Контрольная работа: Проблемы совершенствования горной техники
Гидроабразивное резание - новое и весьма перспективное в угольной промышленности России научно-техническое направление. Суть его состоит в разрезании весьма тонкими (доли миллиметров) струями воды сверхвысокого давления (250-350 МПа) с абразивом, создаваемого мультипликатором, который обеспечивает двадцатикратное увеличение давления рабочей жидкости - воды. Это позволяет глубоко разрезать угольный массив (даже без абразива), горные породы толщиной до 400 мм и более и металлические плиты толщиной до 200 мм (с применением абразива). Такая технология позволяет производить названные работы без выделения пыли, газов и тепла.
За рубежом гидроабразивное резание получило огромную популярность. Мировыми лидерами в области использования гидроабразивных струй в разных областях промышленности являются фирмы из Швеции, Германии, Великобритании и др.
В нашей стране подобными работами занимается, например, Всероссийский научно-технический институт технической физике имени акад. Е.И.Забабахина. А так же ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского.
В настоящее время в ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского в сотрудничестве с ООО фирмой "НИТЕП" и Скуратовским ОЭЗ разработан и изготовлен «Мобильный агрегат гидроабразивный» МАГ, предназначенный для механизации монтажных, демонтажных и других вспомогательных работ в шахтных условиях, связанных с резанием крепких абразивных горных пород, бетона, железобетона и других твердых материалов.
При разработке режущего модуля гидроабразивного агрегата особое внимание уделялось созданию гидроабразивного инструмента. Его конструкция должна была обеспечивать рациональные параметры резания металлоконструкций, листового металла и возможность нарезания глубоких (100-300 мм) зарубных щелей в крепких абразивных горных породах, а также в бетоне и железобетоне. Для решения указанных задач в ИГД им. А.А. Скочинского был разработан и испытан экспериментальный образец режущего инструмента нового технического уровня.
В отличие от известных зарубежных и отечественных аналогов, конструкция инструмента позволяла изменять геометрические параметры его проточной части в зависимости от решаемых технологических задач и обеспечивать оптимальные условия формирования гидроабразивных струй.
Основными ее отличиями являются технические решения, направленные на обеспечение высокого качества формирования водяной струи и обеспечения ее соосности с проточным каналом коллиматора.
Эффективность указанных решений особенно очевидна при использовании струеформирующих насадок диаметром d = 1,0-1,5 мм, необходимых для нарезания глубоких зарубных щелей в крепких абразивных материалах. При этом возникает необходимость увеличения длины камеры смешивания, а также диаметра и длины используемых коллиматоров, что предъявляет повышенные требования к компактности водяной струи и усложняет ее центрирование. Необходимо отметить, что конструкция струеформирующего устройства позволяет использовать его в качестве гидравлического резака для выполнения вспомогательных работ не требующих использования абразива, что существенно расширяет возможные области применения агрегата.
Процесс формирования гидроабразивной струи может быть форматизирован следующем образом. Регулируемое с помощью дозатора количество абразива поступает в камеру смешивания. На начальном этапе формирования абразивной струи после контакта с периферийными слоями струи воды, частицы абразива приобретают все большую осевую скорость, совершая хаотические скачки между внутренней поверхностью камеры смешивания и струей воды, частота и амплитуда которых зависит от диаметра камеры смешивания, а также диаметра и скорости водяной струи.
Испытания подтвердили эффектность резания гранитного массива с параметрами и режимами работы гидроабразивного инструмента. Все агрегаты комплекса мобильного оборудования МАГ показали свою работоспособность и высокую надежность при эксплуатации в полевых условиях. Кроме того, была продемонстрирована возможность использования технологии гидроабразивного резания в сочетании с другими способами разрушения.
Виброактивное разрушение.
