцементация, диффузионное хромирование, обработка взрывом, прокатывание, наклеп, закалка изотермическая, закалка ступенчатая, термомеханическая обработка, однако применяемые способы и средства не в полной мере снимают остроту проблемы увеличения стойкости инструмента.

Поэтому обоснование параметров и способа повышения стойкости буровых коронок является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается в обосновании параметров и способа повышения стойкости коронки при бурении шпуров в крепких породах, позволяющей повысить производительность станков.

Идеи работы заключается в снижении уровня внутренних напряжений в коронке путём её магнитно-импульсного упрочнения, повышающего её стойкость.

Научные положения, выносимые на защиту, и новизна:

1. Математическая модель напряжённого состояния буровой коронки, позволяющая определить уровень внутренних напряжений в ней с учётом физико-механических характеристик материала, теплового эффекта и геометрии зон контакта ударника и коронки.

2. Зависимости изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающие влияние конструкции коронок и параметров их магнитно-импульсного упрочнения.

3. Параметры магнитно-импульсного упрочнения, такие как напряженность магнитного поля индуктора, равная 1600 кА/м, число импульсов (равное 40 -50) и время импульса (равное 0,5 с), обеспечивают наибольшую стойкость долотчатых, крестообразных и штыревых буровых коронок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются теоретическими и экспериментальными исследованиями, базирующимися на апробированных методах теоретической и прикладной механики, а также достаточным объёмом экспериментальных данных. Сходимость полученных в диссертации теоретических и

экспериментальных данных при 90-процентной доверительной вероятности и величине относительной ошибки не выше 0,15 составляет 95%.

Научное значение' работы заключается в разработке математической модели напряжённого состояния буровой коронки, в ycfaнoвлeнии зависимостей изменения стойкости буровой коронки по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающих влияние на неё параметров магнитно-импульсного упрочнения.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций и методики повышения стойкости буровых коронок за счст их магнитно-импульсного упрочнения.

Реализация результатов работы. Разработанна методика повышения стойкости долотчатых, крестообразных и штыревых коронок, упрочнённых магнитно-импульсным методом, используется на предприятии ООО "Выборгские граниты" с годовым экономическим эффектом в 714120 рублей.

Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены: на международных научных симпозиумах "Неделя горняка" — 2003, 2004, 2005 г.г., г. Москва; на научном семинаре кафедры "Горные машины и оборудование" МГГУ; на технических советах предприятия ООО "Выборгские граниты".

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения, содержит 15 таблиц, 35 рисунков и список литературы из 122 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность доценту кафедры "Подъёмно-транспортные, путевые и строительные машины" СПГУПС канд. техн. наук С.К. Коровину, а также профессору кафедры "Горные машины и оборудования" док. тех. наук Первову K.M.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектом исследования в диссертационной работе являются задачи повышения стойкости буровых коронок, поскольку стойкость буровых коронок влияет на эффективность ведения буровых работ.

В данной работе рассмотрен возможный подход к решению задачи повышения стойкости буровых коронок, так как стойкость - это свойство объекта сохранять свои параметры в пределах установленных допусков и выполнять свои функции во время и после внешних нагрузок, за счёт выбора режимных параметров магнитно-импульсного упрочнения.

Значительный вклад в горную науку в части исследования процессов механического разрушения горных пород режущими инструментами внесли Барон Л.И., Берон А.И., Бреннер В.А., Гетопанов В.Н., Глатман Л.Б., Загорский С.Л., Кантович Л.И., Первое K.M., Позин Ю.З., Картавый Н.Г., Козлов Ю.Н., Коршунов А.Н., Крапивип М.Г., Крутилин В.И., Лаптев А.Г., Липник Ю.Н., Мультанов С.И., Нестеров В.И., Позин Е.З., Протодьяконов М.М., Тон В.В., Свешников И.А., Солод В.И., Сысоев Н.И., Цыпин Я.Л. и др.

Для разрушения горных пород механическими способами на открытых разработках применяются буровые машины, которые различаются по способу разрушения горной породы, по роду потребляемой энергии, по расположению скважины и по назначению.

Отличительная особенность механических способов разрушения горных пород бурением от немсханических (взрывной, электрический, плазменный, ультразвуковой и др.) — непосредственное воздействие на породу породоразрушающего инструмента. В зависимости от способа воздействия на забой различают следующие способы механического бурения: вращательное, ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

В карьерах по добыче гранита с коэффициентом крепости /=12-16 по шкале ММ. Протодьяконова с пределом прочности на сжатие асж=300 МПа применяются буровые станки ударно-вращательного действия.

На буровых станках ударно-вращательного действия формирование скважины осуществляется исполнительным органом, которому передаются крутящий момент и усилие подачи от механизмов станка посредством бурового става, набранного из отдельных штанг. В карьерах экономически выгодно применять коронки диаметром до 45 мм. Это обусловлено частотой распределения шпуров по линии отрыва блока от забоя. Применение коронок большего диаметра совместно с увеличением расстояния между двумя соседними шпурами приводит к нежелательному образованию трещин в момент, взрыва.

Для повышения стойкости бурового инструмента был проведен анализ применения различных способов и средств повышения стойкости породоразрушающего инструмента.

Проблема повышения стойкости горного породоразрушающего инструмента горных машин особенно остро встала в последние годы в связи с резким их удорожанием. В настоящее время применяются различные способы и средства повышения стойкости горных породоразрушающих инструментов: оксидирование, фосфатирование, хромирование, никелирование, борирование, электроискровое легирование, плазменное напыление, нитроцементация, диффузионное хромирование, обработка взрывом, прокатывание, наклеп, закалка изотермическая, закалка ступенчатая, термомеханическая обработка, однако применяемые способы и средства не в полной мере снимают остроту проблемы по повышению стойкости инструмента.

Одним из основных факторов, влияющих на стойкость инструмента, являются внутренние остаточные напряжения. Особый интерес в настоящее время в решении проблемы снижения внутренних остаточных напряжений представляют физические методы упрочнения, в частности методы магнитно-импульсного упрочнения, вызывающие необратимые структурные изменения в обрабатываемом материале.

Сущность новой технологии магнитно-импульсного упрочнения состоит в том, что при магнитно-импульсном воздействии изменяются физические и

механические свойства материала;' Улучшение свойств у ферромагнитных материалов, прошедших стадию магнитно-импульсного упрочнения, достигается за счёт направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло- и электропроводность материала детали.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому, чем выше концентрация поверхностных и внутренних напряжений в материале, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля, которые нагревают участки вокруг кристаллов напряжённых блоков и неоднородностей структуры материала. Градиент теплового потока при магнитно-импульсном упрочнении тем выше, чем менее однородна микроструктура материала.

Выполненный обзор и анализ различных способов и средств повышения стойкости горных породоразрушающих инструментов позволил сформулировать следующие основные задачи исследования:

а) разработка математической модели напряжённого состояния буровой коронки, позволяющей определить уровень внутренних напряжений в ней с учётом физико-механических характеристик материала, теплового эффекта и геометрии зон контакта ударника и коронки;

б) установление зависимостей изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающих влияние конструкции коронок и параметров их магнитно-импульсного упрочнения;

в) установление зависимостей изменения стойкости буровых коронок от режимных параметров магнитно-импульсного упрочнения.

