CC BY
8
© С.А. Тимухин, С.П. Тарасов, П.И. Тарасов, 2012
УДК 622.235.5
С.А. Тимухин, С.П. Тарасов, П.И. Тарасов
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ НЕГАБАРИТОВ ГОРНЫХ ПОРОД
При ведении буровзрывных работ на карьерах зачастую образуются некондиционные крупногабаритные куски горной массы, значительно превышающие входные параметры дробильно-сортировочных комплексов. В данный момент выделяют несколько типов вторичного дробления, по виду и типу энергии подводимой к объекту разрушения Основная задача при использовании этих технологий - разрушение негабаритов до размеров, пригодных для дробления в стационарных дробилках. Одно из решении — это создание комплекса для безопасного разрушения негабаритов.
Ключевые слова: защитное устройство, негабарит, вторичное дробление, спецтехника, аэродинамическая лопатка.
При обосновании параметров аэродинамически активных защитных устройств корпус которых потолочина и боковые стенки выполнены в форме решёток аэродинамически обтекаемых листовых лопаток [1,2], необходимо прежде всего рассмотрение их взаимодействия с ударной взрывной волной. При этом решётки лопаток потолочины и боковых стенок следует рассматривать отдельно, ввиду принципиальных различий их функционального назначения. Потолочина и четыре боковые стенки устройства выполнены в виде решеток аэродинамически обтекаемых листовых лопаток. При этом лопатки потолочины установлены под углом не более ± 5°по отношению к направлению ударной взрывной волны, а направление лопаток боковых стенок составляет с ней угол 20—40°. Такая конструкция устройства обеспечивает снижение подъемной силы, действующей на него, от взрывной волны за счет минимального аэроди-
намического сопротивления потолочины. При прохождении взрывной волны через боковые стенки за счет расположения лопаток под углом к ударной взрывной волне создается сила, направленная вниз и прижимающая устройство к поверхности выработки, обеспечивая его устойчивость (рис. 1) Прочность решетки аэродинамически листовых лопаток при воздействии на них кусков горной породы, разлетающихся при взрыве, намного выше прочности многослойной сетки, за счет формы и конструкции решетки листовых аэродинамических лопаток и что повышает срок службы устройства и надежность его функционирования. [3]
На основе теории точечного взрыва [4] можно полагать, что ударная волна будет сильной, так как решётки лопаток, как потолочины, так и боковых стенок устройства расположены на расстояниях близких к источнику взрыва. С учетом этого можно пренебречь собственной энергией воздуха,
Рн =
У"
где у — показатель адиабаты воздуха; ра — плотность атмосферного воздуха; Сул — скорость фронта ударной волны, то значение скорости Сул, основного параметра для последующих расчетов, может быть определенно по уравнению
Сул =
Рн (У +1) м
2ра
(2)
зывает соответствующие изменение направления линий потокатока воздуха, то угол в выхода фронта ударной волны из решётки лопаток боковых стенок защитного устройства всегда будет больше угла входа а. С учетом теории аэродинамики [5] для рассматриваемых условий справедливо соотношение
Рис. 1. Веерообразное распространение взрывной волны в пространстве защитного устройства для разрушения негабаритов
который вовлекается в движение, так как атмосферное давление Ра несравнимо мало по сравнению со значением давления Рн на фронте ударной волны.
В общем случае перепад волны в ударной волне ДР = Рн - Ра, т.е. с учетом принятого допущения ДР ~ Рн.
Поскольку на фронте сильной ударной волны выполняется условия [4]
Дт рС, (1)
Сул1 З1П а1 = Сул2 З1П а2 ,
(3)
где Сул2 — скорость ударной волны на выходе из решётки.
Из этого следует, что угол выхода а2 (при известном угле ад) может быть определен по формуле
С
"/ул1
С
З1п а
1
(4)
ул 2
С учетом основных положений аэродинамики [5,6] применительно к рассматриваемому объекту сила воздействия фронта ударной волны на решётку лопаток боковых стенок защитного устройства в направлении оси решётки Тх (прижимная сила) может быть определена по зависимости
ТХ = 1 • 1 • Сул1 З1Па1 Р(Сул1 СОЗа1 -
-Сул2 СОЭа2)' Н ■.
(5)
Определение значений Рн и у достаточно подробно изложено в специальной литературе по физике взрыва -(Сул2 СОЗа2 )2 ^ 1 • t. и здесь оно не рассматривается.
На рис. 2 приведена схема действия ударной волны на лопатки боковых стенок защитного устройства. Так как любая решётка лопастей вы-
где t — шаг решетки лопаток (расстояние между лопатками по внутренней поверхности боковых стенок устройства); 1 — длина лопатки (по всему периметру ЗУ)
Сила действующая перпендикулярно оси решётки
Ту =р[(Сул1 СОЗа1 )2 -
(6)
Равнодействующая сила Т, значение которой необходимо знать при выполнении прочностных расчетов лопаток и конструкции защитного
З1п а2 =
с
устройства в целом, представляет собой диагональ прямоугольника, сторонами которого являются вектора сил Тх и Ту.
При определении параметров решёток боковых стенок защитного устройства необходимо также соответствующее обоснование густоты решётки лопастей, как с точки зрения аэродинамики, так и с точки зрения обеспечения необходимой прочности устройства.
Согласно теории аэродинамики полное изменение направления движения воздушного потока в неподвижных лопаточных венцах достигается при густоте решётки этих венцов т ~ 2. При этом т = —, где Ь —
ширина лопаток, которая в условиях нашей задачи может быть предварительно задана изначально. Очевидно, что предварительная густота решёток боковых лопаток устройства может
быть принята т = 2, с последующим уточнением этой величины после выполнения прочностных расчетов устройства.
Принципы обоснования параметров решёток лопастей потолочины защитного устройства могут быть приняты аналогичными для боковых стенок с учетом их конструктивного исполнения характера взаимодействия с ними фронта ударной взрывной волны.
При этом для снижения аэродинамического сопротивления решёток потолочины лопатки могут выполняться крыловидным профилем при такой же густоте как и листовые лопатки боковых стенок.
В настоящее время в УГГУ ведется рабочее проектирование рассматриваемого в статье типа защитного устройства с целью последующего изготовления и испытания в условиях карьера ОАО «Ураласбест».
1. Патент №101540 РФ, МПК Р42Д 5/00. «Защитное устройство для разрушения негабаритов горных пород», С.А. Тиму-хин, П.И. Тарасов, С.П.Тарасов (РФ). - Заявка 05.04.2010; опубликовано 20.01.2011 Бюл. № 2.
2. Патент №107343 РФ, МПК Р42Д 3/04. «Защитное устройство для разрушения негабаритов горных пород», С.А. Тиму-хин, П.И. Тарасов, С.П. Тарасов (РФ). - За-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
явка 12.01.2011; опубликовано 10.08.2011 Бюл. № 22.
3. Баум Ф.А., Станюкевич К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. - М: физматиз. -1959. - 800с.
4. Экк Б. Проектирование и эксплуота-ция центробежных и осевых вентиляторов. М. — 1959. - 566с.
5. Брусиловский И.В. Аэродинамика осевых вентиляторов. — М. — 1984. — 240 с. ГТТТГ?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Тарасов Петр Иванович — кандидат технических наук, заведующий сектором лаб. транспортных систем карьеров и геотехники, е-шаП: [email protected], Институт горного дела УрО РАН, Тимухин С.А. — профессор, доктор технических наук, Тарасов Сергей Петрович — аспирант, е-шаП: [email protected], Уральский государственный горный университет.
