close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оптимизация параметров силовой импульсной системы ударного действия..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
УДК 622.243.43
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЫ УДАРНОГО
ДЕЙСТВИЯ
А.В. Беляев1, Д.А. Порошин2
1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2
Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственная компания ПроМИС»
г. Иркутск, ул. Дзержинского, 4.
Представлены результаты исследования по оптимизации основных параметров силовой импульсной системы
для разрушения прочных строительных материалов. Приводится уравнение регрессии, описывающее разрушение бетона силовой импульсной системой под воздействием температур. Даны рекомендации и приведены численные значения параметров, необходимых для проектирования высокоэффективных систем.
Ил. 6. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: удар; импульс; упругая волна; поля напряжений; разрушение; моделирование.
PARAMETER OPTIMIZATION OF POWER PULSE SYSTEM OF IMPACT ACTION
A.V. Belyaev, D.A. Poroshin
1National Research Irkutsk State Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
2 Limited Liability Company «Research-and-Production Company ProMIS»
4, Dzerzhinsky St.,Irkutsk.
The authors demonstrate the study results on the optimization of the basic parameters of the power pulse system for the
destruction of strong building materials. They present the regression equation describing the destruction of concrete by
the power pulsed system under the influence of temperature. The authors give recommendations and list the numerical
values of the parameters necessary to design high-performance systems.
6 figures. 4 sources.
Key words: impact (shock); impulse; elastic wave; stress fields; fracture; simulation.
Снижение стоимости продукции строительного
производства требует повсеместного использования
механизированных средств. В связи с этим возрастают требования к эффективности рабочих процессов
технологических машин. Прежде всего это относится к
наиболее энергоемким механизированным средствам
для разрушения прочных строительных материалов.
Стало общепризнанным, что существенный рост производительности силовых импульсных систем ударного действия достигается за счет повышения единичной ударной мощности и частоты ударов. В свою очередь изменение этих параметров связано с увеличением габаритных размеров, мощности привода и, соответственно, энергозатрат.
Результатом взаимодействия рабочего инструмента и бетона являются деформации, приводящие к
образованию новой поверхности. Согласно физической теории разрушения образование новой поверхности определяется соблюдением силовых и энергетических условий возникновения и развития трещин
[1]. Проведенные исследования показали, что важную
роль при этом играют параметры силовой импульсной
системы, которые обеспечивают формирование и передачу импульса силы разрушаемому объекту. По-
этому необходимо изучение процессов формирования
высоких потоков энергии и передачи ее в системе
«боек – инструмент – среда».
На основании теоретического анализа были обоснованы ключевые параметры силовой импульсной
системы, влияющие на эффективность ее функционирования. Была также предложена математическая
модель, позволяющая оценить влияние различных
факторов на эффективность разрушения.
Используя разработанную модель и методику,
было проведено экспериментальное исследование.
Основная задача его состояла в том, чтобы определить оптимальные значения параметров силовой импульсной системы для разрушения бетона. Эксперименты позволили установить влияние формы наконечника, размеров контактного пятна, скорости и массы бойка на величину импульса силы, передаваемого
разрушаемому материалу. Исследования проводились на образцах бетона марки 300 размером
50х50х50 мм. В таких образцах практически стабилизируется влияние масштабного фактора на показатели прочности материала. Регистрация импульсов силы проводилась с использованием тензодатчиков типа 2ПКБ – 5-100, которые позволяли получать сигналы
___________________________ 1
Беляев Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных, дорожных машин и
гидравлических систем, тел.: (3952) 405134, 89149155746.
Belyaev Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Construction, Roadmaking Machinery and
Hydraulic Systems, tel.: (3952) 405134, 89149155746.
2
Порошин Дмитрий Анатольевич, инженер, тел.: 89086634549.
Poroshin Dmitry, engineer, tel.: 89086634549.