В момент внедрения коронки в породу возникают усилия, вызывающие внутренние напряжения материала коронки. Крайне важно, чтобы уровень напряжений в коронке не превышал допустимых значений напряжений с

учетом коэффициента запаса, в противном случае кромка коронки начнет скалываться, что, в свою очередь, приведет к снижению производительности станка и полному разрушению твердосплавных элементов.

Рассматриваются долотчатые, крестообразные и штыревые буровые коронки.

Для расчета напряженного состояния буровых коронок разработан программный комплекс, основанный на методе конечных элементов.

Расчёт упругой системы типа "ударник - буровая коронка - горная порода" проводился с использованием теории Герца с допущением условия: жесткость забоя скважины значительно меньше жесткости коронки в зоне контакта её с буримой породой. Тогда получаем:

Г. 2ЛК

РМА Х ~ К

5т\%

ч4Г

(1)

I = 2,94

5т к4К

-к

уо ' (2)

где I - продолжительность соударения ударника с коронкой; V, - скорость соударения бойка с коронкой, т - приведённая масса, т - ту7Пк ; к —

ТПу + ТПК

коэффициент, зависящий от геометрии зон контакта ударника и коронки:

к= 2Е \ ЯуКк

(3)

или

3(1 -М2)^Яу+Кк

к- Ж , [Ъ

где Е — модуль упругости; ¡л- коэффициент Пуассона; Ку и радиусы

закругления торцов ударника и коронки.

С помощью теории Герца определяем силу, возникающую в буровой коронке при действии продольного ударного импульса.

Для определения напряженного состояния буровой коронки решим систему уравнений равновесия. В простой форме (символической) уравнение

7

имеет вид (5): ■ : •

<г / + 1 р Ъ / = 0 (5) ■ '

где р - плотность материала; Ц— объёмная сила; <3,- - тензор напряжений. Далее проводим преобразование закона Гука для изотропного тела . (6-10):

с = 1(пЬ~)' (б)

где Е - модуль продольной упругости; С - модуль сдвига; ц- коэффициент Пуассона.

Компоненты деформаций запишутся в следующем виде с учётом компонентов напряжений и теплового эффекта:

1 [стх - м(ау + <хг)]+ а(Т -Т0У,Гху =

т

^ * Е ^ Л г- у ■ - г ул ' -- уг - ч у ' ху Q

5 У = У - м (о-, + сг , )]+ а (Г - Т0\у „ =

** = -И0"* - , + & у)]+ а(Т - Т0},Г1Х =

г

Е и * г ч , , V „ - . „ с

где а - коэффициент линейного теплового расширения;

Т - рабочая температура, "С; То - температура окружающей среды, "С. Если сделать математические преобразования, то получим = 20 £* + ЛЛ'Г,у =&Г*у> ау = 10еу + ЛА''Туг = (8)

а, = 2С?£, + ЛА;г„

где

А = з^ =£х+еу+£,- 3а(т - Т0),

3 = 2.9Л. (9)

Л 1-2м •

Проделав все преобразования, получаем определяющее уравнение (11), в котором учитываются физико-механические характеристики материала,

тепловой эффект и геометрия зон контакта ударника и коронки.

"(1+^X1-2//)

1-М М

у"

О О

о

1-м м о

о

о

м м

о о о

о о о

1-2р. 2 О

о о о о

1=2£ 2

О

О \-2ц

-(Т-Т0)

(Ю)

Решая систему уравнений (11): до-и , Зет,

Э* до" 2, ах

до-31

Эл:

+

да

22

д о- п

дг да

- +

д>> Эо-

32

Эх-..

+

Эг да

дг

+ рЬх = О, 23-+ рЪг = о, рЬг = о,

(11)

Е

"(1+Д1-2М)

\-м м А 0 0 0 "

м. 1-р м 0 0 0

м V 1-м 0 0 0

0 0 0 1-2м 0 0

г

0 0 0 0 1-2м 0

2

0 0 0 0 0 1-2//

2 .

-(т-т0)

методом конечных элементов, получаем поля напряжений для необработанной путем магнитно-импульсного упрочнения буровой коронки. По результатам расчётов строим зависимости уровня внутренних напряжений коронки от амплитудных значений ударного импульса (рис.1).

В такой же постановке получаем поля напряжений для обработанной методом магнитно-импульсного упрочнения буровой коронки. По результатам расчётов строим зависимости уровня внутренних напряжений коронки от амплитудных значений ударного импульса (рис. 1).

О 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

амплитудные значения ударного импульса, Н

Рис. 1. Зависимости уровня внутренних напряжений буровых коронок от

амплитудных значений ударного импульса Анализируя полученные результаты, следует отметить, что увеличение

амплитудных значений ударного импульса ведет за собой увеличение значения

внутренних напряжений коронки. С увеличением площади контакта коронки с

породой, а также с округлением вершин резцов коронки внутренние

напряжения в теле резца коронки уменьшаются. На рис.1 видно, что при

одинаковом амплитудном значении ударного импульса внутренние

напряжения у долотчатой коронки в 2,5 раза больше, чем у крестообразной, и в

3 раза больше, чем у штыревой. Поэтому для увеличения стойкости работы

буровых коронок необходимо снизить величину внутренних напряжений в

теле коронки. После магнитно-имнульсного упрочнения уровень внутренних

напряжений снизился примерно на 20 % (рис. 1).

Проведя теоретические и экспериментальные исследования в пределах уровня внутренних напряжений от 20 МПа до 700 МПа, получаем приближенное уравнение взаимосвязи стойкости буровых коронок от уровня

внутренних напряжений (12):

С = 0,0062 сг- 2,7143. (12)

Для снижения величины внутренних напряжений коронки был применен метод магнитно-импульсного упрочнения. Были проведены промышленные исследования на базе горного предприятия ООО "Выборгские граниты". Целью исследований являлось определение стойкости экспериментальных буровых коронок по сравнению с серийными буровыми коронками типа КДП, ККП, КНШ. Исследования проводили на буровых станках типа Commando-110 ("СандвикТампоро") с диметром ударника 28 мм на породах (гранит) крепостью f = 12-16 ед. по шкале М. М. Протодьяконов и высокой абразивностью (содержание кварца в породе - 35%).

При выполнении исследований использовалась установка "Мапштрон". На рисунке 2. представлена блок-схема электрической части магнитно-импульсной установки.

Рис.2. Блок-схема электрической части магпитио-импульсиой установки Работа мобильных МИУ заключается в том, что с помощью генератора импульсных напряжений, зарядного устройства и коммутатора на

индукторы (соленоидного и других типов) периодически передаются мощные импульсы заданного напряжения и формы.

С помощью изменения основных режимных параметров установки "Магнитрон", таких как: напряженность магнитного поля индуктора Нп (200 — 1800 кА/м); число импульсов N (1 - 50); время импульса 0,5 с - обрабатывали различные буровые коронки.

