автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение технического уровня переносных пневматических перфораторов путем использования вихревого эффекта

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ КРЛЗОРСНМЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На, правах рукописи

ГУЗЬ Борис Александрович

ШщЕКШ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПЕРЕНОСАХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПЕРФОРАТОРОВ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИХРЕВОГО ЭФФЕКТА

Специальность 05.05,06 - "Горные калины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кривой Рог - 1995

• / Диссертацией является рукопись.

-"..'Работа выполнена.д-1 Научно-исследовательском и проектно-кон-Ътрукторскон институте горнорудного машиностроения с опытным заводом (КриворожНИПИрудмаш)

НАУЧННЙ РУКОВОДИШЬ доктор технических наук,профессор

РУДЬ Е.С.

.ОФИЦИАЛЬНЫЕ- ОППОНЕНК:

доктор технических наук,профессор

кандидат технических наук,старший научный сотрудник

.БАШ А.И. ЖИВОТОВСКИЙ Л.А.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Криворожский завод горного машиностроения,г.Кривой Рог

Защита диссертации, состоится п/,£п. ' 1995 г.

в "/С^1 час. на заседании специализированного совета К 16.01.01 Криворожского технического университета по адресу: 324527,г.Кривой Рог.ул.ХХП партсъезда.П.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КразорзЕСКОго технического университета.

Автореферат разослал "/£" с&еЛраииР . 1995 г.

Учений секретарь специализированного ссвота

сацдздат технических наук,доцент V

ГОРБАЧЕВ З.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА^ РАБОТЫ

Актуальность работы.Переносные пневматические перфораторы широко применяются на подземных горних предприятиях,являясь оо-новным средством бурения ппуров в системах разработан с ограниченным рабочим пространством,что. определяет необходимость улучшения их технико-экономических показателей.

Существующие конструкции перфораторов характеризуются высокими уровнями локальной вибрации,превышающими допустимые вв-личины.Вибробезопасность переносных пневматических перфораторов,' входящая в состав показателей их технического уровня и качества, наряду с величинами генерируемой вибраций включает фактор охлаждения кистей рук бурильщиков,обусловленный воздействием пониженных температур атмосферного воздуха горных выработок и шахтных вод низкой температуры,наличие которого существенно усиливает вибрационное воздействие.

Устранение охлаждающего воздействия внесшей среды достигается постоянным обогревом-рукояток перфораторов в процессе бурения. В настоящее-время для обогрева держателей рукоятки применяется устройство,работающее ка сжатом воздухе с,использованием особенностей рабочего цикла перфоратора.Основным недостатком данного устройства является сниаение производительности перфоратора,вследствие 'Я>го оно не получило широкого распространения.

Цель работы - повышение технического уровня переносного пневматического перфоратора путем создания конструкции устройства обогрева рукоятки,не снижающего его производительности,с использованием сжатого воздуха в качестве источника энергии для нагрева держателей.

Идея работы состоит в применении вихревого эффекта для полу-^ чения тепла путем разделения сжатого воздуха в вихревой труба на горячий и холодный потоки с использованием горячего потока для нагрева рукоятки,что позволяет разработать автономное^устройство, не связанное с рабочим циклом переносного пневматического перфоратора. ^

Методы исследования.В работе использован комплексный метод исследований,включающая теоретические исследования закономерностей, отражающих физические основы изучаемых"процессов,с использованием расчетов и экспериментальной проверкой результатов в сочетании с экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях отдельных закономерностей,не охваченных теоретическими моделями,а тапхо промышленные эксперимента. ' .

г

Научные положения,разработанные лично соискателем.и их новизна:

впервые разработана теоретическая модедь процессов нагрева . в устройстве обогрева рукоятки перфоратора со встроенной вихревой трубой,на основании которой установлены аналитические зависимости для-оптимизации характеристик устройства по расходу сжатого воздуха,"температуре нагрева держателей и времени натре- « ва в зависимости от теплофизических и конструктивных параметров и внешних факторов;

получены впервые эмпирические соотношения диаметра камеры разделения вихревой трубы и площади проходного сечения соплового ввода,обеспечивавшие максимум эффекта нагрева воздуха для режима работы с относительными долями холодного потока,близкими к единице;

найдены эмпирические зависимости диаметра регулировочного сопла да выходе горячего потока от режима работы вихревой трубы и расхода сжатого воздуха при изменении относительного сечения соплового ввода; .

установлены закономерности распределения температуры по длине камеры разделения при изменении режима работы вихревой трубы;

разработана методика расчета устройства обогрева держателей рукоятки переносного пневматического перфоратора,позволявшая най- . ти конструктивные и режимные параметры устройства.

