автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Выбор рациональных параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом СДМ

Каманин Юрий Николаевич

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД УДАРНО-СКАЛЫВАЮЩИМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ СДМ

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел-2011

1 О ЫАР 2011

4840227

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный

комплекс»

на кафедре «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

УШАКОВ Леонид Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

САФРОНОВ Виктор Петрович

Ведущая организация: Саратовский государственный технический университет

Защита диссертации состоится « 25 » марта 2011 г. в 12 часов 30 минут на заседании диссертационного совета ДМ.212.182.07 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс»

по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс»

Отзывы на автореферат направлять в диссертационный совет.по адресу: 302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д. 29. Тел/факс: +7(4862)734351 E-mail: unpk@ostu.ru. oushakov2007@mail.ru

Автореферат разослан и опубликован на сайте www.ostu.ru « 16» февраля 2010 г.

кандидат технических наук, доцент ДАНИЛЕВИЧ Денис Владимирович

Ученый секретарь диссертационного совета

АЛ.Севостьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Планируемый двух кратный прирост объема добычи строительных материалов в РФ до 2025 г предусматривает, как одну из важнейших задач отрасли, интенсификацию процессов извлечения из недр природного камня, что, в свою очередь, требует совершенствования способов и создание средств эффективного разрушения скальных пород. Без успешного решения этой проблемы невозможно обеспечения высоких темпов промышленного и гражданского строительства в России. Ежегодная добыча природных строительных материалов в РФ на сегодняшний день оценивается объемом в 115 млн.куб.м.

Наиболее эффективным и высоко энерговооруженным способом отбойки пород от массива является буро-взрывной способ. Однако, ему присущ ряд негативных факторов: загрязнение окружающей среды, повышенная сейсмическая опасность (для близ расположенных строений и промышленных объектов и населенных пунктов), неоднородная структура отделяемых от массива пород (необходимость вторичного дробления негабаритов), общая опасность ведения взрывных работ и др., что часто ограничивает применение данного способа в конкретных условиях. Альтернативным способом разрушения крепких минеральных сред является ударный способ, реализуемый мощными гидравлическими молотами (гидроударниками), получившими в настоящее время большое распространение. Вместе с тем, область применения гидравлических молотов и рациональные режимы их эксплуатации остаются недостаточно изученными, особенно применительно к условиям разработки скальных и трещиноватых естественных и искусственных строительных материалов.

В настоящий момент отсутствуют машинные методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающим экономически целесообразную производительность. :

Актуальность работы состоит в обосновании целесообразности использования безвзрывного (механического) способа и определении рациональных параметров разрушения природных и искусственных материалов для увеличения объемов добычи скальных пород, покрывающих растущие потребности промышленности в строительных материалах.

Актуальность работы подтверждается участием автора в выполнении исследований по госбюджетной программе 1.6.05 - Минобразования РФ «Исследование нестационарных движений устойчивости сложных электро-гидро- пневмомеханических систем с внешними воздействиями в виде случайных процессов» (№ гос. регистрации 0120.0 504939, инв. №11 от 22.03.2008) и исследований по программе Проблемной НИЛ «Импульсные технологии».

Цель работы. Разработка методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающей снижение удельных энергозатрат и повышение производительности СДМ.

Идея работы. Заключается в интенсификации волновых процессов, генерируемых в массиве при ударе инструментом технологической машины, обеспечивающих повышение эффективности механического способа разрушения массива и снижение удельных энергозатрат.

Задачи исследования:

- обзор и анализ результатов исследований механизма ударного взаимодействия инструмента и обрабатываемой среды, разрушения минеральных сред импульсными механическими нагрузками применительно к различным условиям их реализации;

- разработка конечно-элементной математической модели и проведение исследований напряженно-деформированного состояния ударной системы технологической машины и разрушаемого массива скальных пород;

- разработка методики и проведение лабораторных исследований процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (рабочем инструменте) в зависимости от энергетических и конструктивных параметров ударной системы:

- проведение стендовых исследований по определению производительности и удельных энергозатрат на разрушение крепких минеральных сред и искусственных материалов ударно-скалывающим исполнительным органом;

- разработка методики расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред применительно к условиям добычи и переработки строительных материалов.

Методы исследований включают обобщение результатов исследований разрушения минеральных сред ударными нагрузками, математическое моделирование волновых процессов в ударной системе и массиве, экспериментальные исследования разрушения минеральных сред ударными нагрузками, стендовые исследования ударно-скалывающего исполнительного органа.

На защиту выносятся:

- конечно-элементная математическая модель, позволяющая анализировать влияние волновых процессов и определять параметры разрушения скальных пород ударными нагрузками;

- механизм формирования нестационарного поля напряжений в массиве и его влияние на эффективность разрушения массива в зависимости от параметров первичного импульса, генерируемого ударной системой;

- уравнение регрессии траектории трещины, позволяющее определить объем отколотого куска породы и проводить прогнозную оценку производительности и удельных затрат энергии на разрушение скальных пород;

- методика определения параметров ударной нагрузки в зависимости от прочностных свойств и технологических условий разрушения породы.

Достоверность научных положений, выносимых на защиту, выводов и рекомендаций обеспечивается применением классических теорий механики твёрдого тела и теории разрушения, а также корректным применением метода конечных элементов; достаточным объемом экспериментальных данных, полученных с использованием стандартных средств измерения; подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна.

- конечно-элементная математическая модель, базирующаяся на классических теориях механики твёрдого тела и теории разрушения и методах вычислительной техники позволяет рассматривать в совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах ударной системы и разрушаемом массиве и определять по линиям максимальных напряжений траекто-

рию прорастания объединяющей трещины как фактор разрушения материала;

- копровый ударный стенд, оснащенный оригинальным высокочастотным комплектом измерительно - регистрирующей аппаратуры, позволящий проводить исследования в широком диапазоне варьирования импульсов напряжений, генерируемых в элементах ударной системы, и подтвердить обоснованность уравнения регрессии, описывающей траекторию трещины в разрушаемом материале;

- методика расчета и выбора энергетических и конструктивных параметров ударно-скалывающего исполнительного органа на основе учета влияния волновых процессов позволяет производить прогнозную оценку производительности технологической машины и удельных энергозатрат на разрушение скальных пород.

Практическая ценность работы:

- методика расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред используется при проектировании ударно-скалывающего исполнительного органа технологической машины;

- результаты исследований используются в учебном процессе при проведении лабораторных работ, выполнении курсовых и дипломных проектов.

Реализация работы:

методика расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред и искусственных материалов, разработанная в ПНИЛ «Импульсные технологии» ОрелГТУ при личном участии автора диссертации принята ООО «Инновационный научно-технический центр «Орел-инжиниринг» для создания технологической машины по добыче строительных материалов.

Апробация работы. Результаты моделирования и экспериментальных исследований представлялись и докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ (2006-2010 гг), международных научных симпозиумах «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел, 2006 г., 2010г.), седьмой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GMBH (г. Москва, 2007 г.) и «Неделе горняка - 2009» в МГГУ (2009 г.). и

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей и тезисов докладов, в т.ч. 1 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 101 наименование, 2 приложений и содержит 129 страниц, в том числе 127 страницы основного текста, в котором 6 таблиц, 58 рисунков, и 2 страниц приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлена общая характеристика работы, включающая научную новизну и практическую ценность работы.

В первой главе выполнен обзор и анализ состояния вопроса, систематизирован опыт исследования процесса добычи скальных строительных материалов, проведен анализ используемых подходов для решения поставленной проблемы.

Добыча полезных ископаемых является одной из важнейших отраслей промышленности Российской Федерации. Значительную часть добываемых сырьевых ресурсов составляют каменные материалы: известняковые породы, песчаники, мраморы, граниты и др.