После проведения промышленных испытаний были достигнуты следующие результаты: у долотчатых коронок при напряженности магнитного поля индуктора - 1600 кА/м, числе импульсов - 40 и времени импульса - 0,5 с стойкость увеличилась в 1,3 раза. У крестообразных буровых коронок максимальная стойкость достигла при напряженности магнитного поля индуктора - 1600 кА/м, числе импульсов равном 45 и времени импульса - 0,5 с. Штыревые буровые коронки достигли максимальной стойкости при напряженности магнитного поля индуктора - 1600 кА/м, числе импульсов - 50 и времени импульса - 0,5с. По результатам экспериментальных данных построим зависимости параметров магнитно-импульсного упрочнения от стойкости экспериментальных образцов (рис.3, 4, 5).

У

Е 3

и I

В I Л ц

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 напряженность магнитного поля индуктора, кА/м

Рис. 3. Зависимости стойкости экспериментальных долотчатых буровых коронок от напряженности

магнитного поля индуктора

II И

V — 2 33 X - J, >2 24 X II 7, 15

R - 0 4 ¡9 5 S I

р

[ а

t; А Р If

-1 а- 1

4 |-< К Li

а 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

напряженность магнитного поля индуктора, кА/м

Рис. 4. Зависимости стойкости экспериментальных крестообразных буровых коронок от напряженности

магнитного поля индуктора

230

Í 220 с

• Й

I

■3 21»

о tí

Ж

190

9 200 400 60') 800 1000 1200 1100 1400 1000

напряженное и» магнитного поля нндуккфо, кЛ.м

Рис. 5. Зависимости стойкости экспериментальных штыревых буровых коронок от напряженности

магнитного поля индуктора

Проанализировав зависимости стойкости экспериментальных буровых коронок от напряженности магнитного поля индуктора, можно увидеть, что максимальная стойкость долотчатых, крестообразных и штыревых коронок достигается при напряженности поля индуктора 1600 кА/м. Зависимости стойкости экспериментальных буровых коронок от числа импульсов представлены на рис. 6, 7, 8.

1к • 0 .0 № (я 10 0

J

1 ft

1

б 1

i

to

e

J 70

I

CO

У- ».«114* + I.IS-Цх + 50.48 >

ft - 0.747з|

i k

У .«.tiiu|<--1.4e2 >x +IM: -.....

jt'^U.M'. о

xf

Ж'" J

JL _л

t

I

I

2»

M 4«

число импульсов

♦ Необр. коронки "Ю I обрзб. при Н=ИЙЮ «AAA » ' Овра0,приН«13ООкААл <«-■•*>•-» -Обрав. при Н=14Ш кААл ■■Ж' ОбраЗ. при Н-1200 «АДц ■ 1 8 ОВраб. при Н=>1000 кА*д i • I ' i Обраб. при №»300 кААя

-Обраб. при Н«6Ш кАА»

-ОвраВ. при Н*400 кА Нл *06ра8. пси Н=-200 кА)м

Рве. 6. Зависимости стойкости экспериментальпых долотчатых буровых коровок от числа импульсом магнитио-импульсного упрочнения

У-О.ОИ»!'. 1.ШС1- Ю5.9Г

♦ Необр.коронки

.....Д......Обраб. при НИ600 kAAj

* Обраб. при Н=18В0 кДЛ|

п])и Н=14во кд>1 I" Обраб. при Н»120в кд>.|

......11 Обраб. при H=1i00 кА.м

■ .........Обраб. при H-S00 «А/м

............Обраб. при Н=609 kAjh

Обраб. при №400 кА'и —■ —Обраб- при №»200 кАЛ,«

-Полиномиальный (Обраб. при №1600 кААл)

число импульсов

Рис. 7. Диаграмма зависимости стойкости экспериментальных крестообразных буровых коронок от числа импульсов магнитно-импульсного упрочнения

230

4 2?»

;гю

200

190

го

-уар.0437Г-3.737-|Х»; (ГШГ

-1 -В а 0.742 Я

— ).0343: ——-р ---1

-1 -с

[- -

1 >.

-<1 1 •—< ^....... --

зо

4»

число |п.(пульсоо

5»

♦ Необр. ксронш

—-Обрдб. прп Н-1««» nA.ii » Обраб. при 11-110» кА и обрло. П|>11 Н-1-100 кЛ и »' 04|>до. П|ч| Н=1?М кА II

.....* ' Обрдб. при 1.1

1 ......Обрдй. при (ММ icA.il

—Обрдо. П|х| №>Ш кА и

——Oiiii.ii>. щт Н*-Ж> Ми

• —при Н=>21М> KA.il

...... Полиномиальный

0>«рл4. при н»|а«0 кАи Полиномиальным <Оор.><5. при Н=> |5«0 кА и»

Рис. 8. Зависимости стойкости экспериментальных штыревых буровых коронок от числа импульсов магнитно-импульсного упрочнения

Анализируя полученные зависимости, можно установить, что максимальный эффект достигается при следующих режимных параметрах: напряженности магнитного поля, равной 1600 кА/м, числе импульсов равном 40 - 50, постоянном времени импульса - 0,5 с.

Наблюдения за работой буровых коронок КДП, ККП, КНШ показали, что преобладал опережающий износ режущей кромки твердого сплава. Причем у буровых коронок типа КНШ износ режущей кромки твердого сплава был в 2-3 раза меньше, чем у буровых коронок КДП (рис. 9).

Анализируя полученные результаты сравнительных исследований износа режущей кромки твердого сплава экспериментальных буровых коронок и серийных буровых коронок, увидим, что износ режущей кромки у экспериментальных буровых коронок протекает значительно медленнее. Эффективней всего магнитно-импульсное упрочнение повлияло на штыревые коронки.

О 40 80 120 160 200

стойкость, nor. м.

Рис. 9. Зависимость стойкости серийных и экспериментальных буровых коропок от ширины притупления режущей кромки твердого сплава

Взаимодействие импульсного магнитного поля с деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. В .. местах концентрации напряжений, связанных с технологией производства, обработки и эксплуатации детали, теплота, наведенная при магнитно-импульсном упрочнении вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры образца, особенно в зоне контакта напряженных участков.

Таким образом, магнитно-импульсное упрочнение металлов ведет к устранению грубой исходной структуры, причем часть карбида растворяется, а остальная создает мелкозернистую структуру, обеспечивая тем самым высокую прочность и износостойкость.

Выполненные исследования явились основой для разработки методики по повышению стойкости буровых коронок на крепких породах для долотчатых, крестообразных и штыревых буровых коронок, упрочнённых магнитно-импульсным методом.

На крепких породах целесообразно использовать буровые коронки штыревого типа, имеющие наименьший уровень внутренних напряжений.

Анализируя результаты экспериментальных исследований формирования качества поверхностного слоя бурового инструмента, после магнитно-импульсного упрочнения, можно сказать, что повышается общая прочность изделия; повышается усталостная прочность; уменьшаются остаточные термические напряжения; не происходит перегрева изделия вследствие повышения коэффициента теплопроводности инструмента или детали.

Перспективными для контроля стойкости инструментов горных машин представляются электромагнитные методы, которые являются бесконтактными и позволяют получать информацию в виде электрических сигналов.