Обоснованность и достоверность научных положений,выводов и •рекомендаций обеспечивается использованием известных законов и положений теорий теплопередачи и вихревого эффекта,применением общеп^нятых методик при проведении экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических исследований с опытными данными:отклонение результатов экспериментов по температуре нагрева держателей рукоятки от расчетных величин составляет менее 1%.

Значение работы.Научное значение работы состоит в разработке теоретической модели процессов нагрева рукоятки перфоратора с устройством обогрева на принципе вихревого эффекта в стационарном и нестационарном тепловых режимах и установлении эмпирических соотношений,обеспечивающих эффективное функционирование вихревой трубы в устройстве обогрева при режимах работы с максимальной температурой нагрева стенки камеры разделения.

Практическое значение работы заключается в разработке прин-

ципиальных вопросов конструктивного выполнения устройства обогрева рукоятки перфоратора,не скижагяего его производительности,;", создан/.и конструкт'.:: устройств обогрева для серийных перфораторов типоразмеров ПП50,ПП54 и ПП6Э,обеспечивающих требуемый обогрев держателей при температурах сжатого к атмосферного воздуха до -20°С,

Реализация работа.Экспериментальные образцу устроР.ств обогрева внедрены на пахтах "Коммунар" ПО "Кр;:вбассруда"(г.Кривой Рог) и "Артековская" ПО "Ле;;ао.-о?с'!(г.£ода;:Оо).Изготовлена экспе- ' риментальная партия устройств обогрева рукоятки перфоратора ПП633 для комбината "Хннганолозо"(п.Хккгакск,ЕАО),Прссли приемочные испытания и рекомендованы к серийному производству опытные образцы перфораторов ПП5Э32 и НП>231-01 с устройствами обогрева.

Апробация работы.Основные положения работы и результаты исследований доложены и обсуждены на постоянно« семинаре "Методы и средства борьбы с кумами и вибрациями в промызленности"(Ленин-град,1989г.) и на секции научно-технического совета института НИЛИрудмаз(Кривой Рог,1992 и 199^г.г.)-

Пубдикации'.По теме диссертации и результатам исследований опубликовано 8 печатных работ и получено 5 авторских свидетельств.

Сбьем работы.диссертационная работа состоит из введения,четырех глав и заключения,изложенных на III страницах машинописного текст*!, содержит 27 рисунков,8 фотографий, 13 таблиц,список литературы из 101 источника и I приложение.

ОСКСЗНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЁОГа

Состояние вопроса и направления исследований.

Применение обогрева рукояток переносных пневматических пер-1 фсратороз.как средства повышения ьибробезопасности,регламентируется гигиеническими требованиями к их конструкции и эксплуатации.'

3 настоящее время для обогрева рукояток перфораторов применяется /.инструкция устройства обогрева,разработанная в.-конас ЫЭ-х' годоз В.'г, £дг2СМ„Д.С. Королевым,Б.К. Пы^киным н А.Ф. Трукиловши Вклад ь совор-йкстьоьаиие данного устройстваш'его доведение до промысленного использования внесли В.П.' Афанасьев,З.М. Васильев, Н.Л. Кия,Г.Г. Кычзков.Г.А. Терехов,К.П. Хыизников л др.

Для нагрева рукоятки в данном устройстве используется нагрев воздуха при сжатии в полости обратного зода цилиндра перфоратора и при наполнении воздухом полости рукоятки,соединенной с по-лостьк обратного хода.При небольшом увеличении расхода скатого воздуха,потребляемого перфоратором.устройство обеспечивает оффектив-

ный нагрев держателей рукоятки.

Применение устройства .обогрева данной конструкции приводит ' к снижению производительности перфоратора,что обусловлено присо-' единением дополнительного объема к полости обратного хода цилиндра. Уменьшение скорости.бурения перфораторов при использовании современных конструкций устройства обогрева может достигать 8-10$.

Из-за указанного недостатка устройство не получило широкого распространения и применяется преимущественно на шахтах Севера, где охлаждение не только усиливает вибрационное воздействие,но и непосредственно снижает производительность труда.

Устранение потерь производительности перфоратора требует применения автономной конструкции устройства обогрева,не связанной с его рабочим циклом.Анализ термодинамических проиесооа,сопровождающихся нагревом воздуха,« способов их реализации показал, что автономное устройство обогрева можно создать при использовании для нагрева воздуха вихревого эффекта,реализуемого в вихревой труба.