ВЕСТНИК ИрГТУ №6 (46) 2010
21
М
Механика
и машиностроени
ие
Рис. 1. Зави
исимость вел
личины импул
льса силы в об
бразце бетон
на от массы б
бойка m и скорости бойкка Vδ: 1 – h=f(m
m) при Vδ=con
nst; 2 – h=f(Vδ) при m=const
без искаженния. Чувствиттельность коомплекта изм
мерительной апппаратуры обееспечивала получение
п
ам
мплитуды сигнал
ла до 10 мм. Наличие заппоминающегоо устройства позволяло перенносить форму и величинуу сигнала без исккажений на кальку в соотвветствии с раазмерами метричческой сетки экрана.
Как покказали исслеедования, об
бласть А (ррис.1,
график 1) хаарактеризуетт массу бойкаа, при котороой не
происходит заметного уввеличения им
мпульса силы
ы (эта
область включает массу бойка от 1 до
д 2 кг). Далььнейшее увеличение массы вызывало поостоянное раазрушение образзцов. Таким образом,
о
устаановлено, чтоо для
данной скоррости удара и данного об
бъема разруушаемого материиала имеютсяя критическиее значения массы
ударника. При увеличениии объема раазрушения поотребуется вноввь увеличиваать массу бойка (см. риис.1).
Однако такоой путь в сооздании мощнных силовыхх импульсных сиистем не опраавдывает себ
бя, так как прриводит к резкому увеличению общей металлоемкос
м
сти и
веса систем
мы. Учитываяя требованияя к весу руччного
механизировванного инсттрумента, цеелесообразноо ограничить маассу бойка величиной, раввной 1 кг.
Экспериментты, проведенные с бойком
м массой 1 кг,,
позвволили устанновить, что д
для увеличен
ния импульсаа
силы
ы наиболее выгодно
в
измеенять скоростть удара бой-ка. Результаты
Р
и
исследовани
й (рис.1, график 2) пока-зали
и, что увеличение массы
ы в 2 раза, увеличиваетт
импуульс силы в 1,1 – 1,2 разза. При таком
м же измене-нии скорости уд
дара импульсс силы в обр
разце бетонаа
возр
растает более чем в 2 разза. Следоваттельно, изме-нени
ие скорости бойка позвоолит более эффективноо
возд
действовать на
н обрабатывваемую средуу.
Рабочая зонна по скороссти силовой импульснойй
систтемы с масссой бойка 1 кг ограничиввается мини-мальным значеннием, равным Vδ = 3,1 м/с. Мини-етствует кон-мальное значениие скорости бойка соотве
струуктивным осообенностям рручных силоввых импульс-ных систем.
Известно [2,3], что на вееличину импуульса силы в
рушаемом маатериале окаазывает влияяние форма,,
разр
а, со
оответственнно, и размер пятна контакта рабочегоо
инсттрумента (рисс. 2).
Целью этих работ
р
был пооиск резервовв повышенияя
эфф
фективности рабочего
р
прооцесса за сче
ет измененияя
Рис. 2.. Формы наконечников раб
бочего инструумента:
1 – пло
оская; 2 – сфеерическая; 3 – призматичес
ская; 4 – доло
отчатая; 5 – кконусная
22
ВЕСТНИК ИрГТУ №6
№ (46) 20
010
М
Механика
и машиностроени
ие
размеров нааконечника и соответственно формы
ы импульса, возд
действующегоо на среду. Так
Т В.С. Севаастьянов [4], сраавнивая рабоочие инструмеенты долотчаатой,
конической и пирамидал
льной форм, сделал закл
лючение, что изз условия иззносостойкости более раациональной явл
ляется долоттчатая форма. Однако поо условиям удел
льных затратт энергии на продвижениее инструмента в среде эта форма
ф
уступает коническкой и
пирамидалььной. Имеетсяя ряд работ,, в которых рекор
мендуется придавать
п
нааконечнику форму
ф
клина с определенным
м углом заосстрения в заввисимости отт характера раззрушения срреды, что поозволяет сниизить
энергоемкоссть.
