ГОРНЫЕ МАШИНЫ

Оригинальная статья

 

УДК 622.232:62-31/-32 © К.Б. Кызыров, А.А. Митусов, В.Л. Исаев, С.А. Жакенов, О.С. Решетникова, 2020

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 4-2020 /1129/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-4-51-56

 

Название

Оптимизация конструктивных параметров цапфенного распределителя гидроударника

 

Авторы

Кызыров К.Б., канд. техн. наук, профессор кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация», КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: kyzyrovkairulla@gmail.com

Митусов А.А., доктор техн. наук, профессор кафедры «Инженерные сети, теплотехника и гидравлика» ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 656038, г. Барнаул, Россия, e-mail: anatmitusov@mail.ru

Исаев В.Л., канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры «Энергетические системы» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан

Жакенов С.А., советник директора ТОО «Торговый дом Каргормаш-М», 100000, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: td_kargormashm@mail.ru

Решетникова О.С., старший преподаватель кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: olga.reshetnikova.80@mail.ru

 

Аннотация

Выработаны требования к определению оптимальных параметров цилиндрического вращающегося распределителя гидроударника из условия наилучшего воспроизведения идеального закона движения бойка в реальном механизме. В качестве критерия оптимизации принята ударная мощность ударного механизма, а ограничения - потери мощности в распределителе. Разработана методика решения задачи оптимизации, заключающаяся в выявлении параметров с узкой зоной влияния, установлении оптимальных зависимостей между параметрами распределителя внутри рассматриваемых зон. Определены зависимости оптимальных значений ширины напорных и сливных щелей от энергии и частоты ударов, давления питания, свойств жидкости и других параметров. Исследования проводились в рамках выполнения научной темы «Создание и исследование гидравлического механизма ударного действия для производства горных и строительных работ» по грантовому финансированию по заказу МОН РК на 2018-2020 гг.

 

Ключевые слова

Гидроударник, рабочий цикл, цапфенный распределитель, критерий оптимизации, целевая функция, ударная мощность, потери мощности, щель золотника.

 

Список литературы

1. К вопросу оптимизации рабочих циклов гидрообъемных ударных механизмов / К.Б. Кызыров, А.А. Митусов, В.Л. Исаев и др. // Горное оборудование и электромеханика. 2019. №1. С. 20-25.

2. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов. 8-ое изд., перераб. и доп. М.: Изд-во «Майнинг Медиа Групп», 2013. 594 с.

3. Development Status of Hydraulic Hammers and Development Trends of Hydraulic hammers Used in Oil and Gas Well Drilling. Electronic / Xueqin Huang, Gui Hu, Qingkun Meng, Xiaofeng Zheng // Journal of Geotechnical Engineering. 2016. Р. 5453-5464.

4. Новосельцева М.В. Гидроимпульсный механизм бурильных машин для алмазного бурения горных пород // Современные наукоемкие технологии. 2017. №6. С. 72-76.

5. Геронимус Я.Л. Динамический синтез механизмов по Чебышеву. Харьков: ХГУ, 1958. 133 с.

6. CFD analysis of flow forces and energy loss characteristics in a flapper–nozzle pilot valve with different null clearances / N.Z. Aung, Q. Yang, M. Chen, S. Li. // Energy conversion and management. 2014. Vol. 83. P. 284-295.

7. Поляков В.И., Скорубский В.И. Основы теории алгоритмов. СПб.: СПб НИУ ИТМО, 2012. 51 с.

8. Walter Franco. A model-based methodology for rapid designing of hydraulic breakers // International Journal of Fluid Power. 2017. Vol. 18. Issue 2. P. 102-110.

9. Решетникова О.С. Исследование характеристик движения бойка гидравлического молота / Труды университета. Караганда: Изд-во КарГТУ, 2014. №2. С. 32-35.

10. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: справочник. М.: Машиностроение, 2008. 640 с.

11. Хохлов В.А. Электрогидравлический следящий привод. М.: Наука, 1966. 427 с.

