Knotek, O.

Löffler, F.

Цуканов, А. Г.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГОИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВАТом 146 1966О ПЕРЕДАЧЕ ЭНЕРГИИ УДАРА ЧЕРЕЗ УДЛИНЕННУЮ ШТАНГУА. Г. Ц У КАН О В(Представлена кафедрой теоретической механики)В статье приводятся результаты экспериментального исследования передачи энергии удара через удлиненную штангу. Этот вопрос имеет существенное значение при конструировании машин и инструмента ударного действия, предназначенного для бурения геологоразведочных и буровзрывных скважин; он также важен для экспериментальной про­верки теоретических предпосылок, используемых в аналитических иссле­дованиях вопросов энергетики удара.Потери энергии удара бойка при соударении в системе «ударник — инструмент — материал» отражаются обычно введением соответствую­щих коэффициентов, а общий коэффициент передачи энергии представ­ляется формулой-Ц =  V feгде г]і — коэффициент, учитывающий непроизводительные затраты энер­гии при соударении бойка и буровой штанги;т]2 — коэффициент, учитывающий Діотери энергии при соударении штанги и разрушаемого материала.При определении коэффициента гц наиболее часто используется формула, предложенная Б. И. Бокием [1] и Ю. М. Малаховым [2],( т { +  т > ут 2и формула П. С. Кучерова [3]Til =  1 - ( 1  - C l )т 1 +  т2где Ci — коэффициент восстановления при ударе; т и вп2 — соответствен­но масса бойка и штанги.Наши исследования коэффициента гц изложены в работе [4]. Коэф­фициент Tj2 менее изучен, хотя его значение в вопросе передачи энергии удара на разрушаемый объем весьма велико. Он не имеет достаточно четких математических зависимостей, которые бы отражали действи­тельную картину энергетических потерь, имеющих место при ударном контакте лезвия коронки с горной породой. Этот коэффициент синтези­рует механические свойства как инструмента, так и обрабатываемого материала или горной породы. Он зависит от геометрии инструмента,117Коэффициент г]2 должен отражать скачкообразный характер разруше­ния горной породы или иную специфику разрушения, характерную, на­пример, мерзлым грунтом или металлу. Для определения коэффициен­та г]г преимущественно пользуются формулойTj2 == 1 — с\,где C2 — коэффициент восстановления при соударении инструмента и разрушаемого материала.Существуют другие формулы для указанных коэффициентов, осно­ванные на теоретических предпосылках волновой теории удара [5, 6]. При выводе этих формул используется закон линейного внедрения инст­румента в обрабатываемую среду. Однако несоответствие теоретиче­ских предпосылок, принимаемых при выводе указанных формул, харак­терным закономерностям процесса разрушения материалов, особенно горных пород, лишает возможности дать оценку действительным поте­рям энергии удара.В данной статье приводятся результаты исследований, в которых делается попытка экспериментальным путем дать количественную оценку той части энергии бойка, которая передается через буровую штангу на упругопластическую среду без учета скачкообразного про­цесса разрушения материала. Эти условия эксперимента в большей степени соответствуют теоретическим предпосылкам, принятым при вы­воде формул для коэффициентов передачи энергии.В основу эксперимента была положена идея тарировочной кривой, отражающей изменение диаметра сферического отпечатка в зависимости от различных значений энергии удара. Источником энергии удара слу­жил маятниковый копер, в ударную часть которого ввинчивалась буро­вая коронка, снабженная вместо пластинки твердого сплава стальным шариком. Вес маятника-бойка был равен 94,5 н.Для получения тарировочной кривой на шлифованные образцы из стали 30 наносились ударные сферические отпечатки, соответствующие различным значениям энергии маятника-бойка. После получения тари­ровочной кривой коронка со сферой навинчивалась на штангу, а в маят­ник ввинчивался точно такой же по геометрии и весу боек, но без сферы на торцевой части. Этой торцевой каленой частью бойка маятник нано­сил удары по хвостовику штанги.Комплект штанг состоял из набора круглых стержней, изготовлен­ных из стали 45, диаметром 32 мм, по 5 м каждый. На обоих концах штанги имелась резьба. Торцевые плоскости штанг хорошо обработаны, что крайне необходимо для получения наилучшего ударного контакта.При проведении эксперимента длина штанги, участвующей в соуда­рении, постепенно наращивалась путем добавления последующих штанг. Они свинчивались посредством муфт, обеспечивая по возможности луч­ший торцевой контакт при соударении. Общая длина составной штанги достигала 30 м. Штанги располагались горизонтально на гибких прово­лочных подвесках, при этом конец штанги, снабженный коронкой с ша­риком, упирался в образец, предназначенный для получения отпечатка. По второму концу штанги наносился удар маятником-бойком. Энергия удара бойка A 1 сохранялась постоянной для данной серии опытов. Н а­пример, кривые (а) и (б) на рис. 1 получены при начальной энергии бойка соответственно равной 82,2 дж и 41,1 дж.Во время удара определенная часть этой энергии передавалась через штангу коронке с шариком, обеспечивая ударный контакт с об­разцом. На поверхности образца оставался сферический отпечаток, от­ражающий работу пластической деформации, соответствующей той части энергии маятника-бойка, которая передана посредством штанги. Работа118пластической деформации в данном соударении будет «полезной» рабо­той удара. Для определения численного значения энергии A 2, соответ­ствующей этой работе, достаточно измерить диаметр полученного отпе­чатка и воспользоваться тарировочной кривой. Отношение полученного значения энергии A 2 к энергии маятника-бойка перед ударом A x опреде­лит коэффициент передачи энергии в рассматриваемой системе соу­дарения.Таким образом, мы получили возможность дать количественную оценку энергии удара, переданной от бойка через штангу на образец. В зависимости от механических и других свойств обрабатываемой илиОтплоиіеяие массы 'ш т анги к м ассе ударникаРис. 1. Экспериментальные значения коэффициента передачи энергии удара.а  —  кривая, соответствующая энергии удар а  82,2 дж; б  —  кривая, соответствую­щая энергии у дар а  41,1 джразрушаемой среды эта полезная часть энергии перейдет в иные формы энергии, совершая при этом определенное количество работы различной эффективности.В нашем эксперименте указанная часть полезной энергии бойка представлена в форме работы пластической деформации.ВыводыРезультаты эксперимента показывают, что коэффициент передачи энергии удара в рассматриваемой системе соударения тел достаточновелик и составляет в среднем 75—80% от начальной энергии бойка.С увеличением длины составной штанги до 30 м коэффициент передачи энергии изменяется незначительно, практически оставаясь постоянным. Эта высокая эффективность передачи энергии может быть достигнута только за счет волновой составляющей энергии удара.Л И Т Е Р А Т У Р АК Б .  И. Б о к и й. Практический курс горного искусства, 1931.2. Ю. М. М а л а х о в .  Горный журнал, №  2, 1934.3. П. С. К у ч е р о в .  Уголь, №  93, 1933.4. А. Г. Ц у к а н о в .  О передаче энергии при ударе в бурильных отбойных м о ­лотках. Известия вузов, Горный журнал, №  б, 1962.5. В. М. М о с т к о в .  Основы теории пневматического бурения. Углетехиздаг,1952.6. Ю. В. Б е л я е в .  Об оценке степени использования энергии удара  в ударных  машинах. Труды ВН И И стройдорм аш , выпуск, №  10, 1955.

О передаче энергии удара через удлиненную штангу

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

RWTH Publications