Разрабоотки по оптимизации форрмы наконеччника
для формиррования и передачи импул
льса силы раазрушаемой срееде с сохраннением экспл
луатационныхх качеств ещё, видимо,
в
в стаадии развитияя. Поэтому воозникает необхоодимость изуучения данноого вопроса с использованиеем результаттов, уже досттигнутых друугими
исследоватеелями.
Из граф
фиков (рис. 3, рис. 4) вид
дно, что форма и
размеры нааконечников по сравнениию со скоростью
бойка не окказывают таккого же влияяния на велиичину
передаваемого импульсаа.
Рис. 3. Зависсимость вели
ичины импуль
ьса силы в об
бразце бетона от
о скорости бойка Vδ, H = f(Vδ) для разл
личных форм
м наконечникков рабочего инструмента
и
а:
1 – сферического; 2 – до
олотчатого; 3 – призмати
ического; 4 – конического
о
Рис. 4. Зависимость
З
ь глубины внеедрения рабоч
чего
инструмент
та Н от радиууса сферы нааконечника r, H = f
(r): 1 – эккспериментаальная; 2 – тееоретическая
я
Полученные результаты ппозволяют сд
делать вывод
д
о целесообразн
ц
ности исполььзования инструмента с
нако
онечником сферической формы. Пр
ри этом дляя
обесспечения луччшего внедреения инструмента необхо-димо сохранить коническую
ю форму. По
оэтому даль-нейш
шее исследоования провоодились с наконечником
н
м
кони
ической фоормы и скругленной радиусом
м
r = 1,25…5,0 мм
м вершиной. Это будет иметь такжее
пракктический интерес при оппределении влияния
в
сте-пени
и затупленияя рабочего иннструмента на
н эффектив-ностть разрушениия.
Радиус сферы наконечнника определ
лят площадьь
конттакта между рабочим иннструментом и поверхно-стью
ю разрушаемого объекта. Анализ зави
исимости H=ff
r (см. рис. 4)) показывает, что глубина внедренияя
инсттрумента с уввеличением ррадиуса сферы уменьша-етсяя и увеличитьь ее можно зза счет увели
ичения энер-гии удара.
у
бины внедре-Основной прричиной уменньшения глуб
ния при увеличеении радиусаа сферы являяются умень-шен
ние удельногго контактногго напряжения. Поэтомуу
для практических расчетов рручных силоввых импульс-ных систем рекоомендуется ппринимать ра
адиус сферы
ы
нако
онечника раб
бочего инструумента, равны
ым 1,75 – 3,00
мм. Уменьшениее радиуса соопряжено с технологиче-ским
ми трудностям
ми изготовлеения таких наконечников.
Важными яввляются пол
лученные результаты поо
разр
рушения бетоона в условииях воздействвия темпера-тур и с различноой скоростью
ю удара бойкка по инстру-ментту. Исследоввание позвол
ляет сделатьь вывод, чтоо
внед
дрение инстррумента в беттон, имеющи
ий различную
ю
темппературу, оппределятся ккак температтурой, так и
скор
ростью удараа. Под воздеййствием темпператур пол-ное разрушение происходит при меньш
шей скоростии
бойкка (рис. 5).
При темпераатуре t = 88°С
С эта скорость составляетт
12 м/с,
м при t = -550°С и t = +5000°С скоростьь удара, при-водяящая к разруушению, сниж
жается до 7 м/с. Важноее
пракктическое знаачение имееет установлен
ние диапазо-на скоростей,
с
п
при
которых происходит разрушениее
бето
она, имеющеего температтуру от -50°С
С до +500°С..
Этотт диапазон вкключает скоррости от 7,5 до
о 12 м/с.