Технология комплексной обработки инструмента горных машин, включающая операцию контроля фактического напряженно-деформированного состояния объекта, обеспечивает гарантированное управление уровнем остаточных механических напряжений, их релаксацию, а также управление градиентом механических напряжений. Такая технология позволит перейти от оценки технического состояния и прогнозирования стойкости инструмента к управлению её эксплуатационными свойствами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в разработке математической модели напряжённого состояния буровой коронки и зависимостей изменения её стойкости от параметров магнитно-импульсного упрочнения, позволяющих повысить производительность буровых станков.

В результате теоретических и экспериментальных исследований лично

автором получены результаты и сделаны следующие выводы:

1. На технические и технологические показатели эффективности работы буровых установок существенное влияние оказывает буровой инструмент. В связи с низкой стойкостью буровых коронок производительность станка падает, а вместе с ней уменьшается количество пробуренных погонных метров. Это связано с высокой концентрацией внутренних напряжений в буровых коронках. Уменьшение или ликвидация концентраторов внутренних напряжений дает возможность повысить стойкость буровых коронок и тем самым увеличить количество пробуренных погонных метров.

2. Разработана математическая модель напряжённого состояния буровой коронки, позволяющая определить уровень внутренних напряжений в ней с учётом физико-механических характеристик материала, теплового эффекта и геометрии зон контакта ударника и коронки и установить, что из всего типоразмерного ряда проанализированного инструмента наименьший уровень внутренних напряжений в процессе работы имеют штыревые буровые коронки.

3. На крепких породах целесообразно использовать буровые коронки штыревого типа, имеющие наименьшую концентрацию внутренних напряжений в режущей кромке, что повышает производительность буровых установок.

4. Способом повышения стойкости буровых коронок является метод магнитно-импульсного упрочнения. Установлены зависимости стойкости долотчатых, крестообразных и штыревых коронок от основных параметров магнитно-импульсного упрочнения (таких, как напряженность магнитного поля индуктора, число импульсов, время импульса), позволяющие обосновать рациональные параметры магнитно-импульсного упрочнения, повышающие стойкость буровых коронок.

5. Установлены зависимости изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающие влияние конструкций коронок и параметров их магнитно-импульсного

упрочнения, представленные в виде соответствующих корреляционных зависимостей.

6. Рациональными технологическими параметрами магнитно-импульсного упрочнения для долотчатых коронок являются: напряженность магнитного поля индуктора - 1600 кА/м, число импульсов - 40 и время импульса - 0,5 с; для крестообразных коронок - напряженность магнитного поля индуктора -1600 кА/м, число импульсов - 45 и время импульса - 0,5 с; для штыревых коронок - напряженность магнитного поля индуктора - 1600 кА/м, число импульсов - 50 и время импульса - 0,5 с, позволяющие увеличить стойкость буровых коронок от 1,12 до 1,3 раза.

7. Разработанная методика используется на предприятии ООО "Выборгские граниты" для повышения стойкости коронок в 1,15-1,3 раза, что позволило получить реальный годовой экономический эффект в 714120 рублей.

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аракчеев СЛ., Первов K.M., Коровин С.К., Сафронов Д.В. Способы и средства упрочнения породоразрушающих инструментов горных машин. - М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003, № 10. - С. 168 - 172.

2. Аракчеев С.Н. Определение зависимостей стойкости буровых коронок от режимных параметров магнитно-импульсной обработки. - М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, № 10.- С. 318.

3. Аракчеев С.Н. Анализ изменения стойкости от ширины притупления режущей кромки твердого сплава буровой коронки. - М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, № 10.- С. 318.

4. Грабский A.A., Аракчеев C.II. Математическая модель расчёта напряжённого состояния буровых коронок при разрушении горных пород. - М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, № 11.-С. 24-26.

Подписано в печать 20.11.2006г. Формат 60*90/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Типография МГТУ. Ленинский пр., 6

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ современного состояния исследований в области способов и технических средств механического разрушения горных пород при бурении шпуров и скважин.

1.2 Анализ современного состояния исследований в области способов и средств упрочнения породоразрушающих инструментов горных машин.

1.3 Опыт применения магнитно-импульсного упрочнения в различных отраслях промышленности.

1.4 Уточнение требований к породоразрушающим инструментам. 29 Выводы

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТ-СРЕДА

2.1 Исследование параметров разрушающей среды.

2.2 Исследование параметров буровых коронок.

2.3 Исследование параметров магнитно-импульсного упрочнения.

2.4 Расчёт напряженного состояния буровых коронок при разрушении горных пород.

2.5 Построение моделей буровых коронок

Выводы

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Методика проведения промышленных испытаний.

3.2 Экспериментальные исследования образцов.

3.3 Исследование результатов эксперимента на эффективность работы.

3.4 Разработка рекомендаций по повышению стойкости буровых коронок на крепких породах

Выводы

4 ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.

4.1 Выбор основных параметров бурового инструмента.

4.2 Пути дальнейшего совершенствования породоразрушающего инструмента.

4.3 Экономическая эффективность внедрения результатов исследования.

Бурение представляет собой трудоёмкий и дорогостоящий процесс. Наибольшее распространение на открытых горных работах получили вращательный и ударно-поворотный способы бурения - шарошечными долотами и твердосплавными коронками, причём на вращательный способ бурения шарошечными долотами приходится до 80% всех объёмов бурения.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов городского и промышленного строительства, реконструкция сложившейся части городов и промышленных предприятий, дальнейшее их развитие. В связи с этим возникает необходимость в гранитных изделиях. Потребность в облицовочной продукции и архитектурных изделиях из гранита сегодня удовлетворяется только на 30 %, а в продукции из высокопрочных облицовочных пород только на 10 - 12 %.

Для получения качественных гранитных изделий используются буровые станки ударно-вращательного бурения. Данная технология приводит к интенсивному абразивному изнашиванию инструмента, взаимодействующего с крепкой породой, усталостному разрушению коронок подверженных циклическим нагрузкам, существенно снижающему стойкость инструмента. Для обуривания товарных блоков на карьерах блочного камня буровые станки на крепких породах, как правило, оснащаются тремя типами бурового инструмента: долотчатыми, крестообразными и штыревыми буровыми коронками диаметром до 45 мм. Основным параметром по изменению, которого можно судить о степени стойкости долотчатой или крестообразной коронки, является ширина притупления режущей кромки.

В настоящее время применяются различные способы и средства повышения стойкости горных породоразрушающих инструментов: оксидирование, фосфатирование, хромирование, никелирование, борирование, электроискровое легирование, плазменное напыление, нитроцементация, диффузионное хромирование, обработка взрывом, прокатывание, наклеп, закалка изотермическая, закалка ступенчатая, термомеханическая обработка, однако применяемые способы и средства не в полной мере снимают остроту проблемы увеличения стойкости инструмента.

Поэтому обоснование параметров и способа повышения стойкости бурового инструмента является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается в обоснования параметров и способа повышения стойкости коронки при бурении шпуров в крепких породах, позволяющей повысить производительность станков.

Идея работы заключается в снижении уровня внутренних напряжений в коронке путём её магнитно-импульсного упрочнения, повышающего её стойкость.

Научные положения, выносимые на защиту и новизна:

1. Математическая модель напряжённого состояния буровой коронки, позволяющая определить уровень внутренних напряжений в ней с учётом физико-механических характеристик материала, теплового эффекта и геометрии зон контакта ударника и коронки.