Строительные каменные материалы - обширная группа сырьевых ресурсов естественного происхождения. Различают каменные материалы: природные, получаемые из недр земли механической обработкой (иногда и без специальной обработки) горных пород и искусственные, производимые технологической переработкой исходного минерального сырья. Благодаря высоким строительным качествам (долговечности, прочности, морозостойкости и др.), распространённости и неограниченным запасам природного сырья, каменные материалы широко применяются в современном строительстве. Они являются основными строительными материалами для возведения жилых, общественных, промышленных зданий и различных инженерных сооружений.

Большой вклад в развитие механики твердого тела, изучение волновых процессов, разрушение природных и искусственных материалов, разработку и совершенствование машин для добычи и переработки полезных ископаемых строительных материалов внесли отечественные и зарубежные ученые: Алабужев П.М., Александров Е.В., Войцеховский Б.В., Ешуткин Д.Н., Герц Г., Гольдсмит В., Дворников JI.T., Кантович Л.И., Кичигин А.Ф., Коняшин Ю.Г., Красников Ю.Д., Лазуткин А.Г, Манжосов В.К., Мартюченко И.Г., Маттис А.Р., Морозов Е.М., Нордин В.В., Пуш-карев А.Е., Савин JI.A., Сафронов В.П., Сен-Венан А., Слепян Л.И., Соколинский В.Б., Ушаков Л.С., Федулов А.И., Чернышев В.И., Шрейнер Л.А., Эйгельс P.M., Ямщиков B.C. и др.

В результате выполненного обзора и анализа научных работ сделан вывод, что в настоящий момент отсутствуют машинные методики комплексного исследования напряженно-деформированного состояния инструмента и массива при ударном разрушении горных пород, что является сдерживающим фактором развития автоматизированных способов расчета и проектирования ударно-скалывающих исполнительных органов технологических машин. Современные вычислительные мощности позволяют проводить решение таких задач с высокой точностью и сравнительно небольшими затратами процессорного времени.

На основе проведенного обзора и анализа состояния вопроса, в соответствии с целью и идеей работы, поставлены задачи исследований.

Во второй главе представлена разработанная конечно-элементная математическая модель процесса последовательного соударения элементов ударной системы и массива скальной породы, которая позволяет проводить прогнозную оценку эффективности разрушения при ударном воздействии инструмента в основание уступа массива.

На рис. 1 представлены гидравлическое ударное устройство (гидромолот) в разрезе и эквивалентная ему расчетная схема, где по инструменту 2, длинной /2, опертому в массив 3 наносится удар массивным телом 1 (бойком) длинной /¡.

Для решения поставленной задачи о последовательном соударении элементов ударной системы «боек-волновод (инструмент)-массив» (Б-В-М) необходимо найти динамические поля напряжений в любой точке этой системы в каждый расчетный момент времени.

тттттт

Рис.1. Расчетная схема гидравлического ударного устройства: 1 - боек,

2 - инструмент, 3 - массив, 4 - корпус, 5 - золотниковый распределитель, 6 - пневмоаккумулятор.

Исходя из возможностей различных методов был выбран метод конечных элементов, позволяющий получить количественное решение исследуемой задачи. В качестве инструмента, при помощи которого использовался метод конечных элементов, был использован пакет программ Ansys/LS-Dyna, который хорошо себя зарекомендовал при проведении контактных динамических расчетов.

Для упрощения и сокращения времени расчета использовалась симметрия расчетной схемы относительно плоскости XZ (рис. 1), что позволило в дальнейшем вдвое уменьшить необходимое для расчета время.

Для разбиения расчетной схемы на конечные элементы был использован генератор сетки из конечных элементов SOLID 164. Это восьмиузловой объемный конечный элемент со следующими возможными модификациями, которые выбираются в зависимости от топологии сетки: шести узловой, пирамидальный и наиболее распространенной - тетраэдральной. В местах контакта для повышения точности расчета было проведено дополнительное измельчение сетки.

Упругая модель в динамической задаче подразумевает, что для описания материала необходимо знать следующие константы: модуль Юнга Е, коэффициент Пуассона [1 и плотность р.

В качестве расчетного варианта была принята среда из группы скальных строительных материалов (типа известняки, песчаники), физико-механические свойства которых варьируются в следующих пределах: модуль Юнга Ех = 0.5 -1010 -н12.51010 Па , коэффициент Пуассона /i, =0.15-^0.30, плотность рх = 20003000кг/м3, предел прочности на сжатие сг^, =10-^83МП и на растяжение арХ = 2 ч-8.1 МП . Для инструмента (волновода) и бойка приняты соответственно следующие параметры: Е23 = 2-10' МП

,ц2 з=0.3, р2,= 7800 кг/м' (сталь).

На рис. 6 показано разбиение системы (Б-В-М) на конечные элементы при помощи препроцессора ANSYS/Prepost. Контактное взаимодействие тел системы описывается при помощи модели «3-D Single Surface AutoGen'l Contact.

Решение было проведено при помощи специализированного для расчета динамических процессов решателя LS-Dyna. Расчетный период времени составил / = 5 • 10 4 с и временной шаг Д/ = 2-10~6с. Время полного расчета одной расчетной схемы составило около 25-ти минут.

Таким образом, применение пакета программ Ansys/LS-Dyna позволило создать расчетный блок математической модели для исследования напряженного состояния элементов ударной системы, посредством которой можно количественно оценивать напряженно-деформированное состояние в любой точке бойка, волновода или массива и делать прогнозную оценку траектории раскрытия трещины в исследуемой породе.

Механизм передачи энергии удара в массив отслеживался по изменению напряженно-деформированного состояния волновода (инструмента), как промежуточного элемента передаточного тракта для импульса, сформированного при соударении бойка и волновода. В результате проведенных исследований были построены графики импульсов напряжений ау для узлов, располагающихся в местах, соответствующих креплению тензодатчиков на инструменте в экспериментальном стенде КУС-2, что было необходимо для последующего сравнения расчетных результатов с экспериментальными данными (рис.3).

Рис.2. Конечно-элементная сетка системы Б-В-М

Рис. 3. Графики зависимости нормальных напряжений в волноводе (инструменте)

Как следует из полученных осциллограмм, профиль волны напряжений может быть определен с помощью математического выражения для «типового сигнала».

Исходя из известного закона динамики твердого тела, напряжения в волне определятся

а = рсу , (1)

где р - плотность материала, с - скорость фронта волны, V - скорость смещения частиц в массиве при ударе;

и «типового сигнала» имеем

Т ■ tgк / кх I

))

(У пах

б'шл/ к.

(2)

■,к=к + 1,

где Т- общая длительность полупериода волны сжатия, N =

сгтах - максимальное напряжение в волне сжатия, к = 1сп / 1И - параметр, характеризующий время спада /ся нагрузки от максимума до нуля ко времени его нарастания от нуля до максимального значения, получим: -импульс волны:

J

уд

= |<г(г>0<#, Зуд =

Трсг „

•бш—-ехр Т

т..

Т-18711н/Т

(3)

-удельную энергию волны:

1У =

О

рс

4 л

Таким образом, при описании импульса напряжений необходимо знать физико-механические константы разрушаемой породы: плотность, скорость фронта упругой волны и параметры сформированного в ударной системе импульса напряжений.

Для импульса, полученного при помощи конечно-разностной модели и представляющего эквивалент «типовому сигналу», удельную энергию можно вычислить по формуле:

Г

ч2

ЗЕ-05 8Е-05 0,00013 0,00018 0,00023 0,00028 0,00033 0,00038 Время, с

Рис. 4. Вид импульсов напряжений полученных посредством расчетов (1) и по формуле «типового сигнала» (2)

Руд.Л.^—Ы')

рс : О

Для сечения 1 (рис. 3) получаем следующие результаты:

И^уд = 0,125 Дж/м2 - по формуле (6) и данным с графика на рис. 4.; ^уд.А =0,139 Дж/м2 - по результатам численного интегрирования импульса. Разница между найденными значениями и УУу^д состави-

-700 -,

-600

£

=г -500

* -200

-100

.... ! .