12. Designing the Controller of a Servo Valve by Simulation / N. Vasiliu, I. Costin, C. Călinoiu et al. // Studies in Informatics and Control. 2016. N 1. Vol. 25. Р. 51-58.

13. Shizurou Konami, Takao Nishiumi. Hydraulic Control Systems. Theory and Practice. Japan, World Scientific, 2016. 328 p.

14. Pournazeri M., Khajepour A., Huang Y. Development of a new fully flexible hydraulic variable valve actuation system for engines using rotary spool valves // Mechatronics. 2017. Vol. 46. P. 1-20.

15. Абpамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидpопpивода: Спpавочник. Киев: Техника, 1977. 320 с.

 

Иллюстрации

Рис. 1. Конструктивная схема гидроударника: ПБ – поршень-боек; И – инструмент; К – корпус; Г – гильза; З – золотник; А_н – аккумулятор напорный; А_с – аккумулятор сливной; Н – напор; С – слив; К_х.х – камера холостого хода; К_р.х – камера рабочего хода; S_x – площадь камеры холостого хода; S_p - площадь камеры холостого хода

Рис. 2. Фрагменты совмещенной развертки распределительной гильзы и золотника и картина утечек и перетечек в распределителе во время подсоединения управляемой камеры с напорной (а) и сливной (б) магистралями соответственно

Рис. 3. Зависимость изменения длин перетечек через напорные и сливные щели золотника от фактической величины перекрытия: а, б – соответственно через напорные и сливные щели; 1, 2 – соответственно в направлении и против вращения золотника

 

Для цитирования

Оптимизация конструктивных параметров цапфенношо распределителя гидроударника / К.Б. Кызыров, А.А. Митусов, В.Л. Исаев и др. // Уголь. 2020. № 4. С. 51-56. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-4-51-56.

 

Информация о статье

Поступила в редакцию: 10.01.2020

Одобрена рецензентами: 06.02.2020

Принята к публикации: 03.03.2020

 

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Оптимизация конструктивных параметров цапфенного распределителя гидроударника», авторы: Кызыров К.Б., Митусов А.А., Исаев В.Л., Жакенов С.А., Решетникова О.С.

 

Рецензент

Глотов Б.Н., доктор техн. наук, профессор, декан факультета заочно-дистанционного образования КарГТУ.

 

В представленной на рассмотрение статье изложены результаты исследований по определению оптимальных конструктивных параметров распределительного устройства цапфенного типа применительно к высокочастотным гидрообъемным ударным устройствам. Ударные устройства такого типа нашли широкое применение в буровых установках при проходке горных выработок по породным забоям, в машинах по ремонту старых выработок, в устройствах для разрушения негабаритов буровзрывным способом и т.п.

Авторы статьи закладывают в основу исследования реализацию оптимального рабочего цикла бойка ударного устройства, определенного в результате предыдущих исследований. Конструктивная схема распределительного устройства известна и заложена в основу ряда машин, таких как радиально-поршневые насосы и гидромоторы, высокочастотные гидравлические вибраторы, показавшие на практике высокую эксплуатационную надежность.

Новизна результатов исследований заключается в том, что рекомендуемые зависимости позволяют реализовать оптимальный рабочий цикл бойка с минимальными потерями энергии в элементах распределителя, что позволяет создать гидроударники с высоким КПД.

Гидравлические процессы, происходящие в цапфенном распределителе, строго увязаны с динамикой движения бойка в каждой фазе оптимального рабочего цикла, таких как разгон в фазе обратного хода, торможение с рекуперацией энергии в конце обратного хода, разгон бойка в фазе рабочего хода, заканчивающийся ударом по инструменту.

Полученные расчетные зависимости универсальны, позволяют конструировать цапфенные распределители с оптимальными параметрами для гидроударников с различными энергочастотными характеристиками и обеспечивают оптимальный рабочий цикл с высоким коэффициентом полезного действия.

В целом содержание рецензируемой статьи структурировано и логически увязано. Материал изложен на профессиональном языке. Статья «Оптимизация конструктивных параметров цапфенного распределителя гидроударника» рекомендуется для публикации в журнале «Уголь».