2. Зависимости изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающие влияние конструкции коронок и параметры их магнитно-импульсного упрочнения.

3. Параметры магнитно-импульсного упрочнения, такие как напряженность магнитного поля индуктора 1600 кА/м, число импульсов 40-50 и время импульса 0,5 с. обеспечивают наибольшую стойкость долотчатых, крестообразных и штыревых буровых коронок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются теоретическими и экспериментальными исследованиями, базирующими на апробированных методах теоретической и прикладной механики, а также достаточным объёмом экспериментальных данных. Сходимость полученных в диссертации теоретических и экспериментальных данных при 90 - процентной доверительной вероятности и величине относительной ошибки не выше 0,15 составляет 95%.

Научное значение работы заключается в разработке математической модели напряжённого состояния буровой коронки, в установлении 5 зависимостей изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающие влияние параметров их магнитно-импульсного упрочнения.

Практическое значение работы заключается в разработке методики повышения стойкости буровых коронок за счёт их магнитно-импульсного упрочнения.

Реализация результатов работы. Разработанная методика, повышения стойкости долотчатых, крестообразных и штыревых коронок упрочнённых магнитно-импульсным методом, используется на предприятии ООО "Выборгские граниты" с годовым экономическим эффектом 714120 рублей.

Апробация работы. Основные положения и содержания работы были доложены: на международных научных симпозиумах Неделя горняка - 2003, 2004, 2005, г. Москва; на научном семинаре кафедры "Горные машины и оборудования" МГТУ; на технических советах предприятия ООО "Выборгские граниты".

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научных работы.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения, содержит 15 таблиц, 35 рисунков, и список литературы из 122 наименований.

Выводы

Предлагаемая технология магнитно-импульсного упрочнения применима для упрочнения любого режущего инструмента очистных и проходческих комбайнов, струговых установок, буровых установок (резцы, коронки, штанги, шарошечные долота и т.д.), оснащенных пластинами твердого

102 сплава, естественными или искусственными алмазами, цельностального инструмента.

Установка предназначена также для упрочнения любого метало - и деревообрабатывающего инструмента (сверла, метчики, плашки, пилы, протяжки и т.д.), для повышения долговечности деталей горных, дорожных, строительных машин и комплексов (зубчатые рейки, шестерни, штоки, гидроцилиндры, клапаны, подшипники, зубья ковшей экскаваторов и т.д.).

Таким образом [59], магнитно-импульсное упрочнение металлов ведет к устранению грубой исходной структуры, причем часть карбида растворяется, а остальная создает мелкозернистую структуру, обеспечивая тем самым высокую прочность и износостойкость.

4. ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.

4.1 Выбор основных параметров бурового инструмента.

Проведенные промышленные исследования показали, что после магнитно-импульсного упрочнения стойкость буровых коронок повышается в 1, 151,33 раза [62,63,64]. Достигнутый эффект при испытании различного бурового и горного инструмента обусловлен тем, что:

- повышается общая прочность изделия;

- повышается усталостная прочность;

- уменьшаются остаточные термические напряжения;

- не происходит перегрева изделия вследствие повышения коэффициента теплопроводности инструмента или детали;

- после магнитно-импульсного упрочнения уменьшается скорость роста микротрещин трущихся поверхностей, в узлах трения скольжения происходит "магнитная цементация" микротрещин и улучшается магнитная смазка рабочей поверхности микроколлоидными продуктами износа материалов детали или изделия.

Выявленные параметры бурового инструмента необходимо внедрять в горный инструмент на всех предприятиях ПО "Возрождения".

4.2 Пути дальнейшего совершенствования породоразрушающего инстрпумента.

Перспективными для контроля стойкости инструментов горных машин являются электромагнитные методы, которые являются бесконтактными, позволяют получать информацию в виде электрических сигналов. Механические и электрофизические свойства материалов заложены на уровне структуры материала и взаимосвязаны. Не случайно, одно из основных направлений развития средств диагностики материалов - поиск

104 возможностей определения неких механических характеристик материала, связанных с его напряжённым состоянием, по параметрам физических полей, используемых для диагностики. Поэтому определение свойств материала при проведении диагностики сводится к измерению изменений неких параметров используемых физических полей. Иными словами, если на объект исследования, обладающий некоторыми заранее неизвестными способностями сопротивляться внешним воздействиям, оказать воздействие физическим полем, имеющим известные или заданные параметры, то изменения параметров используемого поля, вызванные реакцией объекта, будут представлять «отпечаток» его свойств в области, заданной типом физического поля. При этом, «отголоски» реакции будут видны и в пространстве других полей, но как косвенные «отпечатки» или вторичная реакция. Принципиально важными параметрами полей, вводимых в материал для исследования его свойств, являются энергетические параметры и, в первую очередь, интенсивность (средняя по времени энергия переносимая вводимым полем через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения энергии) и мгновенная мощность (мощность поля в данный момент времени). Вводимое в исследуемый материал поле, взаимодействуя с собственными полями материала, меняет его свойства. При этом характер, величина изменений определяются динамическим соотношением энергий взаимодействующих полей. Все изменения в структуре материала в процессе деформирования разрушения, зарождение и развитие микроповреждений отражаются в соответствующих изменениях электрофизических параметров. Применение электромагнитного метода диагностики, как дополняющего традиционные методики оценки остаточного ресурса инструмента горных машин позволит находить нарушения сплошности, оценить химический состав металла, установить металлографическую структуру основного металла, определить величину зерна, оценить особенности структурных включений и химико-термического воздействия на поверхностные слои и твёрдость металла, проанализировать кинетику потери прочности и усталостные процессы, измерить остаточные и

105 рабочие напряжения в металле, оценить интеркристаллитную коррозию и вязкостное трение. Комплексная оценка вышеперечисленных факторов позволит более корректно прогнозировать потерю прочности инструмента, их усталостное разрушение.

Технология комплексной обработки инструмента горных машин, включающая операцию контроля фактического напряженно-деформированного состояния объекта, обеспечивает гарантированное управление уровнем концентрации остаточных механических напряжений и релаксацию концентраторов механических напряжений, а также управление градиентом механических напряжений (для конструкционных сталей - разности главных механических напряжений). Такая технология позволит перейти от оценки технического состояния и прогнозирования ресурса инструмента к управлению её эксплуатационными свойствами.

4.3 Экономическая эффективность внедрения результатов исследования.

Определение экономической эффективности разработанной в рамках настоящей диссертационной работы по выбору рациональных режимных параметров магнитно-импульсной обработки буровых коронок, направленных на уменьшение интенсивности изнашивания буровых коронок, осуществлялось по данным эксплуатации буровых станков КОММАНДО-110 на месторождении "Возрождение".

Экономический эффект получен за счёт сокращения расхода буровых коронок, согласно методики [120] определения экономической эффективности расчёт производится по следующей формуле (4.1):

1 ' 2 - эксплуатационные затраты на единицу продукции (1 п.м.) с использованием базового изделия и нового изделия, руб.

Ц - цена базового изделия, руб.

Ц2 - проектная цена нового изделия, руб.

Zl v - отношение удельных расходов соответственно базового и нового у 2 предмета труда на единицу продукции.

