Влияние продолжительности удара на эффективность разрушения горных пород и пластического деформирования металлов

Предложена конструкция составного ударника, обеспечивающего увеличение продолжительности единичного удара по сравнению с ударником той же массы и энергии, но цельной конструкции. Рассмотрен способ оценки КПД удара при контактном разрушении породы и локальной пластической деформации металлов, заключающийся в сравнении его энергии с работой, затрачиваемой на получение в квазистатических условиях лунки в материале той же глубины, что и при ударе. При проведении экспериментов  на пластинах песчаника (sсж = 82–112 МПа), алюминиевого сплава (27HB) и технической меди (40HB) обнаружено, что применение ударника составной конструкции повышает глубину внедрения индентора для указанных материалов, соответственно, на 12,5–13%, 10–13%, 7–11%, возрастает КПД удара на 36% при уменьшении на 9–10% энергии удара, необходимой для раскалывания пластин песчаника, и повышается на 25–30% КПД удара для металлов. Исходя из вида осциллограмм, заключили, что в случае применения составного ударника имеют место два удара, первый из которых по породе (металлу) наносит корпус ударника, а второй, по днищу корпуса с передачей ударного импульса в породу (металл), — его вставка. При этом время суммарного ударного воздействия этих двух ударов превышает продолжительность удара, наносимого ударником цельной конструкции той же массы. Сделан вывод о том, что при обеспечении развиваемого при ударе усилия, достаточного для образования трещин, возрастание времени удара приводит к увеличению эффективности контактного и объемного разрушения породы, а также к возрастанию массы деформированного металла и доли энергии, расходуемой на его пластическую деформацию.

 

Ключевые слова: составной ударник, увеличенная продолжительность удара, контактное разрушение песчаника, раскалывание, пластическая деформация металлов.
Как процитировать:

Болобов В. И., Плащинский В. А. Влияние продолжительности удара на эффективность разрушения горных пород и пластического деформирования металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 3. – С. 78–96. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_78.

Благодарности:

Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 г. № FSRW-2020-0014.

Номер: 3
Год: 2022
Номера страниц: 78-96
ISBN: 0236-1493
UDK: 620.172.2:622.236
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_78
Дата поступления: 12.11.2021
Дата получения рецензии: 14.12.2021
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.02.2022
Информация об авторах:

Болобов Виктор Иванович1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: boloboff@mail.ru,
Плащинский Вячеслав Алексеевич1 — аспирант,
1 Санкт-Петербургский горный университет.

Контактное лицо:

Болобов В.И., e-mail: boloboff@mail.ru.

Список литературы:

1. Боярских Г. А., Мамонтов Н. П., Федосеев А. П. Аналитическая оценка энергоемкости разрушения кусков горных пород малоцикловыми ударными нагрузками / Материалы международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2008. — С. 289—293.

2. Khoreshok A., Mametiev L., Tsekhin A., Borisov A. Relationship between the power of the two-bit cutting body rotation drive of the roadheader and hardness of broken rock // E3S Web of Conferences. 2018, vol. 41, no. 54, article 03017. DOI: 10.1051/e3sconf/20184103017.

3. Прокопенко С. А., Лудзиш В. С., Курзина И. А., Сушко А. В. Результаты промышленных испытаний шахтных резцов многоразового применения // Горный журнал. — 2015. — № 5. — C. 67—70. DOI: 10.17580/gzh.2015.05.14.

4. Зедгенизов В. Г., Аль Cаккаф Халед С. Т. Результаты исследования рабочего процесса ударника для разрушения негабаритов горных пород на математической модели // Вестник ИрГТУ. — 2013. — № 7(78). — C. 18—22.

5. Литвиненко В. С., Двойников М. В. Обоснование выбора параметров режима бурения скважин роторными управляемыми системами // Записки Горного института. — 2019. — Т. 235. — C. 24—29. DOI: 10.31897/pmi.2019.1.24.

6. Григорьев Б. С., Елисеев А. А., Погарская Т. А., Торопов Е. Е. Математическое моделирование дробления грунта и многофазного течения бурового раствора при бурении скважин // Записки Горного института. — 2019. — Т. 235. — C. 16. DOI: 10.31897/PMI.2019.1.16.

7. Prokopenko S. A., Vorobiev A. V. Recovery of worn-out picks in rock breaking // Eurasian Mining. 2018, no. 1, рр. 27—30. DOI: 10.17580/em.2018.01.06.

8. Королев И. А., Лавренко С. А. Исследование процесса разрушения кембрийских глин резанием при проходке выработок метро Санкт-Петербурга // Горный журнал. — 2018. — № 2. — C. 53—58. DOI: 10.17580/gzh.2018.02.08.

9. Дворников Л. Т., Жуков И. А. Рациональное проектирование ударных систем технологического назначения // Вестник СибГИУ. — 2012. — № 2. — C. 15—20.

10. Клишин И. В. Безвзрывная технология переработки скальной вскрыши, негабаритных кусков и зачистки взрывных блоков при разработке каменных карьеров в АлтаеСаянском регионе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — № 4. — C. 313—316.

11. Керимов З. Э. Гидравлические машины ударного действия и их практическое применение // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2019. — № 10. — С. 481—489.

12. Sementsov V. V., Prokopenko S. A., Ludzish V. S., Abramov V. V. Design and industrial testing of innovative nonexpendable picks for cutter-loaders // Eurasian Mining. 2019, no. 2, рр. 59—63. DOI: 10.17580/em.2019.02.13.