" Устройства с вихревыми трубами не применяются для награза рукояток ручных машин и механизированного инструмента,авиду чего отсутствуют работы,посвященные выбору и расчету таких устройств.'

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований в области вихревого эффекта показал,что его реализация в устройстве обогрева рукоятки требует проведения экспериментальных работ по созданию вихревой трубы с требуемыми величинами эффекта нагрева воздуха.Необходимость таких работ обусловлена отсутствием теоретических методов расчета вихревых труб и ограниченной областью применения известных эмпирических зависимостей,а также существенным влиянием конструктивных и других факторов на их эффективность.

Из анализа условий эксплуатации переносных пневматических перфораторов,выполненного по результатам работ в области теплового режима и микроклимата шахт и рудников,и из гигиенических, требований к устройствам обогрева следует,что устройство должно обеспечивать требуемую температуру нагрева поверхности держателей рукоятки в диапазоне температур атмосферного воздуха от +20 до -15 + -20°С,а температура нагрева должна устанавливаться с учетом теплоизолирующих свойств применяемых бурильщиками защитных рукавиц.

Для создания устройства обогрева рукоятки перфоратора на ба-

зе вихревой трубы необходимо регять следующие задачи:

- теоретически обосновать оптимальнув принципиальную схему с вихревой трубой в качестве источника тепла;

- выполнить теоретические исследования процессов нагрева, установить зависимости температуры нагрева держателей,потребляемого расхода сжатого воздуха и времени нагрева от конструктивных и тепдофизических параметров-рукоятки,характеристик вихревой трубы и внешних условий;

- определить допустимые температуры нагрева держателей рут коятки с учетом теплоизолирующих свойств защитных рукавиц;

- исследовать процессы нагрева воздуха в вихревых трубах при долях горячего потока,соответствующих, диапазону наибольших значений температуры горячего воздуха,определить зависимости эффекта нагрева воздуха от режимных и конструктивных параметров;

- разработать конструкции устройства обогрева и провести её испытания -в лабораторных и промышленных условиях;

- разработать методику выбора и расчета основных параметров устройства обогрева.

Теоретические исследования устройства обогрева.

Устройство обогрева на базе вихревой трубы можно выполнить по двум отличашикся конструктивным схемам,в одной из которых вихрева^ труба является автономным элементом и сообщается с полостью рукоятки через соединительный канал,а в другой схеме камера^ разделения вихревой трубы совмещена о полостьс рукоятки.

В первом случае вихревая труба и соединительный канал являются дополнительными узлами,усложняющими конструкции перфоратора. Сравнение указанных конструктивных схем показало,что вто- • рая схема обеспечивает заданную температуру нагрева рукоятки при кеньсем в 1,5-2 раза,чем в первой схеме,расходе сяатого воздуха^ Конструктивная схема с совмещением камеры разделения вихревой трубы и полости рукоятки являлась базовой схемой при".разработке устройства обогрева. -

Процесс нагрева рукоятки в устройстве обогрева характеризуется двумя отличающимися тепловыми режимами,нестационарным и стационарным. , - .

Расчетная схема стационарного теплового рдаима показана на рис.1.В этой схеме рукоятка представлена в виде двухслойного полого цилиндра с однослойным участком.

Расчетная схема стационарного теплового режима

о

й1с.1

Из решения уравнения материального и теплового балансов' при работе вихревой трубы в адиабатном и неадиабатном режимах с использованием известных соотношений стационарного .теплового режима для многослойной цилиндрической стенки получено следующее выражение для расхода сжатого воздуха,потребляемого устройством обогрева

Я <*г«р (Тъ ~Т„ + 1„)'__

£р ({-(*)(?„ [АТг + Тс-1г Р3ер *г„¿з„ (Тгег~Ъ)]

(I)

где 0С - потребляемый расход воздуха,кг/с; - коэффициент теплоотдачи между поверхностью держателя рукоятки и атмосфер-«ным воздухом,Вт/(м^.К);/?гер и - полные линейные термические сопротивления держателя и открытого участка несущей трубы, (м.К)/Вт;Д ¡г - эффект нагрева воздуха в вихревой трубе,К; Тг,р . Т1т и X ~ температуры держателя,атмосферного и сжатого воздуха,К; - удельная теплоемкость воздуха,,Дж/(хг.К); рл - относительная доля холодного потока; и £гр - длины держателя и открытого участка,«; диаметр держателя^.

Нахождение величины по формуле (I) производится методом последовательных приближений с использованием поправок на мас-стаб вихревой трубы и соотнозониП,связывающих расход воздуха с площадью сопла и площадь сопла с диаметром камера разделения.