Kt,K2 - сопутствующие капитальные вложения потребителя при использовании базового и нового изделия в расчёте на единицу продукции производимой с применением нового изделия, руб. В данном случае К} = К2.

Экос - дополнительный экономический эффект на единицу продукции при использовании новых предметов труда, руб/ед. В расчёте не учитывается.

- годовой объём производства нового предмета труда в год, ед.

В эксплуатационных затратах учтены только затраты на замену буровых коронок. Эксплуатационные затраты подсчитаны по формуле (4.2) и приводятся в таблице 4.1.:

У" *С*Кдт*Ксщ,руб (42)

JJ ^ из м

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в разработке математической модели напряжённого состояния буровой коронки и зависимостей изменения её стойкости от параметров магнитно-импульсного упрочнения, позволяющих повысить производительность буровых станков.

В результате теоретических и экспериментальных исследований лично автором получены результаты и сделаны следующие выводы:

1. На технические и технологические показатели эффективности работы буровых установок существенное влияние оказывает буровой инструмент. В связи с низкой стойкостью буровых коронок производительность станка падает, а вместе с ней уменьшается количество пробуренных погонных метров. Это связано с высокой концентрацией внутренних напряжений в буровых коронках. Уменьшение или ликвидация концентраторов внутренних напряжений дает возможность повысить стойкость буровых коронок и тем самым повысить количество пробуренных погонных метров.

2. Разработана математическая модель напряжённого состояния буровой коронки, позволяющая определить уровень внутренних напряжений в ней с учётом физико-механических характеристик материала, теплового эффекта и геометрии зон контакта ударника и коронки и установить, что из всего типоразмерного ряда проанализированного инструмента наименьший уровень внутренних напряжений в процессе работы, имеют штыревые буровые коронки.

3. На крепких породах целесообразно использовать буровые коронки штыревого типа, имеющие наименьшую концентрацию внутренних напряжений в режущей кромке, что повышает производительность буровых установок.

4. Способом повышения стойкости буровых коронок является метод магнитно-импульсного упрочнения. Установлены зависимости стойкости долотчатых, крестообразных и штыревых коронок от основных параметров магнитно-импульсного упрочнения (таких как напряженность магнитного

109 поля индуктора, числа импульсов, частота импульса), позволяющие обосновать рациональные параметры магнитно-импульсного упрочнения повышающие стойкость буровых коронок.

5. Установлены зависимости изменения стойкости буровых коронок по притуплению режущей кромки их твердосплавного вооружения, учитывающие влияние конструкций коронок и параметров их магнитно-импульсного упрочнения, представлены в виде соответствующих корреляционных зависимостей.

6. Рациональными технологическими параметрами магнитно-импульсного упрочнения для долотчатых коронок являются: напряженность магнитного поля индуктора 1600 кА/м, число импульсов 40 и время импульса 0,5 с; для крестообразных коронок - напряженность магнитного поля индуктора 1600 кА/м, число импульсов 45 и время импульса 0,5 е.; для штыревых коронок -напряженность магнитного поля индуктора 1600 кА/м, число импульсов 50 и время импульса 0,5 с. позволяющие увеличить стойкость буровых коронок от 1,12 до 1,3 раз.

7. Разработанная методика используется на предприятии ООО "Выборгские граниты" для повышения стойкости коронок в 1,15 - 1,3 раз, что позволило получить реальный годовой экономический эффект 714120 рублей.

1. Сафокин М.С., Александров Б.А., Нестеров В.И. Горные машины и оборудование: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1995. - 463 е.: ил.

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра, 1991.

3. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота. Справочник.-М.:Недра,1973.

4. Мельников Н.В. Теория и практика открытых разработок. М.:Недра,1973.

5. Лященко В.Г. Справочник по оборудованию предприятий нерудныхматериалов. Киев: 1975.

6. Моделирование разрушений углей режущими инструментами. М.: Наука, 1981.-181 с.

7. Штейнберг Б.И., Брайнман Б.М., Ильченко В.И. Справочник молодого инженера-конструктора.- К.: Техника, 1979. 150 е., ил.

8. Ершов Л.В., Либерман Л.К., Нейман И.Б. Механика горных пород. -М.: Недра, 1987.- 192 с.

9. Эйгелес P.M. Разрушение горных пород при бурении. М: Недра, 1971

10. Баловнев В.И., Ермилов А.Б., Новиков А.Н. Дорожно-строительныемашины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1988.-384 с.

11. Иванов К.И., Ермоленко М.И., Дусев В.И., Андреев В.Д. Техника бурения при разраблтке месторождений полезных ископаемых. М. "Недра", 1966.

12. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Обработка инструментальных материалов:

13. Спарвочник технолога инструмент, цеха. К.: Техника, 1980. - 150 с.

14. Ямщиков B.C. Волновые процессы в массиве горных пород: Учебник для вузов. М.: Недра, 1984. - 271 с.

15. Кантович JI.И., Дмитриев В.Н. Статика и динамика буровых шарошечных станков.-М.:Недра, 1984.-200 с.

16. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. -М.: Недра, 1971.-456 с.

17. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. Горные машины и автоматизированные комплексы: Учебник для вузов.- М., Недра, 1981.-503.

18. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: Учебник для вузов. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 359 с.

19. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. Изд. 2-е, испр. -М: Едиториал УРСС, 2004. 272 с.

20. Чигарёв А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. -М: Машиностроение-1,2004.-512 с.

21. Бидерман B.JI. Теория удара.- М.: Машиностроение, 1962.

22. Блохин B.C. Некоторые особенности исследования упруго-вязких материалов.- ВКН.: Материалы научных исследований, 1968.

23. Пономарёв С.Д., Расчёты на прочность в машиностроении. М.: Машиностроение, 1959.

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

25. Бидерман B.JL, Малюкова Р.П. Усилия и деформации при продольномударе. Расчёт на прочность. -М.: Машиностроение, 1964.

26. Тимошенко С.П. Колебания в интегральном теле. М.: Физматгиз,1959.

27. Штогерман И.Я. Контактная задача теории упругости.- М.: Гостехиздат, 1949.

28. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструментов и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1969.

29. Первов К.М. Обоснование и выбор параметров и критериев взаимодействия системы "горные породы горные машины".

30. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук.- М.: 2000.

31. Мельников Н. В., Реентович Э. И., Симкин Б. А. Теория и практикаоткрытых разработок. М.: Недра, 1979.

32. Симкин Б. А., Григорьев В. К, Кузовлев А. М. Основные направленияразвития буровой техники. В кн.: Совершенствование буровзрывных работ в горном деле.- М.: Недра, 1976, -115-130 с.

33. Кутузов Б.Н. Теория, техника и технология буровых работ. -М: Недра, 1972.

34. Буткин В. Д. Опыт совершенствования технологии бурения на разрезах. М.: ЦНИЭИуголь, 1975.

35. Буровзрывные работы на угольных разрезах. Под общей редакцией Репина Н.Я. -М.: Недра, 1987.

36. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров. Учебник. 5-е изд., переработ, и доп. - 2003 - 606 с. 18ВН 5-7418-0225-7.

37. Барон Л.И., Хмелоковский И.Е., Разрушаемость горных пород ударом. -М.:Наука, 1971.- 123 с.