13. Prokopenko S., Sushko A., Kurzina I. New design of cutters for coal mining machines // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015, vol. 91, рр. 1—8. DOI: 10.1088/1757-899X/91/1/012058.

14. Задков Д. А., Габов В. В., Кхак Линь Нгуен Особенности формирования элементарных сколов в процессе резания углей и изотропных материалов эталонным резцом горных машин // Записки Горного института. — 2019. — Т. 236. — С. 153—160. DOI: 10.31897/pmi.2019.2.153.

15. Прокопенко С. А., Лудзиш В. С., Курзина И. А. Разработка комбайновых резцов нового класса // Горный журнал. — 2017. — № 2. — С. 75—78. DOI: 10.17580/gzh.2017.02.14.

16. Zhukov I. A., Smolyanitsky B. N., Timonin V. V. Improvement of down-the-hole air hammer efficiency by optimizing shapes of colliding parts // Journal of Mining Science. 2018, vol. 54, no. 2, pp. 212—217.

17. Юнгмейстер Д. А. Сакерин А. С., Королев Р. И., Карлов В. А. Модернизация гидравлических бурильных головок // Горное оборудование и электромеханика. — 2017. — № 4. — С. 8—13.

18. Shishlyannikov D. I., Zvonarev I. E. Investigation of the destruction process of potash ore with a single cutter using promising cross cutting pattern // Applied Sciences. 2021, vol. 11, no. 1, pp. 464—464. DOI: 10.3390/app11010464.

19. Linh N. K., Gabov V. V., Lykov Y. V., Urazbakhtin R. Y. Evaluating the efficiency of coal loading process by simulating the process of loading onto the face conveyor with a shearer with an additional share // International Journal of Engineering. 2021, vol. 34, no. 7, pp. 1804—1809.

20. Жуков И. А., Сараханова Е. В. Теоретические основы синтезирования форм бойков ударных систем технологического назначения // Известия ТПУ. — 2009. — № 2. — С. 173—177.

21. Шер Е. Н., Ефимов В. П. Моделирование развития трещины в горной породе, возникающей при ударе клиновидного инструмента // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2015. —№ 3. — С. 281—286.

22. Шадрина А. В., Саруев Л. А. Экспериментальное исследование влияния параметров ударной системы на разрушение гранита // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № S4-1. — С. 276—280.

23. Шадрина А. В. Оценка влияния формы и энергетических параметров силового импульса на показатели разрушения горной породы // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1-1. — С. 407.

24. Шрейнер Л. А., Петрова О. П. Зоны пластической деформации и механизм разрушения пластичных горных пород при вдавливании / Вопросы деформации и разрушения горных пород при бурении. — М., 1961. — 111 с.

25. Павлова Н. Н., Шрейнер Л. А. Разрушение горных пород при динамическом нагружении. — М.: Недра, 1964. — 160 с.

26. Остроушко И. А. Разрушение горных пород при бурении. — М.: Госгеолиздат, 1952. — 254 с.

27. Соколинский В. Б. Машины ударного разрушения. — М.: Машиностроение, 1982. — 151 с.

28. Лавриненко В. Ю., Складчиков Е. Н., Стоилковски Ф. И. Экспериментальные исследования процесса прошивки заготовки бабой ковочного молота с наполнителем // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2019. — № 5. — С. 203—209.

29. Лавриненко В. Ю. Определение сил деформирования и работы деформации при осадке на молотах // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2013. — № 1. — С. 146—149.

30. Лавриненко В. Ю., Семенов Е. И., Феофанова А. Е. Расчет процессов осадки на молотах при деформировании бабой молота с наполнителем // Известия высших учебных заведений. — 2014. — № 1. — С. 10—17.

31. Лавриненко В. Ю., Семенов Е. И., Феофанова А. Е. Экспериментальное исследование удара при осадке на молотах в условиях горячего деформирования // Известия МГТУ «МАМИ». — 2013. — Т. 7. — № 2-2. — С. 191—194.

32. Феофанова А. Е., Лавриненко В. Ю., Семенов Е. И. Патент на полезную модель РФ № 94182. Устройство бабы молота с контролируемым временем удара при деформировании заготовки, опубл. 20.05.2010. Бюл. № 14.

33. Ботвинкин А. К., Моисеев Е. Б., Хворостин В. Н. Патент на изобретение РФ № 2368782. Устройство ударного действия, опубл. 27.09.2009. Бюл. № 27.

34. Феофанова А. Е., Демин В. А., Евсюков С. А., Лавриненко В. Ю., Семенов Е. И. Патент на изобретение РФ № 2438825. Баба молота, опубл. 10.01.2012. Бюл. № 1.

35. Явтушенко О. В., Фадеев П. Я. Патент на полезную модель РФ № 1771509. Составной ударник для разрушения негабаритов, опубл. 23.10.1992. Бюл. № 39.

36. Болобов В. И., Бинь Л. Т., Плащинский В. А. О распространении трещины по горной породе при ударе // Обогащение руд. — 2019. — № 6. — С. 3—5. DOI: 10.17580/ or.2019.06.01.

37. Болобов В. И., Плащинский В. А., Борисов С. В., Бинь Л. Т. О соотношении параметров разрушения породы в статических и динамических условиях // Обогащение руд. — 2021. — № 5. — C. 3—9. DOI: 10.17580/or.2021.05.01.

38. Шелковников И. Г. Использование энергии удара в процессах бурения. — М.: Недра, 1977. — 160 с.

39. Панкратенко А. Н. Определение удельной поверхностной энергии разрушения пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2002. — № 9. — C. 11—14.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.