1 Р||| 1 80мм

щ 1$

*......111(1111? ш

.......!.......я* т .1 |||||||||| ¡5мм

¡§5

О 1

10 11

ла 11,2%, что говорит об удовлетворительном совпадении полученных результатов.

Для определения зависимости напряжений в инструменте от скорости бойка была проведена серия вычислений с целью определения величины максимального напряжения сгх в ударном импульсе для каждого расчетного случая. Были проведены исследования для скоростей удара в диапазоне 2-10 м/с, полученные результаты приведены на рис. 5. Как следует из полученных результатов, напряжения в волноводе при заданных параметрах системы «Б-В-М» зависит линейно от предударной скорости бойка.

Для выбора рациональных параметров ударной системы были проведены исследования по определению формы и амплитуды ударного импульса в контрольных точках волновода в зависимости от длины и диаметра бойка (рис. 6).

4 5 6 7 Скорость бойка

Рис. 5. Изменение напряжений в инструменте в зависимости от скорости удара бойка по волноводу

Рис. 6. Изменение напряжения в инструменте в зависимости от длины и диаметра бойка

В рассматриваемой системе Б-В-М элемент «В» имеет двойное назначение: при ударе бойка по его свободному торцу - он представляет собой канал передачи волновой энергии в массив, а при взаимодействии противоположного (заостренного) торца с массивом скальной породы - реализует функции породоразрушающего инструмента. Двойственная функция волновода (инструмента) позволяет рассмат-

ривать процесс передачи волновой энергии и изменение напряженно - деформированного состояния разрушаемого массива как единый взаимообусловленный процесс функционирования ударно-скалывающего исполнительного органа технологической машины.

I На рис.7 показан механизм формирования нестационарного (волнового) поля

напряжений в массиве, где поля напряжений построены при помощи поверхностей (уровней) одинаковых напряжений.

Рис. 7. Формирование поля напряжений в твердом минеральном массиве под действием ударной нагрузки

Линии максимальных напряжений, построенные по точкам, полученных согласно следующему алгоритму:

- изоповерхности напряжения при пересечении с плоскостью симметрии системы образуют изолинии напряжений;

- на каждой из изолиний напряжений выбирается точка, максимально удаленная от места приложения нагрузки;

- при соединении полученных точек выстраивается искомая линия (траектория) прорастания трещины, которая аппроксимируется параболической функцией:

/(х) = -3,67 -10"3 х2 + 0,076л; +/г, (5)

где И - расстояние от места приложения нагрузки до свободной поверхности.

По результатам проведенных исследований было установлено, что:

форма импульса напряжений с достаточной точностью может быть описана с помощью математического выражения для «типового сигнала»;

- диаметр и длина бойка влияют на величину напряжений в волноводе, а, следовательно, и в массиве пропорционально соответствующему изменению его массы;

- максимальные напряжения в волноводе (инструменте) прямо пропорционально зависят от скорости удара бойка по волноводу;

- при ударе инструментом в уступ массива объединяющая трещина скола крупного элемента породы прорастает в расчетной зоне действия максимальных напряжений

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований по определению эффективности разрушения образцов скальных пород и искусственных материалов ударными нагрузками, а так же оценки сходимости теоретических исследований с данными физических экспериментов и установление корреляционных зависимостей между ними.

Для проведения экспериментальных исследований был разработан копровый стенд (КУС-2) (рис. 8), представляющий собой физическую модель ударной системы строительно-дорожной машины, и комплект измерительно-регистрирующей аппаратуры динамической тензометрии.

Рис.8. Общий вид и структурная схема копрового ударного стенда КУС-2

На рис. 9. показано сравнение экспериментальной зависимости максимальных напряжений, полученных методом динамической тензометрии в волноводе и данных полученных по методу конечных элементов.

О 123456789 10 Скорость бойка, м/с

Рис. 9. Зависимость между напряжениями в головном импульсе от скорости удара бойка, полученных из эксперимента и в результате расчетов по методу

конечных элементов

Сходимость результатов экспериментальных исследований с расчетными дан-

ными, определенными на основе разработанной математической модели, оценивалась по критерию Пирсона (%2 критерий).

Используя экспериментальные данные для у? , имеем ^=6,61. При числе измерений и = 4 число степеней свободы/= п-\ = 3 и уровне значимости р=0,95 критическое значение критерия хкр2=7,81.

Таким образом, получаем, что найденное экспериментальное значение х2 <ХкР2> следовательно, гипотеза о том, что экспериментальные данные описываются расчетной кривой при доверительной достоверности р=0,95 подтверждается.

В результате проведения

Рис.10. Результаты аппроксимации линии скола

экспериментов по разрушению скальных пород были получены характерные продукты скола, которые в целом подтверждают теоретически установленную траекторию прорастания трещины при ударе инструментом в «уступ забоя» (т.е при наличии близлежащей свободной поверхности).

Как следует из рис. 11 линия скола хорошо совпадает с линией максимальных напряжений а, что подтверждает адекватность математической модели физическому процессу разрушения строительных материалов.

Таким образом, установленный линейно-экспоненциальный закон прорастания

'ступ забоя обоснованно может быть использован для определения производительности и удельных энергозатрат на разрушение строительных материалов.

В 4-ой главе, используя определенную траекторию (5) линии скола скальной породы, находим объем разрушенной породы:

I

Ур =//|(-3,67 10"3л-2 + 0,076л + /г)Л. (6)

о

На основе ранее установленных и лично полученных зависимостей выражения для определения рационального соотношения масс бойка и инструмента /и,//я2 и напряжений в инструменте а2, позволяют

,, Г1 „ найти необходимую предударную скорость

Рис. 11. Наложение куска отколотой бойка для разрушения скальной породы:

породы на картину напряжений

+ 1,3—-1.15—-0,3^2 +0,8

Р..л А

0,2 —-0,1

где а2 - максимальное напряжение в инструменте, а2 - длина лезвия инструмента, тьт2- масса бойка и инструмента соответственно, Р№- контактное динамическое давление, ср2-угол заострения инструмента, И - толщина стружки, Кр -объем отколотой породы.

При найденных значениях т\/т2 и а2 находим значения удельной энергии, необходимой для рационального разрушения скального массива:

5 — И

1 п V ( V т2/

+ 3,4 т) + Ч

аг т. -15,6^-

А т2 И

в-^-^ + 3,3-—-р<„ , Дж/м3

2— + 9,6к>, + 14,1

На основе полученных зависимостей (7) - (9) построена поверхность, отражающая влияние исследуемых факторов (,т\1т2, сг2/Ркд) на удельную энергию разрушения (рис.13).

Таким образом, согласно графику (рис. 13) и зависимости (7) следует, что соотношение масс бойка и инструмента нелинейно влияет на объем отколотой скальной породы. Удельная энергия разрушения (8) имеет минимум, который локализуется в зависимости от конструктивных параметров ударной системы в зоне

<х, р

Рис. 13. Зависимость удельной энергии разрушения объема от безразмерных факторов 2,5<т\1т2<4, а интервал 0,3<О2//,кд<0,55 обеспечивает минимальные удельные энергозатраты на разрушение скальных пород.

Основные результаты диссертационной работы были использованы при проектировании колесного погрузчика с ударно-скалывающим исполнительным органом.