Одной из проблем дальнейшего развития проходческой техники для горной промышленности является создание комбайнов, обеспечивающих проведение подготовительных выработок по крепким породам. В настоящее время на горных предприятиях работают преимущественно проходческие комбайны избирательного действия, имеющие стреловидный исполнительный орган, оснащенный резцовой коронкой или барабанным рабочим органом.
Конструктивные особенности этих машин наиболее отвечают технологии проведения выработок по углю и смешанным забоям и преимущественно используются на породах крепостью усж = 60 МПа. Попытки их применения для разрушения для разрушения более крепких пород за счет увеличения мощности привода и усовершенствования режущего инструмента не позволило создать эффективную конструкцию комбайна.
Параллельно создавались проходческие комбайны непрерывного действия, позволяющие заметно увеличить мощность привода на разрушение пород, использовать эффективно использовать шарошечный инструмент. Однако ограниченная область горно-технических условий их применения для проведения выработок не позволяет считать данное направления перспективным.
Одним из определяющих направлений создания комбайнов для крепких пород признан комбинированный способ, предусматривающий соединение традиционного механического резания с дополнительными динамическим, гидравлическим, вибрационным и другими воздействиями на разрушаемый массив. Такая комбинация силовых факторов позволила создать серию исполнительных органов к проходческим комбайнам избирательного действия, ориентированных на разрушение пород повышенной крепости.
Начиная с 1983 года на кафедре горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» ведутся работы по созданию исполнительных органов стрелкового типа, сочетающих механическое разрушение с вибрационным воздействием на массив – виброактивных исполнительных органов. Назначение исполнительных органов данного типа состоит в обеспечении проведения выработок в смешанных забоях по углю и породным прослойкам крепостью усж ≤ 80 МПа.
Одним из путей решения проблемы разработки крепких пород является создание машины, привод которой позволяет получать кратковременные импульсы силы большой величины. Разрушение крепкой породы может быть достигнуто также путем воздействия кратковременными импульсами сравнительно небольшой величины, повторяющимися большое число раз, т.е. по сути дела, путем воздействия вибрационной силы.
Зона, породы подверженная воздействию вибрации, мала, но вследствие высокой частоты вибрации, проникновение рабочего органа в породу может происходить довольно быстро. Энергия, необходимая для разработки породы, зависит от размера зоны разрушения и степени разрушения материала.
С целью расширения технологических возможностей проходческих комбайнов избирательного действия кафедрой горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» был предложен совершенно иной принцип активизации рабочего органа. В качестве генератора кратковременных импульсов было предложено использовать в приводах горных машин дифференциальные вибраторы крутильных колебаний.
Вибратор способен создавать на рабочем органе момент, изменяющийся по периодическому закону. В этом случае на рабочем органе машины возможно получение усилий, в отдельные промежутки времени значительно превышающих усилия от привода традиционного исполнения, что, в свою очередь, может повысить эффективность работы комбайна в крепких породах и увеличить производительность в более слабых породах.
На основании изложенного можно сделать вывод, что оснащение комбайнов виброактивными исполнительными органами является перспективным направлением совершенствования их конструкции, позволяющим повысить производительность до крепости пород усж =70...80 МПа.
3. Струйная технология и техника
Технология струйной цементации грунтов (далее по тексту СЦГ), которая отображает тему моей диссертационной работы, появилась практически одновременно в Японии, Италии, Англии. На сегодняшний день, машины, реализующие СЦГ, интенсивно эксплуатируются по всему миру, позволяя эффективно решать традиционные и новые технологические задачи в промышленном и гражданском строительстве, а также строительстве подземных сооружений.
Техническая идея СЦГ заключается в использовании энергии высокоскоростной струи водоцементного раствора для разрушения массива грунта и одновременного перемешивания получаемой массы. После твердения массы образуется новый материал - грунтобетон, обладающий достаточно высокими физико-механическими характеристиками.
В общем случае комплект технологического оборудования, необходимого для реализации технологии СЦГ состоит из следующих элементов:
- буровая установка;
- станция приготовления водоцементного раствора;