Входящая в (I) температура Твар является нормативной величиной.Исходя из установленной гигиеническими рекомендациями допустимой величины нагрева рукоятки Э5°С,в допущении равенства^ температур нагрева при открытом и охваченном держателе получено следугщее выражение для допустимой'температуры нагрева при использовании защитных рукавиц

ИТ. -Т„) . т . • ■

ten DJ *Т '

Mie, "'»р

где Т1еп - допустимая температура нагрева,К; Т, - нормативное значение температуры без применения руказицД; <Я„ - коэффициент теплоотдачи менду делателем к атмосферным, воздухом при' температуре X ,Зт/(м^.К); Rf - полное линейное термическое сопротивление держателя при охвате рукой в защитной рукавице. См. Ю/Вт

etf'dt г\тг d( zX^ drP z\ die?

a.s - коэффициент теплоотдачи между горячим потоком и стенкой камьры разделения,Вт/См'".К); , X)f/, и Xj. - коэффициенты теплопроводности материала несуще;: трубы,держателя и защитных рука-виц.ат/См.Х); Sy - толщина слоя материала рукавиц,м; dt и dtr - диаметра ка-;ери разделения к несуще?. труби,м.

Для "обычно применяемых защитных.руказнц с толщиной слоя материала ладонной части около 0,002 м и стандартных резиновых держателей'дианотром 0,04 м допустимая температура возрастает с' 36 до при снижении температуры атмосферного воздуха от +20 ^ до -20°С. _ '

Входящий в (I) эффект нагрева воздуха t\Tt обычно представляется апро.<симируьщей квадратичной зависимостью., ^ .-"

Д Тг = Аги,г + Вгн+С^^ (3}

где А , В и С - численные коэффициенты. •

Дифференцирование уравнения' (I) по величине уи с учетом (3) дает следующее выражение для условия минимума расхода воздуха

А - В WfA-ß)-3 А [C-B+Te-Tu-Ru, С djT^-Z)] ЗА . .

Анализ выражения (показывает, что минимум расхода воздуха

незначительно смещен относительно положения максимума эффекта нагрева (. [4—~ß/ZA ) в сторону уменьшения [и . - При-постоянном расходе сжатого воздуха Gc решение уравне-хяия теплового баланса дает следующее выражение для температуры нагрева'поверхности держателя

т •- ATt + Tc-T„ ~

W- — --'»Г , C5J

1\>*Р eta«,

U+5) .

ЯГ (Cbp R,p' + ir, Riep )

где I ----

Gc с, (i-pi) Ru, Rtp Условие максимума температуры Т^ер при изменении ßt опреде— лявтся корнем уравнения '

a/u £/u2+ c/u-i-/ = а , Сб)

где а = 2 А; &-В-А(2Е+Я); с=г(А-В)(Е+{); f=B+E(BC-Tc+T„); Е=

* 1тс Ср Г\з,р !\,р

Из анализа уравнения (6) следует,что максимум Тзер совпадает с максимумом A7I в предельном случае при R3ef - Rrn = с» #а для фактических значений RSei> и Rrp имеется незначительное смещение положения максимума Тзвр в сторону меньших рл примерно на 1%.

Количественная оценка параметров устройства обогрева по соотношениям (I) и (5) выполнялась с применением ЭЦВМ ECI022 по программе,составленной на языке "Форт ран ".'Как показали расчеты, для серийных конструкций рукояток перфораторов требуемая температура нагрева держателей с учетом (2) соответствует расходам сжатого воздуха более 0,5 mVmhh при температуре атмосферного воздуха ниже -Ю°С даже в случае применения высокоэффективной • вихревой трубы оо спиральным сопловым вводом,что нежелательно с позиций экономичности устройства.

Как следует из (I),расход воздуха Gc можно, снизить за счет повышения эффективности вихревой трубы (увеличекияД'Ц ). Данная задача решалась экспериментальным путем.Другие возможности снижения Qc состоят,прежде всего,в уменьшении термического сопротивления держателя и площади теплообмена между рукояткой и атмосферным воздухом.

Наибольшее уменьшение величины (тс достигается при увеличении коэффициента теплопроводности материала держателей Аа„,:при-

иененйе держателей из стали Еместо резиновых дает снижение (}е в 2,2-3,3 раза при температурах сжатого и атмосферного воздуха -15°С и диаметрах &з.Р * 0,03540,04 м,а температура Ъер при постоянном расходе воздуха возрастает на 16-19 К.

Уменьшение диаметра ¿¿е? с 0,04 до 0,035 м обеспечивает снижение расхода воздуха до в случае резиновых держателей.а сокращение длины держателей £ггр на 0,1 м соответствует уменьшение расхода воздуха на 16%.