Рис. 14. Колесный погрузчик с уд р-но-скалывающим исполнительным органом

Основные выводы и результаты исследований

В диссертации работе решена актуальная научно-техническая задача по разработке методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающей снижение удельных энергозатрат и повышение производительности СДМ. Основные научные и практические результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований заключаются в следующем:

1. Установлена целесообразность широкого внедрения безвзрывного (механического) способа разрушения крепких минеральных сред для обеспечения экологически безопасных условий труда и увеличения объемов добычи скальных пород, что является важной фактором в удовлетворении растущих потребностей промышленности в строительных материалах.

2. Разработана конечно-элементная модель, позволяющая рассматривать в совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах ударной системы и разрушаемом массиве и определять траекторию прорастания объединяющей трещины по линиям максимальных напряжений, прогнозировать плоскость скола куска скальной горной породы, как фактора разрушения материала.

3. Разработана методика, спроектирован и изготовлен стенд «КУС-2» для проведения лабораторных исследований процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (инструменте) в зависимости от энергетических и конструктивных параметров ударной системы и статистической оценки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4. Сопоставление результатов теоретических исследований, проведенных на математической модели, и экспериментальных, полученных на стенде, показало их удовлетворительную сходимость (86...96 %), что свидетельствует о достоверном описании в математической модели динамических (волновых) процессов и их соответствии физическим явлениям разрушения скальных пород.

5. Определены интервальные оценки рациональных значений 2,5<т\1тг<4 и 0,3<сг2//>кц<0,55, которые обеспечивают наименьшие удельные энергозатраты на откол куска скальной породы и выражения для вычисления потребных энергетических и конструктивных параметров ударной системы в зависимости от свойств разрушаемой скальной породы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Издание из перечня ВАК:

1. Каманин, Ю.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния массива при разрушении пород ударно-скалывающим исполнительным органом / Ю.Н. Каманин, JI.C. Ушаков //Горное оборудование и электромеханика. - 2008. - №4. -С.40-43.

Научные статьи:

2. Каманин, Ю.Н. Исследование разрушения твердого минерального массива, находящегося под действием ударной нагрузки на основе ранее определенного нестационарного поля напряжений /Ю.Н. Каманин, Л.С. Ушаков //Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2010. -С. 297-300.

3. Каманин, Ю.Н. Моделирование откола куска породы при ударном нагружении минерального массива /Ю.Н. Каманин, Г.А. Белоусов //Мир транспорта и технологических машин 2009 - Орел: ОрелГТУ, 2009. - С. 65-68.

4. Каманин, Ю.Н. Распространение напряжений в массиве с уступом при приложении ударной нагрузки /Ю.Н. Каманин //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума - Орел: ОрелГТУ, 2006. - С. 174-177.

5. Каманин, Ю.Н. Применение пакета Ansys для исследования напряженно-деформированного состояния массива при ударном гагружении инструментом технологической машины /Ю.Н. Каманин //Сборник трудов седьмой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GMBH 23-24 мая 2007 г. -Москва: Полигон-пресс, 2007. - С. 258-263.

6. Каманин, Ю.Н. Экспериментальные исследования процесса соударения бойка и массива на стенде КУС-2 /Ю.Н. Каманин //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного научного симпозиума - Орел: ОрелГТУ,2010.-С. 64-69.

7. Каманин, Ю.Н. Исследование нестационарного поля напряжений при разрушении твердого массива, находящегося под действием ударной нагрузки /Ю.Н. Каманин, Ю.Е. Котылев, //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного научного симпозиума - Орел: ОрелГТУ, 2010. - С. 14-19.

8. Каманин, Ю.Н. Исследование напряженного состояния массива при ударе инструментом машины / Ю.Н. Каманин, JI.C. Ушаков //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума -Орел: ОрелГТУ, 2006. - С. 177-182.

9. Каманин, Ю.Н. Экспериментальный комплекс для проведения исследований гидравлических устройств ударного действия / Ю.Н. Каманин, Л.С. Ушаков, В.А. Борисенков, P.A. Ределин, Г.А. Белоусов //Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения: материалы международной научно-технической конференции (1-3 июня 2007 г., г. Самара) - Орел: ОрелГТУ, 2007. - С. 201-203.

10. Каманин, Ю.Н. Идентификатор гидравлических молотов (гидроударников) /Ю.Н. Каманин, Л.С. Ушаков, A.B. Щекочихин //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы IV международного научного симпозиума -Орел: ОрелГТУ, 2010. - С. 61-64.

11. Каманин, Ю.Н. Перспективы применения гидроударников в качестве рабочих органов технологических машин / Ю.Н. Каманин, Л.С. Ушаков, Н.Д. Фабричный //Мир транспорта и технологических машин. - 2010. - С. 128-132.

Подписано в печать 14.02.11, Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж ЮОэкз. Заказ № 77 «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29

Введение.

Глава 1 Постановка проблемы. Выбор и обоснование инструментария для исследования процессов, протекающих при ударном разрушении скальных пород.

1.1 Характеристика базовых минерально-сырьевых ресурсов и месторождений нерудных строительных материалов

России и Орловской области.

1.2 Анализ работ по исследованию напряженно-деформированного состояния, возникающего в зоне контакта твердых тел.

1.3 Исследование процесса передачи энергии и волновых процессов в твердых средах в работах российских и иностранных ученых.

1.4 Обзор трудов, посвященных разрушению твердых минеральных сред.

1.5 Исследование работ, посвященных разработке строительной технике.

Глава 2 Исследование напряженно-деформированного состояния ударной системы при импульсном нагружении инструментом строительно-дорожной машины.

2.1 Анализ и выбор инструментария для построения математической модели.

2.2 Основные матричные соотношения конечно-элементной формулировки контактной динамической задачи.

2.3 Создание конечно-элементной модели в пакете программ

А^УБ.

2.4 Механизм формирования импульса в инструменте технологической машины.

2.5 Энергетическая оценка волн напряжений, генерируемых

2.6 Исследование влияния динамических и геометрических параметров бойка на величину напряжений в инструменте.

2.7 Исследование напряженного состояния массива.

2.8 Исследование напряженного состояния в уступе массива в зависимости от свойств нагружаемой среды.

Глава 3 Экспериментальные исследования процесса разрушения строительных материалов на стенде КУС-2.

3.1 Задачи экспериментальных исследований.

3.2 Конструкция экспериментального стенда КУС-2.

3.3 Контроль и калибровка измерительной системы КУС-2.

3.4 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.5 Результаты обработки экспериментальных данных.

3.6 Исследование формы продуктов скола.

Глава 4 Методика выбора рациональных параметров гидравлического ударного устройства.

Актуальность. Планируемый двукратный прирост объема добычи строительных материалов в Российской Федерации до 2025 г. предусматривает, как одну из важнейших задач отрасли, интенсификацию процессов извлечения из недр природного камня, что, в свою очередь, требует совершенствования способов и создание средств эффективного разрушения скальных пород. Без успешного решения этой проблемы невозможно обеспечения высоких темпов промышленного и гражданского строительства в России. Ежегодная добыча природных строительных материалов в Российской Федерации на сегодняшний день оценивается объемом в 115 млн. м3 [69].

Наиболее эффективным и высоко энерговооруженным способом отбойки пород от массива является буро-взрывной способ [23]. Однако, ему присущ ряд негативных факторов: загрязнение окружающей среды, повышенная сейсмическая опасность (для близко расположенных строений и промышленных объектов и населенных пунктов), неоднородная структура отделяемых от массива пород (необходимость вторичного дробления негабаритов), общая опасность ведения взрывных работ и др., что часто ограничивает применение данного способа в конкретных условиях. Альтернативным способом разрушения крепких минеральных сред является ударный способ, реализуемый мощными гидравлическими молотами (гидроударниками), получившими в настоящее время большое распространение [89]. Вместе с тем, область применения гидравлических молотов и рациональные режимы их эксплуатации остаются недостаточно изученными, особенно применительно к условиям разработки скальных и трещиноватых естественных и искусственных строительных материалов.

