Для обработки и разрушения горных пород широко используются механизмы ударного действия (перфораторы, отбойные молотки и т.п.). Основным элементом, генерирующим энергию в этих машинах, являются ударники (или бойки) – тела вращения различной геометрической формы, приводящиеся в возвратно-поступательное движение приводом механизма. Для передачи генерируемой энергии разрушаемому объекту используется стержневая система переменного сечения (ударник – волновод – инструмент). При нанесении удара в волноводе генерируется ударный импульс, внешний вид которого определяется формой ударника. Доказано, что для разрушения различных пород, помимо величины генерируемой энергии, важна и форма ударного импульса. В работе рассмотрен численный метод аналитического определения формы ударного импульса по физическим и геометрическим параметрам ударника. Приведен алгоритм расчета и показано его применение на практике в виде расчетной основы для комплекса программ, позволяющих определять ударные импульсы от ударников различной геометрической формы: начиная с простых тел вращения и заканчивая бойками произвольной формы. Преимуществом разработанного комплекса программ является его кроссплатформенность, что делает его независимым от коммерческого программного обеспечения и повышает конкурентоспособность. Рассмотрены методы моделирования цельнотельных ударников переменного сечения, выполненных в виде тел вращения различной геометрической формы.
Impact mechanisms (perforators, hammers, etc.) are widely used for treatment and destruction of rocks. The main element generating energy in these machines are hammers (or anvil-blocks) – bodies of revolution of various geometric shape, which are reciprocated by the mechanism drive. To transfer the generated energy to the destroyed object, a rod system of variable section (hammer-waveguide-tool) is used. When striking in the waveguide, an impact pulse is generated, the appearance of which is determined by the shape of the striker. It has been proved that the shape of the shock pulse is also important for the destruction of various rocks in addition to the amount of energy generated. The paper considers a numerical method of analytical determination of shock pulse shape by physical and geometric parameters of the striker. The calculation algorithm is presented and its application is shown in practice in the form of a calculation basis for a set of programs that allow determining shock impulses from hammers of various geometric shape: starting from simple bodies of rotation and ending with anvil-blocks of arbitrary shape. The advantage of the developed set of programs is its cross-platform, which makes it independent of commercial software and increases competitiveness. Methods of modeling of all-body hammers of variable section made in the form of bodies of revolution of different geometric shape are considered.
1. Абраменков Д.Э., Абраменков Э.А., Дедов А.С., Зырянов Б.С. Пневматический ударный механизм грунтозаборного устройства // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 4 (652). С. 92–99.
2. Абраменков Д.Э., Абраменков Э.А. Дедов А.С, Крутиков Е.И. Пневматический ударный механизм с комбинированным воздухораспределением // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 4. С. 114–118.
3. Репин А.А., Смоляницкий Б.Н., Алексеев С.Е., Попелюх А.И., Тимонин В.В., Карпов В.Н. Опыт создания в ИГД СО РАН погружных пневмоударников высокого давления для открытых горных работ // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 5. С. 157–168.
4. Юнгмейстер Д.А., Горшков Л.К., Пивнев В.А., Судьенков Ю.В. Модернизация ударных буровых механизмов. СПб.: Изд-во «Политехника-сервис», 2012. 149 с.
5. Гилёв А.В., Шигин А.О. Моделирование ударных нагрузок при бурении сложноструктурных горных массивов // Фундаментальные исследования. 2012. № 11–1. С. 120–123.
6. Шадрина А.В., Саруев Л.А. Экспериментальное исследование влияния параметров ударной системы на разрушение гранита // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № S4 (1). С. 276–280.
7. Судьенков Ю.В., Бурак А.Я., Юнгмейстер Д.А., Пивнев В.А. Исследования ударной системой «поршень-боёк-инструмент» для расширения области использования процесса дребезга // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 8. С. 288–294.
8. Еремьянц В.Э. К вопросу о рациональной форме бойков ударно-вращательных бурильных машин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 74–82.
9. Доронин С.В., Косолапов Д.В. Сравнительный анализ альтернативных конструктивных решений при проектировании и модернизации деталей машин импульсного действия // Ремонт, восстановление, модернизация. 2012. № 3 (39). С. 30–37.
10. Смоляницкий Б.Н., Репин А.А., Данилов Б.Б., Червов В.В., Тищенко И.В., Доронин С.В., Косолапов Д.В., Алексеев С.Е., Липин А.А., Тимонин В.В., Корчагин М.А., Черепанов А.Н., Оришич А.М., Малов А.Н., Марусин В.В. Повышение эффективности и долговечности импульсных машин для сооружения протяженных скважин в породных массивах / отв. ред. Б.Ф. Симонов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. 204 с.
11. Иванов К.И., Варич М.С., Дусев В.И., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке полезных ископаемых. Изд. 2-е, перераб. М.: Недра, 1974. 408 с.
12. Zhukov I.A., Repin A.A., Timofeev E.G. Automated calculation and analysis of impacts generated in mining machine by anvil blocks of complex geometry. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. V. 134. P. 012071. DOI: 10.1088/1755-1315/134/1/012071.
13. Тимофеев Е.Г., Жуков И.А. Ударный импульс 2.0 // Свидетельство ПЭВМ № 2015662766. Заявка № 2015619792; поступление 13.10.2015; зарегистр. 01.12.2015.
14. Тимофеев Е.Г., Жуков И.А. Удар многоступенчатым бойком // Свидетельство ПЭВМ № 2017613900. Заявка № 2016662568 поступление 22.11.2016; зарегистр. 03.05.2017.
15. Тимофеев Е.Г., Жуков И.А. Удар бойком сложной геометрической формы // Свидетельство ПЭВМ № 2019619495. Заявка № 20196118226; поступление 05.07.2019; зарегистр. 18.07.2019.