Иные возможности снижения расхода сжатого воздуха &с .состоящие в применении теплоизолятора на открытом участке несущей трубы,увеличении площади теплообмена между горячим потоком и стенкой камеры разделения и в утилизации энергии-горячего потока с помощью эжектора,характеризуются меньшей эффективностью:уменьшение раехбда при использовании данных мотодов составляет 4-151.

Основной характеристикой устройства обогрева,определяемой при нестационарном тепловом режиме,является время достижения конечной температуры нагрева держателей.Расчетные схемы нестационарного теплового режима показаны на рис.2.Держатель и несущая труба рассматриваются в-приближении бесконечного полого цилиндра.

Расчетные схемы нестационарного теплового режима

Та:

а - однослойный цилиндр; б - двухслойный цилиндр.

Рис.2

Первоначально рассматривается однослойный цилиндр (рис.2а), .что соответствует однородности материала несущей трубы и держателя. Уравнение теплопроводности для цилиндра имеет вид

,2,

3T(t,t)

—:--а>еР

дГ

2 Т(г?)_+ t дТ(гг)

Згг . дг т,, 4г * г*,,

(7)

где t- - время,о; т , ig и iStp - текущий,внутренний в наружной радиусы цилиндра,м;ав,/, - коэффициент температуропроводности материала цилиндра ,'м ^/с .

Граничные условия для рассматриваемой задачи выражается уравнениями

^ ^г^ * «*{т1г(Г)-Т(\,?)]=о; -(8)

где текущее значение температуры горячего потока в каме-

ре разделения.К. Ввиду наличия в граничных условиях (8) и (9) функций oc^ft) рассматриваемая задача содержит нелинейность II рода,что усложняет наховдение репания уравнения (7).С цглы> упрочения данной аадачи выполнена линеаризация II рода,для чего .текуиие значений жозффициента теплоотдачи aC^t} и текла сатуры Xt(C) приняты постоянными и разными соответствующим значениям для стационарного теплового режима.Посла линеаризации граничных условий • получено следу ще а выражение для температуры нагрева поверхности цилиндра

4

ОР

V~-bii г

Tid^Z-xxßiCZ-W/p^ Оти[г.1(и-В;Х(и] , (10)

is=i

Пв Firniß _

-(¿.г + зе гВ?) [{„ J4 <и -Bi. X (£„)}*; Lißftn) =Z (£„)[(„ Y( (m e„j + i£ ßi (m t,)] -

и

—; • В^^/Т аз" - критерий Био; Тгг -Тампе-

ре,. ' ' 2А«,

ратура горячего потока при стационарном тепловом режиме,К; Го= - критерий §урье; , ]{ и Ув , У, - функции

Еесселя первого и второго рода нулевого и первого порядка.

Входящие в (10) величины Е„ является корнями характеристического ураБнени.т

[б Ъ(т£)+>бВ11(т1)]Ь Х(е)~В1 ~

Решение задачи для двухслойного цилиндра,соответствующее случаю применения держателя и несуще;: трубы из разнородных материалов (рис.26),при использовании известного приближенного мэ-тода реиения таких задач сводится к рещениг (10) введением вмео-то величин и приведенных величин

а*

ls

где аТр - коэффициент температуропроводности внутреннего слоя, & м^/с.

С использованием решения (10) и при введение величины^ времени нагреьа,которое соответствует температуре лагрева,меньшей температуры стационарного теплового режима примерно lia 2,7 H,получено следугщее выражение для времени нагрева держателя,

_ £n(T,rp-Tir)-j jz :

tP---;;-йг,„ , СИ)

4a3,f е;

где tr - время нагрева,с.

Количественная оценка времени нагрева.по соотношению (II) показывает,что основными путями сокращения времени нагрева держателей является увеличение коэффициента температуропроводности азер 11 уменьщение диаметра cL>= .Держатели из стали дают сокращение времени нагрева в 1,7-2,1 раза по сравнению с резиновыми держателями при диаметрах 0,035-0,04 н,а при уменьшении диаметра с 0,04 до 0,035 м время нагрзьа уменьшается в 1,7 раза для резиновых и в 1,4 раза для стальных держателей.Полученные факторы сокращения времени нагрева совпадают "с мероприятиями по снижению расхода воздуха,потребляемого устройством обогрева.

Экспериментальные исследования устройств обогрева.