В настоящий момент отсутствуют машинные методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающим экономически целесообразную производительность.

Актуальность работы состоит в обосновании целесообразности использования безвзрывного (механического) способа и определении рациональных параметров разрушения природных и искусственных материалов для увеличения объемов добычи скальных пород, покрывающих растущие потребности промышленности в строительных материалах.

Актуальность работы подтверждается участием автора в выполнении исследований по госбюджетной программе 1.6.05 - Минобразования РФ «Исследование нестационарных движений устойчивости сложных элек-тро-гидро- пневмомеханических систем с внешними воздействиями в виде случайных процессов» (№ гос. регистрации 0120.0 504939, инв. №11 от 22.03.2008) и исследований по программе Проблемной НИЛ «Импульсные технологии».

Цель работы. Разработка методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающей снижение удельных энергозатрат и повышение производительности СДМ.

Идея работы. Заключается в интенсификации волновых процессов, генерируемых в массиве при ударе инструментом технологической машины, обеспечивающих повышение эффективности механического способа разрушения массива и снижение удельных энергозатрат.

Задачи исследования:

- обзор и анализ результатов исследований механизма ударного взаимодействия инструмента и обрабатываемой среды, разрушения минеральных сред импульсными механическими нагрузками применительно к различным условиям их реализации; разработка конечно-элементной математической модели и проведение исследований напряженно-деформированного состояния ударной системы технологической машины и разрушаемого массива скальных пород;

- разработка методики и проведение лабораторных исследований процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (рабочем-инструменте) в зависимости от энергетических и конструктивных параметров ударной системы;

- проведение стендовых исследований по определению производительности и удельных энергозатрат на разрушение крепких минеральных сред и искусственных материалов ударно-скалывающим исполнительным органом; разработка методики расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред применительно к условиям добычи и переработки строительных материалов.

Методы исследований включают обобщение результатов исследований разрушения минеральных сред ударными нагрузками, математическое моделирование волновых процессов в ударной системе и массиве, экспериментальные исследования разрушения минеральных сред ударными нагрузками, стендовые исследования ударно-скалывающего исполнительного органа.

На защиту выносятся: конечно-элементная математическая модель, позволяющая анализировать влияние волновых процессов и определять параметры разрушения скальных пород ударными нагрузками;

- механизм формирования нестационарного поля напряжений в массиве и его влияние на эффективность разрушения массива в зависимости от параметров первичного импульса, генерируемого ударной системой; уравнение регрессии траектории трещины, позволяющее определить объем отколотого куска породы и проводить прогнозную оценку производительности и удельных затрат энергии на разрушение скальных пород;

- методика определения параметров ударной нагрузки в зависимости от прочностных свойств и технологических условий разрушения породы.

Достоверность научных положений, выносимых на защиту, выводов и рекомендаций обеспечивается применением классических теорий механики твёрдого тела и теории разрушения, а также корректным применением метода конечных элементов; достаточным объемом экспериментальных данных, полученных с использованием стандартных средств измерения; подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна.

- конечно-элементная математическая модель, базирующаяся на классических теориях механики твёрдого тела и теории разрушения и методах вычислительной техники позволяет рассматривать в совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах ударной системы и разрушаемом массиве и определять по линиям максимальных напряжений траекторию прорастания объединяющей трещины как фактор, разрушения материала;

- копровый ударный стенд, оснащенный оригинальным комплектом высокочастотной измерительно-регистрирующей аппаратуры, позволяющей проводить исследования в широком диапазоне варьирования импульсов напряжений, генерируемых в элементах ударной системы, и подтвердить обоснованность уравнения регрессии, описывающей траекторию трещины в разрушаемом материале;

- методика расчета и выбора энергетических и конструктивных параметров ударно-скалывающего исполнительного органа на основе учета влияния волновых процессов позволяет производить прогнозную оценку производительности технологической машины и удельных энергозатрат на разрушение скальных пород.

Практическая ценность работы: методика расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред используется при проектировании ударно-скалывающего исполнительного органа технологической машины;

- результаты исследований используются в учебном процессе при проведении лабораторных работ, выполнении курсовых и дипломных проектов.

Реализация работы: методика расчета и выбора рациональных параметров разрушения крепких минеральных сред и искусственных материалов, разработанная в ПНИЛ «Импульсные технологии» ОрелГТУ при личном участии автора диссертации принята ООО «Инновационный научно-технический центр «Орел-инжиниринг» для создания технологической машины по добыче строительных материалов.

Апробация работы. Результаты моделирования и экспериментальных исследований представлялись и докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ (2006-2010 гг), международных научных симпозиумах «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел, 2006 г., 2010г.), седьмой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GMBH (г. Москва, 2007 г.) и «Неделе горняка - 2009» в МГГУ (2009 г.>

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей и тезисов докладов, в том числе одна в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источнико из 99 наименований, 3 приложений и содержит 133 страницы, в том числе 127 страниц основного текста, в котором 6 таблиц, 58 рисунков, и 6 страниц приложений.

Выводы по главе 4:

1. Получено выражение для определения объема отколотого куска породы в зависимости от места приложения нагрузки;

2. Определено выражение для нахождения рационального соотношения масс бойка и инструмента и напряжения в инструменте;

3. Определены интервалы значений 2,5<га1/га2<4и 0,3<<Т2//5Кд<0,55, которые обеспечивают наименьшие удельные энергозатраты на откол куска скальной породы.

4. Построена таблица параметров ударно-скалывающего исполнительного органа СДМ, позволяющих рационально использовать энергию расходуемую на разрушение скальных пород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации работе решена актуальная научно-техническая задача по разработке методики расчета и выбора параметров разрушения скальных пород ударно-скалывающим исполнительным органом, обеспечивающей снижение удельных энергозатрат и повышение производительности СДМ. Основные научные и практические результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований заключаются в следующем:

1. Установлена целесообразность широкого внедрения безвзрывного (механического) способа разрушения крепких минеральных сред для обеспечения экологически безопасных условий труда и увеличения объемов добычи скальных пород, что является важной фактором в удовлетворении растущих потребностей промышленности в строительных материалах.

2. Разработана конечно-элементная модель, позволяющая рассматривать в совокупности процессы генерирования волн напряжений в элементах . ударной системы и разрушаемом массиве и определять траекторию прорастания объединяющей трещины по линиям максимальных напряжений, прогнозировать плоскость скола куска скальной горной породы, как фактора разрушения материала.

3. Разработана методика, спроектирован и изготовлен стенд «КУС-2» для проведения лабораторных исследований процессов формирования импульсов напряжений в волноводе (инструменте) в зависимости от энергетических и конструктивных параметров ударной системы и статистической оценки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4. Сопоставление результатов теоретических исследований, проведенных на математической модели, и экспериментальных, полученных на стенде, показало их удовлетворительную сходимость (86.96 %), что свидетельствует о достоверном описании в математической модели динамических (волновых) процессов и их соответствии физическим явлениям разрушения скальных пород.

5. Определены интервальные оценки рациональных значений соотношения масс бойка и инструмента 2,5<т\/т2<4 и напряжения в инструменте к контактной динамической прочности массива 0,3<<т2//>кд<0,55, которые обеспечивают наименьшие удельные энергозатраты на откол куска скальной породы и выражения для вычисления потребных энергетических и конструктивных параметров ударной системы в зависимости от свойств разрушаемой скальной породы.

