Обоснование и выбор параметров гидроабразивного инструмента исполнительных органов горных машин с разработкой модулей высоконапорного оборудования

• Автор: Пушкарев, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 347 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Г идроструйные технологии
1.2. Гидроабразивное резание горных пород и других материалов
и его практическое применение
1.3. Анализ результатов экспериментальных исследований
резания горных пород и других материалов гидроабразивным способом
1.4. Анализ вариантов компоновки высоконапорного
оборудования в конструкциях исполнительных органов горных машин
1.5. Анализ известных подходов к моделированию процесса
формирования гидроабразивных струй
1.6. Анализ известных подходов к моделированию процесса
гидроабразивного резания горных пород и других материалов
1.7. Цель и задачи исследований
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД ГИДРОАБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
2.1. Метод математического описания процесса формирования
гидроабразивной струи, получаемой по способу увлечения абразива
2.1.1. Постановка задачи
2.1.2. Основные допущения
2.1.3. Модель захвата воздушным потоком частиц абразива в 77 канале подвода абразива
2.1.4. Модель разгона водяной струей смеси воздуха и абразивных частиц в коллиматоре
2.2. Метод математического описания процесса резания горных
пород гидроабразивной струей
2.2.1. Построение метода
2.2.2. Параметрический анализ уравнения для расчета эффективности процесса щелеобразования
Выводы

3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Общие положения методики
3.2. Стендовая база и измерительная аппаратура
3.3. Характеристика пород и инструмента Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОАБРАЗИВНОГО РЕЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1. Обоснование и выбор критерия оценки сопротивляемости горных пород разрушению гидроабразивными струями
4.2. Влияние крупности абразивных частиц и расстояния от среза коллиматора до поверхности разрушаемой горной породы на глубину прорезаемой щели
4.3. Исследование влияния геометрических и гидравлических параметров гидроабразивного инструмента на показатели процесса щелеобразования
4.3.1. Влияние диаметра коллиматора на глубину прорезаемой щели
4.3.2. Влияние гидравлических параметров инструмента на показатели процесса щелеобразования
4.4. Исследования влияния режимных параметров на показатели процесса гидроабразивного резания
4.4.1. Влияние скорости перемещения гидроабразивного инструмента на показатели процесса щелеобразования
4.4.2. Влияние массового расхода абразива и массового соотношения абразив-вода на глубину нарезаемой щели
4.5. Определение эмпирических параметров математической модели
4.5.1. Определение коэффициента эффективности передачи количества движения в гидроабразивном режущем инструменте Р
4.5.2. Определение коэффициентов обрабатываемости горных пород к и показателя степени а для учета потерь энергии гидроабразивной струи по глубине нарезаемой щели
4.5.3. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных. Оценка адекватности математической модели
4.6. Теоретические исследования влияния основных параметров процесса гидроабразивного резания горных пород на показатели его эффективности
4.6.1. Исследование влияния давления воды
4.6.2. Исследование влияния массового расхода абразива
4.6.3. Исследование влияния диаметра струеформирующей насадки Выводы

5. РАЗРАБОТКА МОДУЛЕЙ ВЫСОКОНАПОРНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
5 Л. Разработка модуля преобразователя давления, встроенного в
гидроабразивный инструмент
5.2. Разработка конструкции и работа модуля автономного
преобразователя давления
5.3. Испытания преобразователей давления
5.4. Разработка параметрического и типоразмерного рядов
источников воды высокого давления для гидроабразивного резания горных пород
Выводы
6. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ ПРАКТИЧЕСКОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ ГИДРОСТРУЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
6.1. Перспективные гидроструйные технологии
6.2. Методика расчета геометрических и гидравлических параметров Г А инструмента, режимных параметров процесса ГА резания горных пород и энергетических характеристик

Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Акт внедрения результатов диссертационной работы в фирме «НИТЕП»
2. Акт промышленных испытаний экспериментального образца гидромеханического исполнительного органа с встроенным преобразователем давления
3. Акт промышленных испытаний экспериментальных образцов преобразователей давления мультипликаторного типа
4. Акт внедрения результатов диссертационной работы в ОАО «Скуратовский экспериментальный завод»
5. Прикладная программа расчета геометрических и гидравлических параметров Г А инструмента, режимных параметров процесса ГА резания горных пород и энергетических характеристик ИВД

происходит вследствие возникновения в материале трещин и их последующего расширения находит отражение в работах и других ученых. Так, Эванс (Evans) [104] и Шелдон (Sheldon) [105] исследовали механизм разрушения хрупких материалов и дают следующую его интерпретацию. Вначале под ударом абразивных частиц на поверхности материала возникает сжатие, что приводит к растяжению поверхности вокруг этой зоны. По мере того, как нагрузка в зоне сжатия возрастает, в растянутой зоне образуются радиальные трещины вокруг периметра зоны сжатия. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к возникновению боковых (поперечных) трещин, расходящихся почти параллельно поверхности материала в пределах границ радиальных трещин. Боковые трещины, расширяясь, соединяются с радиальными, что приводит к образованию изолированного от основного массива фрагмента (куска) материала и его удалению.
Необходимо отметить, что, в отличие от многих других хрупких материалов, горные породы изначально имеют некоторое количество дефектов в виде трещин различного размера и конфигурации, которые могут способствовать увеличению объема удаляемого материала при ГА резании пород [105].
Гриффитс (Griffits) [99] провел исследование, касающееся добавок к потоку абразива. Известно, что обычно носителем абразивных частиц при их транспортировке в камеру смешивания инструмента является воздух, который оказывает разрушительное воздействие на струю воды, выходящую из струеформирующей насадки. Это наводит на мысль, что газообразная транспортирующая среда (воздух) должна быть заменена на жидкую (воду).
Конструкция ГА инструмента, в которой средой транспортирующей абразив была вода, использовалась и в исследованиях P.A. Тихомирова и B.C. Гуенко [57]. Хотя авторы и получили в этом случае существенное увеличение производительности резки различных материалов по сравнению с резкой водяными струями, однако, выполненные затем Гриффитсом