Обеспечение требуемых температур нагрева держателей при малых расходах сжатого воздуха обуславливает применение аффективных вихревых труб с большими величинами эффекта нагрева воздуха Д »Эффективность вихр.вых труб существенно зависит от конструкции применяемого соплового ввода.Сравнительные испытания тангенциальных вводов с соплами круглого л прямоугольного сечения и цилиндрических винтовых закручивающих устройств (ВЗУ) ..выполнялись на вихревых трубах с. диаметром камеры разделения

dg » 0,0123 м_и близкими величинами относительных длины камеры разделения S,r= (¡г/ d-g и сечения сопла Fc^FcMd.; .где Fc — сечение сопла,м,а ¿¿г - длина камеры разделения,м.

Исследования показали,что в вихревой трубе с однозаходным ВЗУ при долях холодного потока fWy 0,9 величина эффекта нагрева воздуха ваше на 4 и 10 К по сравнению с вихревыми трубами,содержащими прямоугольное и круглое тангенциальные сопла,а двух- . заходное ВЗУ дает рост величины Д"П. на 7 К по сравнению с одно-заходнымЛ ходе последующих работ конструкция вихревой трубы с цилиндрическим ВЗУ использовалась в качестве базовой. » На вихревой трубе со сменными однозаходными ВЗУ исследовано влияние соотношения диаметра камеры разделения dj и сечения сопла Fc на величину эффекта нагрева.В результате исследований установлено следующее эмпирическое соотношение для максимума величины дт,

* '

dt = wVE. (12)

В работах по вихревому эффекту наибольшая величина численного коэффициента в соотношении,аналогичном (12),равняется 4,It>. При этом Эффект нагрева воздуха ДТ^для (ЧУ 0,9 ниже на 18,4 К. Полученное соотношение является основным результатом работ по повышению эффективности вихревой трубы в области больших ¡ц..

В результате экспериментальных исследований получены зависимости эффекта нагрева воздуха от величины fU для 20 конст- * .рукций вихревых труб с расходами воздуха от 0,-18 до 0,58 м**/мин.

Измерения температуры нагрева держателей в экспериментальных образцах устройств обогрева показали хорошую сходимость с теоретическими расчетами:При использований полученных зависимостей Д от fii максимальная ошибка расчетов по зависимости (5) не превышает 0,6%.Опытные зависимости температуры нагрева от времени f -для держателей из стали практически совпадают с рассчитанными по соотношениг (10),а для резиновых держателей отклонение

• ■ - •

от опытных данных не превышает 0,б£ при Ро > 0,19.

Максимально достигнутая температура нагрева держателей составила 85°С при температуре атмосферного воздуха 20°С,что со-' ответствует 37°С при температуре атмосферного воздуха -20°С. -

Исследованы закономерности распределения тенпературы по длине камеры разделения вихревой трубы.Установлено,что распределение относительной температуры по относительной длине не зависит от величины относительного сечения сопла в интервале значений от 0,044 до 0,058.

С использованием данного результата разработаны и проверены экспериментально способы выравнивания температуры нагрева держателей по длине.состоящие в выборе их взаимного расположения и применения в держателях металлических вставок цилиндрической формы и с переменным по длине поперечным сечением,получены методы расчета указанных средств.

остановлены эмпирические соотношения для определения диаметров регулировочных сопел,устанавливаемых на выходе горячего потока. Применение сопел является предпочтительным ввиду небольших сезонных колебаний температуры воздуха в шахтах и сложностей контроля температуры нагрева при плавном регулировании.

Реализация результатов исследований.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета режимных и конструктивных параметров устройства обогрева.Расчет производится с использованием полученных характеристик вихревых труб.'

При выполнении работы разработано 10 конструкций и модифи-.. каций устройств обогрева с расходами воздуха от 0,24 до 0,58. м^/мин для одно- и двухручних рукояток перфораторов моделей ' ПП50,ПП54 и ППбЗ,применимых при температурах воздуха в горных ,,.-' выработках до -20°С-.

В шахтных условиях испытаны экспериментальные образцы устройств обогрева на перфораторах ПР2ЬМВ и ППбЭВ и опытные образцы перфораторов ПП5032 и ПП50В1-01 с обогреваемыми рукоятками. Промышленные испытания экспериментальных"^ опытных образцов проводились на шахтах ПО "Кривбассруда" (г.Кривой Рог) при температурах воздуха в выработках +13 «■ +1б°С и" в ПО. "Лензолото" (г.Бодайбо) при температуре -б°С.Испытания показали,что устройства обогрева обеспечивает Требуемый нагрев держателей,удобны в эксплуатации и не ухудшапт показателей надежности перфораторов.

Ожидаемый экономический эффект от применения устройств - обо-

лн

'грева на перфораторах ПП63П1,1Ш63В2Л и ПП63С2Р составляет 326,3 тыс.руб. в ценах 1990 г.,а обобщенный показатель технического уровня и качества перфораторов возрастает до 1,012-1,025 за счет ' устранения потерь скорости оуреьия и увеличения допустимого времени эксплуатации в смену.,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена задача создания принципиально новой конструкции устройства обогрева рукоятки переносного пневматического перфоратора,не сникающего его производительности,в корой для нагрева держателей используется Еихревой эффект.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем:

I. Обоснована конструктивная схема устройства обогрева с совмещением камеры разделения вихревой труба и полости несущей трубы рукоятки перфоратора,обеспечивающая снижение потребляемого расхода сжатого воздуха в 1,5-2 раза по сравнению с автономной вихревой трубой.

4 2. Получены аналитические зависимости для стационарного и • нестационарного тепловых режимов работы устройства обогрева,позволяющие определить расход сжатого воздуха,температуру и время нагрева держателей с учетом конструктивных и теплофизических параметров рукоятки и внешних факторов.

3. Теоретический анализ и количественная оценка полученных аналитических зависимостей,подтвержденные результатами экспериментальных исследований,показали,что нггиболее существенное снижение потребляемого устройством обогрева расхода сжатого воздуха (в раза) к повышение температуры нагрева держателей V.--17-22°С) достигается применением держателей из материалов с большими величинами коэффициента теплопроводности,далее следует уменьшений . наружного диаметра V! длина держателей,дающее снижение расхода в 1,3-1,7 раза,а сокращение времени нагрева держателей

в 1,7-2,9 раза обеспечивается применением материалов с большими величинами коэффициента температуропроводности к уменьшением наружного диаметра.

4. Исходя из допустимого значения температуры «агреза рукояток ручных машин и критериев,ло которым установлена данная температура, получены аналитические зависимости и определены допустимые' температуры нагрева держателей рукоятки перфоратора с учетом использования защитных рукавиц в зависимости от толщины тканевого слоя,его теплофизичеекпх свойств и внешних факторов.

iS

5. Экспериментально определены оптимальные соотношения диаметра камеры разделения вихревой трубы и площади сечения con- -левого ввода,^обеспечивающие максимальные величины нагрева воздуха при малых долях горячего потока.Вихревые трубы с полученными соотношениями параметров д&ет возрастание величины эффекта нагрева воздуха на 18-19 К по сравнению'с трубами,у которых данные соотношения устанавливаются известными зависимостями.

6. Установлено,что распределение отосительной температуры нагрева стенки камеры разделения по относительной длине остается. постоянным при. изменении относительного сечения сопла.На основании данного результата разработаны и проверены экспериментально способы выравнивания температуры нагрева по длине держателей путем выбора их взаимного положения и установки в держателях вставок с отличающимися значениями коэффициента теплопроводности,получены методы расчета указанных средств^

7. Установлены эмпирические зависимости,связывающие величину диаметра канала,регулировочных сопел,применяемых для ступенчатого,регулирования температуры нагрева держателей,с режимом работы вихревой трубы и расходом сжатого воздуха.

8. Разработаны методика инженерного расчета устройств обогрева и промышленные образщГустройств для одноручных и двух-руч!^х рукояток переносных пневматических перфораторов серийного производства,которые могут эксплуатироваться при температурах воздуха в выработках до -20°С. .

9. Переданы в опытно-промышленнуь эксплуатацис на шахтах ПО "Кривбассруда" и "Лензолото" экспериментальные образцы уст- ' ройста обогрева.изготовлена экспериментальная партия устройств

в количестве 20 шт. для комбината "Хинганолово",прошли приемоч-,'"' ные испытания и рекомендованы к серийному производству опытнее образцы перфораторов ЛП50В2 и ПП50В1-01.Ожидаемый экономический эффект от внедрения перфораторов с устройствамиобогрева составляет 326,3 тыс.руб. в ценах 1990 г.Применение устройств повышает технический уровень перфораторовсчет увеличения скорости бурения и улучшения показателя вибробезопасности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Обогреваемая виброзащитная рукоятка для ручных пневматических перфораторов.-Горный журнал,1985,К 4,c¡, 48-51 (соавторы 1.М. Могилевский.А.Е. Борисанко,Й.В. Неймирко). '

2. А.с.998745 (СССР).Пневматический, молоток.-Всесоюзный научно-исследовательский и пр'оектно-конструкторский институт гор-

iC

■норудного машиностроения.-Заявл;07.09.81 * 3372616/22-03.0публ. в Б.И.,1983,£ 7.C.206 (соавторы Л.М. Могилевский.А.Е. Борисенко, ИЗ. - Неймирко).

3. iUc; III8765 (СССР).лневматический молоток.-Всесоюзный на-учно-йсследовательский и проектно-конструкторский институт горнорудного машиностроения.-Заявл.29.06.833611505/22-03.0публ. в Б.И.,1984,]ё 38,с.88 (соавторы Л.М. Могилевский.А.Е. Борисенко,

И.В. Неймирко).

4. A.c. 1239304 (СССР).Пневматический молоток.Всесоюзный'научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горнорудного машиностроения.-Заявл.19.12.84 £ 3829231/22-03.Опубл. в Б.И.,1986,Л 23,с.109 (соавтор Л.М. Могилевский).

5. A.c. 1268722 (СССР).Пневматический молоток.-Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горно- • рудного машиностроения.-Заявл.05.05.85 № 3893869/22-03.Опубл. в Б.И.,1986,)е 41,с.П7 (соавтор Л.М. Могилевский).

6. A.c. I6I3598 (СССР).Перфоратор.-Научно-производственное объединение самоходной горной техники "Кривородрудмаш".-Заявл. 28.12.88 & 4626815/23-03.Опубл. в Б.И.,1990,М 46,с.127,(соавторы Л.М. Могилевский,В.А. Скворчевская).

7. Исследование нестационарного теплового режима устройства ' обогрева рукоятки перфоратора.^.:1989.-19 с.-Рук. деп. в

ЦНИЙТЭИтяжмащ,)ё 418-тм89.

8. Теоретические и экспериментальные исследования устройства обогрева рукоятки на принципе вихревого эффекта для переносные пневматических перфораторов.-ii.: 198?.-24 с.-Рук.деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш.» 419-тм89.

9. Определение допустимых температур нагрева рукояток переносных пневматических перфораторов и виброопасных ручных машин при.использовании защитных рукавиц.-М.:1989.-12 c.-i^k. деп. в

' ЦНИИТЭИ«яжмаш,£ 420-тм89.

10. Регулирование вихревых труб с ВЗУ соплами постоянного . . расхода на выходе горячего потока.-М.:1991.-10 с.-Рук. деп. в

ЦНИИТЗйтяжмаш,ft 719ттм91.

11. Исследование процессов нагрева воздуха в вихревых трубах с ВЗУ при больших долйх холодного потока.-М.:1991.-9 с.

деп. в ЦНИИТЭИтяямаш,* 720-тм91.

12. Обеспечвние равномерности нагрева рукоятки переносного пневматического перфоратора с устройством обогрева на принципе вихревого эффекта.-M.:I99I.-15 c.-fyk. деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш, £721-*м91.

• • i7

13. Устройство обогрева рукояток переносных пневматических перфораторов.Информационный листок 91-019.-Запорожье:Запорожский ЦНТИ.1991.-4 с. -

Guz В.А.Raising a technical level of portable pneunatic perforators by using a vortical effect.

The thesis for a competition of a degree of the candidate of technical-sciences by the speciality 05.05.06-Iiinc Machines, •the Srivoy Bog Technical University,Krivoy Hog,1995. 8 scientific works end 5 author's certificats3 are being defended,they contain the results of theoretical and experimental investigations of the perforator handle heating device with the vortical tube as a heat source.There have been ascertained analytical and enpiricnl relations,ensuring the optimization of the device characteristics in air consumption,temperature, and holders heating time. Perforators' designs with heating devices are realized and tested in a i.-.ine environment.

Гузь Б.А.Повысение технического уровня переносных пневматических перфораторов путем использовании вихревого эффекта. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.©6-горные малины,Криворожский технический университет.Кривоя Рог,1995.

Зазнается 8 научных работ и 5 авторских свидетельств,которые содержат результаты теоретических и экспериментальных исследований устройства обогрева рукоятки перфоратора с вихревой трубой в качестве источника тепла» Устаког. лены аналитические и ом-'-лирические зависимости,обеспечившие оптимизации характеристик устройства по расходу воздуха,температуре и времени нагрева держателей.Реализованы и испытаны э шахтных условиях конструкции перфораторов с устройствами обогрева.

Kic40Bi слова:

перфоратор:! пнсвматичн1,об1гр1в рукояток,е?екг вихоровил,в1б-розахЕст.

/Я-

ггатсль J ¡¡Л/у-— Гуэь Б.А.

j POTO "Кривбасспроетгг" Захаэ 76 тираж ICD м:з.