38. Барон Л. И. Коэффициенты крепости горных пород. М.: Наука, 1972.

39. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия. Под редакцией Щадова М. И, Подэрни Р. Ю. -М.: Недра, 1989.

40. Симкин Б.А., Кутузов Б.Н., Буткин В. А. Справочник по бурению на карьерах. — М.: Недра, 1990.

41. Горная энциклопедия энциклопедия в 5-ти томах. Том 2. М.: Советская энциклопедия, 1986,- 141 с

42. Соколинский В.Б. Машины ударного разрушения. -М:Машиностроение, 1982 184 с.

43. Александров Е.В., Соколинский В.Б. Прикладная теория и расчет ударных систем. М.: Наука, 1969. - 208 с.

44. Алимов О.Д., и др. Удар. -М.,Наука, 1985. 357 с 43. Юдин Е.К., Хегай В.К., Динамика глубокого бурения. - М.: Недра, 2004.113286 с.

45. Логов А.Б. и др., Механическое разрушение крепких горных пород. -Новосибирск: Наука, 1989. 144 с.

46. Арцимович Г.В., Механо-физические основы создания породоразрушающегобурового инструмента. Новосибирск: Наука, 1985. - 289с.

47. Медведев И.Ф., Режимы бурения и выбор буровых машин. М.: Недра, 1986.-224 с.

48. Кеине Р., Исследование цикла ударного бурения. М.: Углетехиздат, 1956.

49. Симонянц Л.Е., Разрушение горных пород М.: Недра, 1699. -228 с.

50. Виноградов В. Н, Сорокин Г. М., Шрейберг Г. К., Ударно-абразивный износбуровых долот М.: Недра, 1975. - 168 с.

51. Мерзляков В. Г., Бафталовский В. Е. Физико-технические основы гидроструйных технологий в горном производстве. М.: 2004.

52. Красников Ю. Д., Мельников А. С. Динамика горных машин. Люберцы. 1999-120 с.

53. Тепненбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталеймашин при абразивном изнашивании. М.: Машиностроение, 1966. - 331 с.

54. Крагельский И.В., Алисин В.В. и др. Трение, изнашивание и смазка. -М.:

55. Машиностроение, 1979. 358 с.

56. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.: Высшая школа, 1977.287 с.

57. Кулешов А. А. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. М.: Недра, 1980.-317с.

58. Щадов М. И., Винницкий К. Е., Потапов М. Г., и др. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. М.: Недра, 1987, - 237 с.114

59. Зорин В. А. Комплексный критерий оценки состояния механических систем строительных машин. М.: 1996 .-212 с.

60. Докукин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я. и др. Динамические процессы гор-машин. М.: Наука, 1972. - 150 стр.

61. Белый И.В., Фертик С.М., Хименко J1.T. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. Харьков: Высшая школа, 1977. - 168 с.

62. Калантаров П.Л., Цеитлин Л.А. Расчёт ипдуктивностей. Л.: Энергоатомиздат, 1986.-488 с.

63. Алиевский Б.Л., Орлов В.Л. Расчёт параметров магнитных полей осесимметричных катушек. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 112 с.

64. Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных моделей в магнитном поле. М.: Машиностроение, 1987, - 256 с.

65. Постников С.Н., Иляховский А.В. Структурное упрочнение быстрорежущих сталей в импульсных магнитных полях. // Прикладные проблемы прочности и пластичности. 1979, Вып. 12. - С. 140 - 149.

66. Постников С.Н., Сидоров В.Н. Направленное упорядочение дефектов твердых тел под воздействием электронов проводимости в магнитных нолях. // Прикладные проблемы прочности и пластичности. 1979, Вып. 10.-С. 145- 160.

67. Арипова Ф.М. Физико-механические свойства горных пород некоторых месторождений Средней Азии.-Ташкент: Фан, 1977.

68. Воробьёв А.А., Тонконогов М.П., Векслер Ю.А. Теоретические вопросы физики горных пород. М.: Недра, 1972.

69. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород / Протодьяконов М.М., Тедер Р.И., Ильницкая Е.И. и др. М.: Недра, 1981.

70. Ершов Л.В., Максимов В.А. Введение в механику горных пород. М.: Недра, 1976.

71. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974.115

72. Эйгелес P.M. Разрушение горных пород при бурении. М.: Недра, 1971.

73. Михайлов Ю.И., Кантович Л.И. Горные машины и комплекты. М.: Недра, 1975.

74. Резание угля / Берон А.И., Казанский А.С., Лейбов Б.М., Позин Е.З. Под редакцией Берона A.M. М.: Госгортехиздат, 1962.

75. Свойства горных пород и методы их определения / Илыпщкая Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С., Кунтыш М.Ф. Под ред. Протодьяконова М.М. -М.: Недра, 1969.

76. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Шпильберг И.Л. Надёжность горных машин и комплексов. М.: МГИ, 1972.

77. Барон Л.И. Коэффициенты крепости горных пород. М.: Наука, 1972.

78. Гетопанов В.Н. Теоретические и экспериментальные исследования надежности выемочных комплексов и агрегатов. Автореф. докт. дис. -М.: МГИ, 1973.

79. Кантович Л.И., Дмитриев В.Н. Экспериментальное определение нагрузок в подающей системе шарошечного бурового станка типа СБШ-250. М.: НИИинформтяжмаш, 1974, № 2-74-25. - С. 8-13.

80. Кантович Л.И., Дмитриев В.Н., Дунаев М.В. Промышленные испытания устройств для центрирования бурового става станка шарошечного бурения. М., ЦНИИТЭИтяжмаш. Машины и оборудования для горных работ. М.: 1979, № 2-79-18. - С. 1-3.

81. Кантович Л.И., Дмитриев В.Н. Динамическая устойчивость вращательно-подающей системы для бурения взрывных скважин. -М.: Изв. вузов. Горный журнал, 1979, № 2. С. 83-89.

82. Кутузов Б.Н., Шмидт Р.Г. Шарошечное бурение скважин на карьерах и пути повышения его эффективности.- М.: Недра, 1966.

83. Позин Е.З. Основы выбора и поддержания оптимальных режимов работы исполнительных органов угледобывающих комбайнов: Атореф. дис. д-ра тех. наук. М.: Ин-т горного дела им. А.А. Скочинского. 1968.

84. Позин Е.З. Основы выбора и поддержания оптимальных режимов работы исполнительных органов угледобывающих машин. В кн.:116

85. Разрушения горных пород механическим способом. М.: Наука, 1966. -207-222 с.

86. Позин Е.З., Кунтыш М.Ф., Тон В.В. и др. Основные принципы моделирования процесса разрушения угольных пластов, содержащих твердые включения. Физ.-техн. проб. Разработки полезных ископаемых, 1974, №2. - С. 50-55.

87. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов. М.: Наука, 1964. - 364 с.

88. Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами. М.: Наука, 1972. - 238 с.

89. Докунин А.В., Фролов А.Г., Позин Е.З. Выбор параметров выемочных машин. М.: Наука, 1976. -144 с.

90. Аракчеев С.Н., Первов К.М., Коровин С.К., Сафронов Д.В. Способы и средства упрочнения породоразрушающих инструментов горных машин. М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003, № 10. - С. 168 - 172.

91. Аракчеев С.Н. Определение зависимостей стойкости буровых коронок от режимных параметров магнитно-импульсной обработки. М.: МГТУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, № 10.- С. 318.

92. Аракчеев С.Н. Анализ изменения стойкости от ширины притупления режущей кромки твердого сплава буровой коронки. М.: МГТУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, № 10.- С. 318.

93. Грабский А.А., Аракчеев С.Н. Математическая модель расчёта напряжённого состояния буровых коронок при разрушении горных пород. М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, №11.- С. 24 - 26.

94. Лисовик П.К., Огибенин Б.П. Горные машины для открытых горных работ. -М.: Недра, 1970 г.

95. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам.1171. М.: Недра, 1968 г.

96. Сафохин М.С., Катанов Б.А. Машинист бурового станка на карьере. -М.: Недра, 1969 г.

97. Филимонов Н.А. Горные машины для открытых работ. М.: Недра, 1968 г.

98. Шатилов А.П. Новая буровая техника для открытых работ. М.:Недра, 1966 г.

99. Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты. М.: Недра, 1990 г.

100. Сафохин М.С., Богомолов И.Д., Скорняков Н.М. Машинист бурового станка. М.: Недра, 1990 г.

101. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота. Справочник. М.: "Недра", 1971 г.

102. Справочник по буровзрывным работам на карьерах. Под ред. док. тех. наук Друкованова М.Ф. Киев: "Наукова думка", 1973.

103. Эксплуатация и техническое обслуживание бурового инструмента. -"САНДВИК КОРОМАНТ".

104. Мерзляков В.Г., Даутов P.P. Оптимизация режимов бурения станками нового поколения.- в сб.: Научные сообщения ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского.- 2005.- Вып. 331. 134- 139 с.

105. Ю2.0сипов Г.М., Агошашвили Т.Г., Потехин Г.С. Динамика технико-экономических показателей бурения взрывных скважин. Горный журнал, 1976, № 9, - 39 - 43 с.

106. Станки для бурения взрывных скважин на открытых горных работах. ГОСТ 15896-76. М.: 1976, - 4 с.

107. Иванов К.И., Варич М.С., Дусев В.И. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1974.

108. Единые нормы выработки на открытых горных работах для предприятий горнодобывающей промышленности. Часть 2. М.: НИИтруда, 1989.

109. Юб.Теория планирования эксперимента / под ред. С.М. Ермакова. М.:1181. Наука, 1983,-392 с.

110. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы и планирование экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965, - 340 с.

111. Щупов Л.П. Прикладные математические методы в обогащенных полезных ископаемых. М.: Наука, 1972, - 169 с.

112. Гмурман В.Е. Теория вероятности, математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972,-368 с.

113. Ю.Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное пособие. М.: Наука, 1971, - 192 с.

114. Назаров Н.Г. измерения: планирование и обработка результатов. М.: Издательство стандартов, 2000, - 302 с.

115. Надёжность и эффективность в техники. Справочник специалиста. Том 6 "Экспериментальная обработка и испытания" М.: Машиностроение, 1989, -975 с.

116. Планирование эксперимента в исследовании технических процессов. (Хартман К., Лецкий В., Шеффер В., и другие) М.: Мир, 1977,- 582 с.

117. М.Немировский А.С. Вероятностные методы в измерительной техники. -М.: Издательство стандартов, 1974. 216 с.

118. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1988.-240 с.

119. Александровская Л.Н. и др. Современные методы обеспечения безотказности. М.: Логос, 2001. - 208 с.

120. Васильев М.В., Вереса Ф.И., Траур И.Ф. и др. Опыт открытой разработки рудных месторождений США -М.: Недра, 1981. 154 с.

121. Розин Б.Б. Математико-статистические методы в экономическом анализе и планировании. М.: Наука, 1983. - 254 с.

122. Икрамов У.А. Расчётные методы оценки абразивного износа. М.: Машиностроение, 1987.-288 с.

123. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -392 с.

124. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -541 с1. Утверждаю

125. Директор Щ ^Щ^^ские граниты"канюков И.В.

126. Акт внедрения результатов диссеинженера механика Аракчеева Сергей на тему: "Обоснование параметров и способа повышения стойкости буровыхкоронок".

127. Методика повышения стойкости буровых коронок за счёт изменения режимных параметров магнитнр-импульсной обработки.

128. Объектом исследования были долотчатые, крестообразные и штыревые буровые коронки диаметром 32 мм.

129. Достоверность результатов доследований подтверждается фактическим увеличением стойкости буровых коронок:- долотчатых коронок в 1,3 раза;- крестообразных коронок в 1,2 раза;- штыревых коронок 1,15 раза.

130. Для повышения стойкости буровых коронок инженером Аракчеевым С.Н. были рекомендованы режимные параметры магнитно-импульсной обработки.

131. Годовой экономический эффект от внедрения рекомендаций автора при эксплуатации буровых коронок составил 714120 рублей.

132. Из-за узкого ассортимента испытанных буровых коронок необходимо расширить ассортимент коронок и продолжить промышленные испытания коронок обработанных магнитно-импульсным устройством.

133. Зам. директора по производству ООО "Выборгские граниты"

134. Механик ООО "Выборгские 1раниты"1. С.Г. Малыков1. А.Р. Гагарин1. УТВЕРЖДА1 Директор 001. ПРОТОКОЛтехнического совещания ООО "Выборгскиег. Выборг25 октября 2006 г.1. Присутствовали

135. От ООО "Выборгские граниты": Ханюков И.В., Малыков С.В., Гагарин А.Р., От ЗАО "ВКУ": Аракчеев С.Н.

136. Повестка дня: доклад инженера Аракчеева С.Н. о методе повышения стойкости долотчатых, крестообразных и штыревых коронок магнитно-импульсным методом. Слушали:

137. Аракчеева С.Н.: изложил сущность метода, результаты проведенных исследований, сформулировал практические рекомендации по использованию результатов работы. Выступили:

138. Гагарин А.Р.: Предложенный метод очень необходим производству. Установка очень проста и понятна в использовании.

139. Зам. директора по производству1. ООО "Выборгские граниты1п

140. Инженер механик Аракчеев С.Н.

141. В карьерах по добыче гранита с коэффициентом крепости/=12-16 по шкале М.М. Протодьяконова с пределом прочности на сжатие осж=300 МПа применяются буровые станки ударно-вращательного действия.

142. Проблема повышения стойкости горного породоразрушающего инструмента горных машин особенно остро встала в последние годы в связи с резким их удорожанием.

143. Рассматриваются долотчатые, крестообразные и штыревые буровые коронки.

144. Для расчета напряженного состояния буровых коронок разработан программный комплекс, основанный на методе конечных элементов.

145. Для определения напряженного состояния буровой коронки решим систему уравнений равновесия. В простой форме (символической) уравнение имеет вид:сг . + р Ь , = 0 ,где р плотность материала; Ц- объёмная сила; Оу - тензор напряжений.

146. Проделав все преобразования, получаем определяющее уравнение, в котором учитываются физико-механические характеристики материала, тепловой эффект и геометрия зон контакта ударника и коронки.1. О О О1.2//V