Усилие приж
жатия рабочеего инструме
ента к разру-шае
емой поверхности обесппечивает кон
нтакт междуу
ними, что сущесственно влияяет на величчину внедре-ния.. При работее с механизиированным инструментом
м
это усилие, согласно санитаррным нормам
м, может дос-тига
ать 200 Н. Прроведенные исследовани
ия позволилии
уста
ановить, что изменение уусилия прижа
атия от 20 Н
до 200
2 Н повышаает внедрениие инструмен
нта в бетон в
сред
днем в 1,5 рааза для разлиичных темпер
ратур бетонаа
(рисс. 6).
Получение регрессионно
р
ой математичческой моде-ли рабочего
р
прооцесса являеется одной из основныхх
зада
ач проводим
мого исследоования, что необходимоо
для установлениия и оптимиизации уделььной энергиии
разр
рушения в зависимости отт скорости удара, радиусаа
сфе
еры наконечнника, усилия прижатия ра
абочего инст-руме
ента и температуры бетонна.
()
ВЕСТНИК ИрГТУ №6
№ (46) 20
010
23
3
М
Механика
и машиностроени
ие
Рис. 5. Зависимость величины внедреения рабочего
о инструмент
та H от скор
рости бойка Vδ, H = f (Vδ) дл
ля различныхх
темпераатур бетона, r = 2,5 мм
H = 0,644V + 1,252r - 0,007t° +
δ
0,003P + 0,0001V t° + 0,0001rt° + 0,007rrp - 3,479.
Рис. 6. Зав
висимость вееличины внед
дрения рабочеего
инструмента H от уси
илия прижати
ия P, H = f(P) для
д
разных фор
рм наконечни
иков и темпер
ратур образц
цов:
1 – Т= +500 °С; 2 – Т= -50 °С;
° 3 – Т= +362 °С; 4 – Т= +888 °С
В резулььтате расчетаа на ЭВМ пол
лучено уравнение
регрессии
δ
Оно предстаавляет собой математическую модельь
рушения бетоона силовой импульсной
й системой в
разр
усло
овиях воздеййствия темпеератур. Сраввнивая полу-ченн
ное значениее критерия Ф
Фишера FA=3,31 с таблич-ным
м FT=4,06, моожно сделатьь вывод, что
о полученнаяя
модель адекватнно описываетт исследуемый процесс.
Таким образзом, для об
беспечения наибольшего
н
о
внед
дрения инстррумента в раазрушаемую среду необ-ходи
имо выбрать массу бойкаа, форму и ра
азмеры нако-нечн
ника, а затеем увеличиваать начальную скоростьь
удар
ра в зависим
мости от ее ппрочности. Пр
ри этом мак-сима
альная скороость удара не должна пр
ревышать ве--
δ
личи
ины V
=
max
ρ
Е
, прри которой материал
м
со--
ρ
удар
ряющихся чаастей (боек – рабочий инсструмент) со-хран
няет прочностть.
Библио
ографический
й список
1. Разрушение: монографияя в 7 т. / под реед. Г. Либовиц. Т. 2.
Математические основы теоории разрушенния; пер. с англ
л.
под ред. А.Ю.. Ишлинского. М.: Мир, 1975. 764 с.
2. Зелени А.Н
Н. Основы разррушения грунтоов механическиими
способами. М.:
М Машинострооение, 1968. 4227 с.
24
3. Ал
лександров Е.Б
Б., Соколинский В.Б. Исследо
ование процессса ударного взааимодействия горной породы
ы и инструментта. М.: Изд-во ИГД
И им. А.А. С
Скочинского, 19
965. 193 с.
4. Се
евастьянов В.С
С. Стойкость иннструмента и основные
о
закономерности прроцесса ударноого скола горны
ых пород. М.:
А. Скочинскогоо, 1959. 30 с.
Изд--во ИГД им. А.А
ВЕСТНИК ИрГТУ №6
№ (46) 20
010
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
1 322 Кб
Теги
оптимизация, действий, система, силовое, pdf, ударного, импульсные, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа