CC BY
35
-------------------------------------------- © К.А. Головин, А.В. Поляков,
А.В. Поляков, А.Е. Пушкарев,
2004
УДК 622.002.5
К.А. Головин, А.В. Поляков, А.В. Поляков, А.Е. Пушкарев
СОСТАВ КОМПЛЕКТА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ВОДОЛЕДЯНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар № 17
Гидроструйные технологии, основанные на использовании высоконапорных струй в качестве инструмента, являются на сегодняшний день одним из перспективных направлений развития техники и технологии разрушения горных пород. Способность струи осуществлять работу по резанию горных пород и других твердых материалов, высокая скорость резания при отсутствии на инструменте реакций забоя делают ее привлекательной с точки зрения реализации в конструкциях по-
родоразрушающих органов горных машин и для механизации вспомогательных работ.
Результаты исследований показывают, что эффективность процесса резания водяной струей резко повышается при внедрении в водяную струю абразивных частиц(например, кварцевого песка, граната и др.) [1]. Резание горных пород и других технологических материалов гидроабразивными струями основывается на ударном воздействии на материал потока твердых частиц, получающих кинетическую энергию от несущей их высокоскоростной водяной струи. Следует отметить, что в настоящее время способ разрушения материалов высокоскоростными гидроабразивными струями изучен достаточно полно [2]. Данный способ разрушения имеет значительные преимущества перед другими известными способами разрушения (механическим, термическим, лучевым и т.д.). Однако ему присущи и некоторые недостатки, которые не позволяют расширять область его эффективного применения для решения некоторых специальных задач [3].
Водоледяная технология позволяет устранить недостатки присущие как гидроабразивной, так и водяной технологии разрушения различных материалов.
Комплект оборудования для реализации водоледяного разрушения во многом определяется способом формирования водоледяной струи. Одним из способов получения водоледяной струи является эжекционное формирование, как и в случае использования абразивных частиц. Этот способ, по сравнению с тем, который основан на использовании термодинамических процессов, происходящих в переохлажденной жидкости (для которого характерно использование повышенных давлений высоконапорной воды - более 200 МПа), более сложен в технологической отношении, однако
1. Мощность приводного электродвигателя насосного блока, кВт
2. Максимальное давление масла, МПа
3. Мощность приводного электродвигателя, насосного блока низкого давления, кВт
4. Давление воды низкого давления, МПа
5. Давление в системе высокого давления, МПа номинальное
максимальное
6. Производительность, преобразователя давления, м3/час
7. Мощность приводного электродвигателя податчика, кВт
8. Частота вращения поворотного стола, мин-1
9. Масса, установки (без рабочей жидкости), кг
10. Габаритные размеры, мм, длина ширина
высота
он позволяет повысить производительность процесса разрушения за счет того, что работа осуществляется частицами льда, температура которых ниже -20 оС.
Таким образом, выполненный предварительный анализ показывает перспективность водоледяной технологии разрушения различных материалов, в частности для резания горных пород, а также создания гидроструйных установок с замкнутым технологическим циклом
На рис. 1 показана схема технологического цикла получения высокоскоростной водоледяной струи. При реализации этого способа (см. рис. 1) предварительно раздробленные и просеянные частицы льда подаются в высокоскоростную струю воды с помощью эффекта эжекции.
Для проведения экспериментальных исследований по изучению процесса эрозионного разрушения горных пород водоледяным инструментом, была разработана специальная установка [4], показанная на рис. 2.
Работа установки осуществляется следующим образом: водяной насосный блок 1, состоящий из приводного электродвигателя мощностью 11 кВт и центробежного водяного насоса, забирает воду из водопроводной сети и под рабочим давлением 2 МПа подает ее к преоб-
110 25 11 2 180 200 1,25...1,5 3
50
2470
2100
1250
1400
разователю давления и в систему охлаждения насосного блока. В преобразователе давления 3 происходит мультипликация гидравлической энергии масла, поступающей от насосного блока 2, в гидравлическую энергию воды давлением до 200 МПа, при этом конструкция преобразователя давления позволяет осуществлять непрерывный процесс резания горных пород. Далее вода высокого давления подается в водоледяной инструмент 6. Для сглаживания неравномерности потока жидкости перед водоледяным инструментом установлен гидравлический аккумулятор 5 объемом 1 литр и представляющий собой полый толстостенный цилиндр замкнутого объема. Для предотвращения быстрого изнашивания уплотнений преобразователя давления установка оснащена блоком фильтров 7.
Для введения в водяную струю гранул льда предусмотрено устройство 12 забирающее гранулы льда из бункера (на схеме не показан) и подающее их к инструменту. Устройство подачи гранул льда и водоледяной инструмент крепятся на сворной раме 4
На раме также монтируется заслонка 10, предназначенная для прерывания истечения высокоскоростной водоледяной струи из инструмента. Закрытие, открытие заслонки осуществляется в ручную по средствам специального рычажного механизма.
Рис. 1. Схема технологического цикла получения высокоскоростной водоледяной струи
Сформированная водоледянная струя воздействует на образец разрушаемой горной породы закрепленного на поворотном столе 8, который представляет собой металлический диск диаметром 800 мм, жестко закрепленный на поворотной оси вертикальной стойки.
В качестве привода 9 поворотного стола используется электрический двигатель с планетарным редуктором и цепной передачей. Частоту вращения приводного двигателя можно менять в широком диапазоне благодаря теристорному преобразователю, который используется в конструкции данного электродвигателя. Объединение всех частей экспериментальной установки в единое целое осуществляется с помощью гидравлических магистралей 11.
Основные технические характеристики экспериментальной установки приведены в таблице.
Следует отметить, что конструкция стенда позволят использовать для проведения экспериментов различные типы гидроструйного инструмента (водоструйный, водоледяной, гидроабразивный и т.д.), а также различные типы технологических оснасток для перемещения водоледяного инструмента относительно обрабатываемой поверхности по заданному закону.
Наибольшую трудность представляет создание конструкции и выбор материала водоледяного инструмента, который интенсивно изнашивается водоледяной струей в процессе работы. Можно использовать различные конструкции инструмента (рис. 3) и устройства ввода гранул льда с применением износостойких материалов.
Одним из вариантов конструкции водоледяного инструмента может являться конструкция представленная на рис. 4. В данном случае инструмент состоит из несущего корпуса 1, к которому подведены трубопроводы подачи воды и гранул льда. В конце центрального канала подачи высоконапорной воды при помощи гайки 2, закреплена струеформирующая насадка 3. Трубопровод подвода гранул льда присоединяется к штуцеру 4, который присоединяется к корпусу 1 при помощи гайки 5. Внутри корпуса 1 выполнена полость - камера смешения 6, ограничиваемая снизу съемной частью корпуса с конфузором 7 и коллиматором 8. Центрирование высоконапорной
Рис. 3. Схемы водоледяного инструмента
ществляется при помощи установочных винтов 9 и сферической шайбы 10.
Таким образом, разработанная экспериментальная установка позволяет исследовать закономерности процесса разрушения горных пород водоледяным инструментом в зависимости от изучаемых факторов, а экспериментальный образец водоледяного инструмента - варьировать основные геометрические параметры.
струи воды относительно оси коллиматора
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Головин К.А. Установление параметров процесса нарезания щелей в горных породах гидроабразивным инструментом: Автореф. дис. канд. техн. наук. -Тула ., 1997.- 17 с.
2. Гидроабразивное резание горных пород// Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М.: -М.: Изд. Московского гос. горного университета. 2003. -279 с.
3. Способы получения и перспективы применения водоледяных струй для разрушения горных пород и дру-
гих твердых материалов. Головин К.А., Григорьев Г.В., Демин К.В. и др. // Материалы 2 - ой Междунар. конф. по проблемам рационального природопользования. Тул-ГУ. - Тула. 2002. - С. 355 - 357.
4. Экспериментальная оценка возможности гидроструйного удаления прочноскрепленных покрытий с элементов конструкций/ Бреннер В.А., Головин К.А., Григорьев Г.В. и др.// Материалы 2 - ой Междунар. конф. по проблемам рационального природопользования. ТулГУ. - Тула. 2002. - С. 306 - 309.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Головин К.А., Поляков Ал. В. Поляков Ан. В., Пушкарев А.Е. - Тульский государственный университет.