1. Fairhurst, С. Mine & quarry engineering / Fairhurst С. March-April, 1961.- 169-178 С.

2. Jonson, G.R. Tree-dimensional computer code for dynamic respons of solid to intense impulsive loads /G.R. Johnson, D.D. Colby, D.J. Vavrick. //Int. J. Num. Met. Eng. 1979. -Vol. 14. - C. 1865-1871.

3. Kolednik, O. On the physical nature of the crack growth resistance / O. Kolednik. //Tagungsber. Math Forshungsinst. 1994. №33. - C. 8.

4. Xinyou, W. Equivalent crack fracture model of guasibrittle materials /Wang Xinyou, Wu Keru. //I.Dalian Univ.Technol. 1997. №4. - C. 37.

5. Алабужев, П.М. Введение в теорию удара / П. М. Алабужев, Б. Н. Стихановский, И. Я. Шпигелъбурд. Новосибирск: НЭТИ, 1970. - 158 С.

6. Александров, Е.В. Исследование процесса ударного взаимодействия горной породы и инструмента / Е.В. Александров, В.Б. Соколинский. -М: ИГД.им. А.А. Скочинского, 1964. 129 С.

7. Александров, Е.В. Прикладная теория соударения стержней с торцами-произвольной формы. Научный доклад. / Е.В. Александров М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1965. - 26 С.

8. Александров, Е.В., Соколинский, В.Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем / Е.В. Александров, В.Б. Соколинский М: Наука, 1969.-201 С.

9. Алексеева, Т.А. Траектории выхода трещин на свободную поверхность / Т.А. Алексеева, П.А. Мартынюк. //ФТПРПИ №2. 1991-№2. - С. 47-52.

10. Алимов, О.Д. Удар. Распространение волн деформаций в ударных системах / О. Д. Алимов ,В. К. Манжосов, В.Э. Еремьянц М: Наука, 1985.-360 С.

11. Бабенков, И.С. Исследование взаимодействия бурового инструмента и породы методом фотоупроугости / И.С. Бабенков, К.И. Иванов, Г.Л. Хесин. М: Недра, 1970. - 128 С.

12. Байдюк, Б.В. Механизм деформации и разрушения горных пород при вдавливании штампа /Б.В. Байдюк, H.H. Павлова //Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое использование М.: ВНИИ ОЭНТ, 1966. - С. 15-31.

13. Барон, Л.И. Методика испытаний горных пород на контактную прочность / Барон Л.И., Глатман Л.Б. М.: ИГД им. Скочинского, 1961. -156 С.

14. Барон, Л.И. Научные основы рациональных режимов разрушения горных пород механическми спсобами при динамческом приложении нагрузок. Краткий научный отчет. / Л.И. Барон, Ю.Г. Коняшин. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1962. - 112 С.

15. Барон, Л.И. Проблема оценки сопротивляемости горных пород разрушению механическими способами / Л.И. Барон. М.: Изд-во АН СССР, 1962.-235 С.

16. Барон, Л.И. Контактная прочность горных пород / Барон Л.И., Глатман Л.Б. М.: Недра, 1966.- 184 С.

17. Басов, К.А. Ansys в примерах и задачах / К.А. Басов. М.:. КомпьютерПресс, 2002. - 224 С.

18. Бате, К.Ю. Численные методы анализа и метод конечных элементов. / К.Ю. Бате, Э.А. Вильсон. М.: Стройиздат, 1982. - 448 С.

19. Берон, А.И. Резание угля / А.И. Берон. М.: Госгортехиздат, 1962. -439 С.

20. Бобряков, А.П. Определение энергозатрат при ударном раскалывании твердых тел /А.П. Бобряков, Г.Н. Покровский, Б.Н. Серпенинов //Вопросы механизма разрушения горных пород Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1974.-С. 115-122.

21. Бобряков, А.П. О механизме разрушения образцов конечных размеров ударниками клиновидной формы /А.П. Бобряков, J1.C. Дудоладов, В.В. Смирнов //Вопросы механизма разрушения горных пород Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1976. - С. 45-61.

22. Войтенко, Ю.И. О времени задржки старта трещины разрыва при динамическом нагружении неметаллических материалов /Ю.И. Войтенко. //Проблемы прочности. 1997. №1. - С. 133.

23. Войцеховский, Б.В. Разрушение крепких горных пород ударами высокой энергии при проходке и бурении / Б.В. Войцеховский, Ф.Ф. Войцеховская. Новосибирск: Наука, 1992. - 110 С.

24. Герц, Г. Принципы механики, изложенные в новой связи / Г. Герц. М: АН СССР, 1959.-387 С.

25. Глебовский, П.А. Кинетическая трактовка структурно-временного критерия разрушения /П.А. Глебовский, Ю.В. Петров //Физика твердого тела. 2004. - т. 46, вып. 6. - С. 1021-1024.

26. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая.статистика / В.Е. Гмурман. Москва: Высшая школа, 2003.-479 С.

27. Голубинцев, О.Н. Механические и абразивные свойства горных пород и их буримость / О.Н. Голубинцев. М.: Недра, 1968. - 198 С.

28. Гольдсмит, В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел / В. Гольдсмит. М: Стройиздат, 1965. - 448 С.

29. Горбунов, В.Ф. Гидравлические отбойные и бурильные молотки / В.Ф. Горбунов, Д.Н. Ешуткин, Г.Г. Пивень, Г.С. Тен. Новосибирск: Изд-во ИГД СО АН ССР, 1983.-93 С.

30. Гришин, A.C. К вопросу разрушения твердого тела /A.C. Гришин //Тр.120

31. ВНИИБТ. Вып.1: Соверешнствование техники и технологии бурения М: Гостоптехиздат, 1958. - С. 131-133.

32. Дворников, JI.T. Продольный удар полукатеноидальным бойком: Моногр. / JI.T. Дворников, И.А. Жуков Новокузнецк: СибГИУ, 2006. -80 С.

33. Дворников, JI.T. Синтез геометрии бойков ударных механизмов посредством графоаналитического метода /Л.Т. Дворников, И.А. Жуков //Ударно-вибрационные системы, машины и технологии: Материалы III международ, науч. симп. Орел: ОрелГТУ, 2006. - С. 35-41.

34. Дементьев, А.Д. Разрушение упруго-хрупких тел сосредоточенными нагрузками / А.Д. Деменьтев. Новосибирск, 2000. - 199 С.

35. Джонсон, Г.Р. Динамическое поведение осесимметричных тел под действием удара и вращения /Г.Р. Джонсон. //Ракетная техника и космонавтика. 1979. -Т.17. №9. - С. 58-64.

36. Ефимов, В.П. О траектории выхода трещин на свободную поверхность при расклинивании /В.П. Ефимов, П.А. Мартынюк, E.H. Шер. //ПМТФ. -1995. №6.-С. 32-41.

37. Ефимов, В.П. Простой метод определения трещиностойкости хрупких материалов расклиниванием компактного образца /В.П. Ефимов, Шер E.H. //ФТПРПИ. 1996. №1. - С. 12-19.

38. Закаблуковский, Н.Г. К рациональной схеме приложения ударной нагрузки при бурении /Н.Г. Закаблуковский, Г.Н. Покровский. //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1970. - №2. -С. 114-117.

39. Захаров, Е.И. Дорожные машины и производственная база,121строительства / Е.И. Захаров, В.А. Романов, А.Е. Пушкарев, К.А. Головин. Тула: Издательство ТулГУ, 2008. - 324 С.

40. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975. - 541 С.

41. Иванов, А.Г. Откол в квазиакустическом приближении. /А.Г. Иванов //Физика горения и взрыва. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1975. - С. 475.

42. Иванов, К.И. Забойные процессы и энергоемкость разрушения горных пород при бурении. /К.И. Иванов, В.Д. Андреев //Сб. "Взрывное дело" №46/13. 1964. - С. 136-144.

43. Ильницакая, Е.И. Свойства горных пород и методы их определения / Е.И. Ильницакая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин , М.Ф. Кунтыш М: Недра, 1969. - 392 С.

44. Иляхин, A.B. Исследование влияния параметров соударяющихся элементов погружных пневмоударникоов на эфективность бурения горных пород: дис. . канд. техн. наук / A.B. Иляхин М.: МГИ, 1968. - 163 С.

45. Кантович, Л.И. Горные машины / Л.И. Кантович, В.Н. Гетопанов М: Недра, 1989.-304 С.

46. Каплун, А.Б. Ansys в руках инженера / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 С.

47. Кашаев, В.А. Двухканальный измеритель параметров удара ДИПУ-2004. Пасспорт. / В.А. Кашаев, Ю.Б. Волковой. Москва: Удар-Маш, 2004. - 13 С.

48. Кильчевский, H.A. Теория соударений твердых тел / H.A. Кильчевский. Киев: Наукова думка, 1969. - 255 С.

49. Кичигин, А.Ф. Аналитические исследования механизма разрушения горных пород на основе гипотезы контуров /А.Ф. Кичигин //Вопросы горного дела. Сб. Трудов КПТИ. Караганда: КПТИ, 1965. - С. 51-56.

50. Кичигин, А.Ф. Единая классификация форм отделения горной породы различными механическими способами /А.Ф. Кичигин. //Вопросы горного дела. 1965. Вып. 5. - С. 270-273.

51. Кичигин, А.Ф. Изыскания эффективных способов еханического разрушения горных пород применеительно к некторым исполнительным органами очистных и проходческих комбайнов: автореф. дисс. д-ра техн. наук / А.Ф. Кичигин. Днепропетровск, 1967. - 47 С.

52. Константинов, Л.П. Экспериментальные исследования механизма разрушения /Л.П. Константинов //Разрушение горных пород: Тр. ВНИИБТ. Вып.ХХ. - М.: Недра, 1968. - С. 60-71.

53. Коршунов, А.Н. Разрушение подмосковного ископаемого угля при динамическом воздействии инструмента горной машины: дис. . канд. техн. наук /А.Н. Коршунов М.: Изд-во МГИ, 1958.-286 С.

54. Красников, Ю.Д. Статико-динамическое рыхление породных массивов /Ю.Д. Красников //Ударно-вибрационные машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума Орел: 2006. -С. 134-139.

55. Кузьминых, А.А. Напряжения в полупространстве при действии контактного давления на граничной плоскости. /А.А. Кузьминых, Р.Г. Якупов. //Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. - №1. - С. 31-33.

56. Кутузов, Б.Н. Разрушение горных пород / Кутузов Б.Н. М.: МИРГЭМ, 1961.-94 С.

57. Лазуткин, А.Г. Создание и внедрение гидравлических ударных машин /А.Г. Лазуткин //Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Материалы международ, науч. симп. Орел: ОрелГТУ, 2000. - С. 28-31.

58. Логинов, В.Н. Электрические измерения механических величин / В.Н. Логинов. Москва: Энергия, 1976. - 104 С.

59. Манжосов, В.К. Модели продольного удара / В. К. Манжосов. -Ульяновск: УлГТУ, 2006. 159 С.

60. Маттис, А.Р. Перспективы применения гидропривода в экскаваторныхковшах активного действия /А.Р. Маттис, В.Н. Лабутин ,И.В. Мезенцев

61. Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного123действия: Материалы международ, науч. симп Орел: ОрелГТУ, 200. -С. 136-142.

62. Мельников, Н.В. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, М.М. Протодьяконов. Москва: Недра, 1975.-279 С.

63. Молчанов, В.И. К выбору исходных параметров бурильных машин вибрационно-вращательного действия /В.И. Молчанов, В.М. Матросов. //Разведка и охрана недр. 1959. - №2. - С. 25-30.

64. Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения / Е.М. Морозов, М.В. Зернин М: Машиностроение, 1999. - 544 С.

65. Муйземнек, А.Ю. Математическое моделирование процессов удара и взрыва в программе LS-DYNA: учебное пособие. / А.Ю. Муйземнек, A.A. Богач. Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2005.

66. Недорезов, И.А. Резание и ударное разрушения грунтов /И.А. Недорезов, Д:И. Федоров, А.И. Федулов, Ю.М. Хамчуков -Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1965. 133 С.

67. Никифоровский, B.C. О модели хрупкой среды в задачах механики горных пород /B.C. Никифоровский //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых Новосибирск: Недра, 19721 - С. 24-33.

68. Николайчук, В.Ф. Отечественные нерудные материалы /В.Ф. Николайчук. //Деловая слава России. 2008. - С. 114-117.

69. Панасюк, В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов / В.В. Панасюк. Киев: Наук, думка, 1991. - 415 С.

70. Парийский, Ю.М. К вопросу о разрушении горых пород при бурени /Ю.М. Парийский. //Зап. ЛГИ. 1961. - Т. XLI, вып.2. - С. 69-79.

71. Партон, В.З. Динамическая механика разрушения / В.З. Партон, В.Г. Борисковский. М.: Машиностроение, 1985. - 264 С.

72. Партон, В.З. Динамика хрупкого разрушения / В.З. Партон, В.Г. Борисковский. М.: Машиностроение, 1988. - 240 С.

73. Партон, В.З., Морозов, Е.М. Механика упруго-пластического124разрушения / В.З. Партон, Е.М. Морозов. М: Наука, 1974. - 416 С.

74. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел: курс лекций. / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. СПб: Профессия, 2002. - 320 С.

75. Петров, Ю.В. Прогнозирование динамической трещиностойкости конструкционных материалов на примере разрушения авиационного сплава при ударно воздействии /Ю.В. Петров, Е.В. Ситникова //Журнал технической физики. 2004. - Том 74, вып. 1. - С. 58-70.

76. Розанов, Ю.А. Исследование структурных изменений в породе при вдавливании штампа в условиях всестороннего сжатия /Ю.А. Розанов, Ю.Я. Эстрин //Разрушение горных пород: Тр. ВНИИБТ. Вып.ХХ. - М.: Недра, 1968.-С.

77. Романов, В.А. Механическое оборудование карьеров / В.А. Романов, В.П. Сафронов, В.П. Полежаев Тула: Издательство ТулГУ, 2007. - 458 С.

78. Сафронов, В.П. Технология и комплексы оборудования выемки природных естественных отдельностей (блоков) из массива карбонатных пород: Дис. . д-ра техн. наук / В.П. Сафронов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002.

79. Слепян, Л.И. Нестационарные упругие волны / Л.И. Слепян. -Ленинград: Судостроение, 1972. 376 С.

80. Слепян, Л.И. Теория трещин / Л.И. Слепян, Л.В. Троянкина Л: Судостроение, 1976. - 43 С.

81. Смирнов, В.В. Исследование механизма разрушения горных пород при ударе /В.В., Смирнов //ФТПРПИ. 1968. - №4. - С. 39-46.

82. Стихановский, Б.Н. Коэффициент восстановления скорости при ударе

83. Б.Н. Стихановский //Динамика систем, механизмов и машин : материалы 7125

84. Междунар. науч.-техн. конф., 10-12 ноября Омск: ОмГТУ, 2009. - кн. 2. -С. 47-50.

85. Ушаков, JI.C. Научные основы разработки и создания ударно-скалывающих исполнительных органов горнопроходческих машин: Дисс. . докт. техн. наук. / JI.C. Ушаков Караганда: Изд-во КарПТИ, 1988. - 322 С.

86. Ушаков, JI.C. Гидравлические машины ударного действия / JI.C. Ушаков, Ю.Е. Котылев, В.А. Кравченко. Москва: Машиностроение, 2000.- 415 С.

87. Ушаков, JI.C. Проблемы исследования и создания импульсных приводов и ударных машин /JI.C. Ушаков, Ю.Е. Котылев //Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Материалы международ, науч. симп. Орел: ОрелГТУ, 2000. - С. 10-17.

88. Ушаков, JI.C. Импульсные технологии и гидравлические ударные механизмы: учебное пособие для вузов / Л.С. Ушаков Орел: ОрелГТУ, 2009. - 250 С.

89. Ушаков, JI.C. Перспективы применения гидроударников в качестве рабочих органов технологических машин /JI.C. Ушаков, Ю.Н. Каманин, Н.Д. Фабричный //Мир транспорта и технологических машин. 2010. -С. 128-132.

90. Гидравлическое устройство ударного действия: а.с. № 699167 / JI.C. Ушаков, В.А. Кравченко и др.

91. Федулов, А.И. Ударное дробление крепких материалов /А. И. Федулов, Р. А. Иванов. //Механизация строительства. 2005. - №1. - С. 7-9.

92. Ханукаев, А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород / А.Н. Ханукаев. М.: Госгортехиздат, 1962. - 200 С.

93. Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г.П. Черепанов. М: Наука, 1974.-640 С.

94. Чигарев А.В, К.А.С. ANSYS для инженеров: Справ. Пособие / А.В. Чигарев, А.С. Кравчук. М: Машиностроение, 2004. - 512 С.

95. Эдельштейн, Е.И., Эйгелес P.M. О разрушении горных пород давлением126

96. Е.И. Эдельштейн, P.M. Эйгелес //Св.2.: Исследование по упругости и пластичности Л: Изд-во Ленингр. ун-та, 1963. - С. 132-152.

97. Эйгельс, P.M. О направлении исследований по усовершенствованию процесса разуршения горных пород при бурении /P.C. Эйгельс //Тр. ВНИИБТ. Вып. VI: Породоразрушающий инструмент для бурения. М: Гостоптехиздат, - С. 3-16.

98. Эйгельс, P.M. Напряженное состояние породы под штампом в условиях высокого всестороннего сжатия /P.M. Эйгельс //Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое использование М: ВНИИ ОЭНТ, 1966. - С. 64-73.

99. Эйгельс, P.M. Упругое распределение напряжений в породе при вдавливании инструмента /P.M. Эйгельс //Разрушение горных пород: Тр. ВНИИБТ. Вып.ХХ. - М.: Недра, 1968. - С. 34-49.

100. Ямщиков, B.C. Волновые процессы в массиве горных пород /B.C. Ямщиков М: Недра, 1974. - 271 С.

101. УТВЕРЖДАЮ Проректор ло научной работе ОрелГТУ д.т.н. проф. Ю.С. Степанов «» ^ « ^ 2010

102. УТВЕРЖДАЮ З^е^титель директора ЯР ООО^А ГГЦ «бре/1-1 Инжиниринг» ^т А» Р.В. Масалов 2010 г.1. МЕТОДИКАисследовании разрушения скальных пород на основе конечно-элементной математической модели

103. Методика разработана: от ПНИЛ «Импульсныетехнологии» ОрелГТУ

104. Ведущий конструктор ПНИЛ, к.т.н. ^Згв^^э В.А. Кравченко1. Р.А. Ределнн1. Ведущий инженер, к.т.н.1. Ведущий инженер ПНИЛ1. Ю.Н. Каманин

105. Методика принята для проектировании: от ООО «ИИ ГЦ «Орел-Инжиниринг»1. Главныйтруктор '-/^ Л-А. Юрьев1. Ведущий специалист1. Г.А. Белоусов1. Орел-2010

106. Основание: приказ по ЗАО «Орел-Погрузчик» №3/7Л ОТ .в аиуА^ЬЯ2007 г.

107. Технический директор ЗАО "Оре.^Ьгрузчик"1. Д.В. Комаров

108. Главный конструктор ЗАО "Орел-Погрузчик"1. А.В. Григорьев

109. Заведующий ПНИ Л "Импульсные технологии"

110. Программа и методика заводских испытаний ударно-скалывающего исполнительного органа мобильной машины (погрузчика)1. Орел 2007

111. УТВНРЖДЛК 1 Цшеральный ;i 'wf"4V'-ÎIoi1. ПРОТОКОЛзаводских испытании ударно-скалывающего исполнительного органа колесного погрузчика ПК-3301

112. В результате проведенных испытании комиссия установила еле;:; :.

113. Гидроударник мод. 2944 и навесное устройство ИГУ-01 иною; соответствии с конструкторской документацией.

114. Гидравлическая схема гидроударника является работоспособна печивзет требуемые параметры и автоматическое отключение при отс> i , такта инструмента с обрабатываемым материалом.

115. Металлоемкость гидроударника (отношение массы к .шергии ) ставляет 0,18, что соответствует современному уровню требовании к м; ударного действия.

116. Уровень звукового давления, зв> ка и вибрации не представляв ; сти для оператора мобильной машины (фронтального потру тика).

117. В процессе проведенных испытании были устаноазены следую:: ходные параметры гидроударника (таблица I, рисунок I ).

118. Габдина I Выходные параметры гидроударника мод. 2944

119. Марамп ры насосной установки

120. Число оборотов двигателя базовой машины. об/мин Расход. Л МИН Давление, мш500 56 8.5750 84 101000 112 121500 168 14.52200 . 246.4 —---3 161. Параметры гидроударника1. Расчетные1. Энергия удара. Дж1250 1500 1700 2000 22001. Частота ударов. уд/мин

121. Эксперимента I ьн ые Энергия 11 улара, Дж ров. у. I м,11. Т.1050 1270 1585 17531955305 «<>«420• ; ы 5

122. Рисунок 1 Основные положения рабочего инструмента (гндроударника) нафронтального погрузчика ПК-3301

123. Обработка результатов измерений и предоставление информации.

124. Обработка результатов инструментальных измерении должна проводиться на основе методов математической статистики с оценкойдостоверности полученных результатов.

125. Полученная информация сводится в таблицы» по которым строятся графики зависимостей, материал поясняется текстом с приложением характерных осциллограмм и фотографий.

126. Информация заносится в ЭВМ и излагается в машинописном отчете.

127. Срок проведения: испытаний и исследований — сентябрь 2007 г.1. Методику разработали:

128. Вед. конструктор ПНИЛ В.А. Кравченко1. Вед. конструктор ПНИЛ1. А.А. Божанов1. Аспирант

129. Конструктор ПНИЛ ¿/¿¡¿¿с* А .В. Горин1. Аспирант1. А.В. Щекочихин1. Глл>л<мгг1. Аспирант Р.А, Ределнн1. Аспираиг А.Е. Карасев1. И**1. МШШИРНЛУКИ РОССИИ

130. Госу.шреп псииос обра «из« тс, гьиоеучреж н'инс выснгс!о , профессиональною иПраюваниа «Ор.'шискмм 1 псу;шрс$нелшлн "1 ехнкчеекиН >тшерсигет» (Орет ПТУ).»герцоги „се, д 29» г. Орел, ЗШ 1е {4162) 42 „0-2|, 62)-Л-65-? 1.л»!Легь га Ыг^.и гзытг

131. Внедрение результатов работы1. УТВЕРЖДАЮг г " о1. ПервьШ нроректор.Орел! ТУ^1. В.ВлСветкин* ^ I *:201 Ог,о юмедрешш результатов диссертационной работыассистента кафедры ЛТ м СДМ Ю,маш„ш Юрия Николаевича.!! учебный процесс:

132. Директор института транспорта к.т.н., доцент V Л.Л. Севостьянов