авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Обоснование параметров и разработка дроссельного пневматического ударного механизма для замены трубопроводов водоотведения

На правах рукописи

Дедов Алексей Сергеевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ДРОССЕЛЬНОГО ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ДЛЯ ЗАМЕНЫ ТРУБОПРОВОДОВ ВОДООТВЕДЕНИЯ Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2012 1

Работа выполнена в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) на кафедре "Строительные машины, автоматика и электротехника".

Научный руководитель – доктор технических наук, доцент, Абраменков Дмитрий Эдуардович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Данилов Борис Борисович;

доктор технических наук, профессор Гилета Владимир Павлович Ведущее предприятие – Сибирская государственная автомобильно – дорожная академия (СибАДИ, г. Омск)

Защита диссертации состоится «18» мая 2012 г. в 1430 час. на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 в Институте горного дела СО РАН по адресу: 630031, г. Новосибирск, Красный проспект, 54.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела СО РАН.

Автореферат разослан «17» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Попов Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение бестраншейных методов замены подземных водоотводящих коммуникаций в России и за рубежом обусловлено ведением работ на ограниченных участках городских территорий, включающих транспортные магистрали, различного назначения, строительные объекты и площадки, а также высокой стоимостью проведения работ траншейными ме тодами, которые могут оказаться неоправданными по экономиче ским расходам на восстановление территорий городского ланд шафта. Устройство траншей в некоторых случаях (пожаро- и взрывоопасные объекты) просто недопустимо.

Учитывая, что на территории Российской Федерации ежегод ной замене подлежит значительная протяженность сетей водоот ведения, становится очевидно, что решением проблемы своевре менной замены трубопроводов водоотведения может быть при менение бестраншейных методов. Учитывая отмеченное, иссле дования направленные на разработку комплектов оборудования с улучшенными техническими, энергетическими и эргономически ми характеристиками являются актуальными.

Данная работа выполнялась по научному направлению гос.

рег. № 01940009360 Новосибирского государственного архитек турно – строительного университета "Разработка на основе им пульсных систем новых и повышение эффективности существу ющих ручных машин и инструментов, применяемых в промыш ленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в условиях Сибири", гранта МО РФ "Разработка научных основ ба ро- и термодинамической модели дроссельной пневматической машины ударного действия для технологических процессов в строительном комплексе" (№ 98-21-4;

6-146) "Разработка научных основ создания пневматической машины ударного действия с форсажем рабочего процесса" (№ TOO-12.4-27). "Исследование механизма трансформации энергии воздуха в работу и баро- и термодинамическая теория поршневой машины ударного дей ствия" (МО 1.3.04). Материалы исследований докладывались на ВНТК Новосибирского государственного архитектурно – строи тельного университета (Новосибирск, 2006 – 2011 г), ВНТК (г. Рубцовск), Расширенном научно – техническом семинаре (г. Самара, 2011 г).

Целью работы является разработка дроссельного пневмати ческого механизма машины ударного действия для бестраншей ной замены трубопроводов водоотведения с улучшенными эрго номическими, техническими и энергетическими характеристика ми.

Идея работы заключается в улучшении показателей рабочего цикла пневматической машины ударного действия за счет приме нения камеры форсажа, расположенной со стороны камеры холо стого хода.

Объект исследований. Пневматические машины ударного действия для проходки подземных скважин, протяжки труб водо отведения бестраншейным методом для эксплуатации в городских условиях.

Предмет исследований. Зависимости энергетических пара метров от геометрических соотношений рабочих объемов камер и проходных сечений впускных дроссельных каналов, координат расположения элементов системы форсажа и выпускных каналов дроссельного пневматического ударного механизма.

Задачи исследования.

1. Обоснование направлений совершенствования существующих пневмоударных машин для реконструкции инженерных ком муникаций водоотведения.

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы пневматического ударного механизма 3. Исследование взаимозависимостей параметров рабочего про цесса пневматического ударного механизма.

4. Определение рациональных соотношений энергетических па раметров рабочего процесса и уточнение методики инженерно го расчета пневматического ударного механизма с камерой форсажа холостого хода.

5. Создание экспериментального образца пневматического удар ного механизма, и его исследование в лабораторных условиях.

Методы исследований. В работе применялся комплекс ме тодов: статический анализ и обобщение результатов известных опытов;

теоретические разработки с использованием методов ме ханики;

математическое и физическое моделирование рабочего процесса пневматического ударного механизма с целью установ ления рациональных соотношений между энергетическими и гео метрическими параметрами;



экспериментальные исследования эффективности разработанного пневматического ударного меха низма с камерой форсажа холостого хода и сопоставление резуль татов с полученными другими в подобных исследованиях.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. Уменьшение габаритных размеров и массы, дроссельного пневматического ударного механизма, у которого длина ударника не зависит от величины его хода и ударник является единствен ной подвижной деталью в системе воздухораспределения дости гается применением камеры форсажа холостого хода и подвиж ной центральной трубки воздухоподвода, при этом энергия и ча стота ударов повышается до 10 %.

2. Устойчивость энергетических параметров механизма с ка мерой форсажа холостого хода достигается выбором его рацио нальных геометрических параметров и обеспечивается следую щими значениями геометрических соотношений: объмов камер холостого хода и форсажа от 3 до 5;

площадей проходных сече ний дросселя впуска из предкамеры в камеру форсажа и дросселя впуска в камеру холостого хода от 8 до 10;

площадей проходных сечений дросселей впуска и выпуска из камеры форсажа и дрос селя впуска из предкамеры в камеру форсажа холостого хода от до 7;

координат начала впуска воздуха из камеры форсажа в ка меру холостого хода и начала выпуска воздуха в атмосферу из камеры холостого хода от 0,3 до 0,5.

3. Увеличение энергии единичного удара до 19 %, частоты ударов до 5 %, удельного расхода воздуха до 22 % и удельного съема мощности с единицы площади ударника до 14 %, достига ется при коэффициенте отскока ударника от хвостовика рабочего инструмента от 0,1 до 0,4 в диапазоне изменения соотношения координат начала впуска воздуха из камеры форсажа в камеру холостого хода и начала выпуска в атмосферу из камеры холо стого хода от 0,2 до 0,5.

Достоверность научных положений. Основана:

- анализом направлений совершенствования пневматических ударных механизмов с воздухораспределением ударником (по патентным материалам за период с 1877 по 2011 гг.);

- анализом математических моделей и методов расчета рабо чих процессов пневматических ударных механизмов машин с раз личными типами воздухораспределения (за период 1900 - 2011 гг);

- сопоставлением параметров рабочего процесса дроссельно го пневматического ударного механизма с камерой форсажа холо стого хода, полученных при аналогичных исследованиях другими авторами;

- анализом результатов моделирования рабочих процессов с различными настройками основных энергетических параметров, геометрических соотношений и коэффициентов отскока ударника от рабочего инструмента;

- исследованием на ЭВМ и в лабораторных условиях образца пневматического ударного механизма с камерой форсажа холо стого хода и подвижной центральной трубкой воздухоподвода.

Научная новизна заключается:

- в разработке на уровне изобретений (патенты РФ №№ 2301890, 2327872, 2336989, 2336990) принципиальных схем дроссельных пневматических ударных механизмов с управляе мым перепуском воздуха между рабочими камерами и дроссель ных пневматических ударных механизмов с камерой форсажа хо лостого хода и подвижной центральной трубкой воздухоподвода;

- в разработке математической модели, описывающей рабо чий процесс дроссельного пневматического ударного механизма с камерой форсажа холостого хода с подвижной центральной труб кой воздухоподвода;

- в установлении взаимозависимостей и закономерностей между основными энергетическими параметрами и геометриче скими соотношениями между объемами рабочих камер, площадя ми проходных сечений дросселей впуска, форсажа и выпуска воз духа из камер;

- в установлении аналитических и графических зависимостей для инженерного расчета основных геометрических параметров дроссельного пневматического ударного механизма с камерой форсажа холостого хода и подвижной центральной трубкой воз духоподвода в диапазоне до трех порядков изменения энергии единичного удара, приемлемого для конкретных условий эксплуа тации машин ударного действия.

Практическая значимость заключается в разработанной инженерной методике расчета дроссельного пневматического ударного механизма с заданной структурой ударной мощности с камерой форсажа холостого хода пневматической машины удар ного действия для реконструкции систем водоотведения бестран шейным методом для эксплуатации в городских условиях.





Личный вклад автора состоит в формулировании цели и общей идеи работы, выполнении теоретической части, моделиро вании на ЭВМ и участии в экспериментальной части исследова ний, анализе и обобщении результатов, разработке методики рас чета дроссельного пневматического ударного механизма с каме рой форсажа холостого хода, которая позволяет определить гео метрические параметры по заданным: энергии и частоте ударов.

Реализация работы:

1. Методики расчета дроссельного пневматического ударно го механизма с камерой форсажа холостого хода переданы пред приятиям:

- Рубцовский филиал ОАО НПК "Уралвагонзавод".

2. Результаты работы внедрены в учебный процесс для сту дентов специальности 270113 "Механизация и автоматизация строительства".

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались и были одобрены на международных и всероссийских НТК и научных семинарах в Самарском ГАСУ, Сибирской автомобиль но-дорожной академии (СибАДИ), Новосибирском ГАСУ, Руб цовском филиале АлтГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы научные работы, из них 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 4 патента на изобретения РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе ния, 5 разделов, заключения, библиографического списка, прило жений и включает 172 страницы машинописного текста, в том числе 99 рисунков, 11 таблиц, библиографический список из наименований работ отечественных и зарубежных авторов. При ложения содержат 61 страницу, в том числе 39 рисунков и 34 таб лицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирова ны цель и задачи исследования, представлена научная новизна и практическая значимость. Отмечен личный вклад автора, показа ны реализация и апробация работы, приведены ее объем и струк тура.

В первом разделе (состояние средств механизации водоот ведения, задачи исследования) показано общее состояние про блемы реконструкции инженерных коммуникаций водоотведения и состояние существующих средств механизации бестраншейных методов реконструкции. Выполнен анализ конструктивных ис полнений пневмоударных машин, как основного оборудования комплектов реконструкции систем водоотведения бестраншей ным способом. Анализ показал, что подавляющее большинство пневмопробойников зарубежных и отечественных фирм имеют бесклапанную систему воздухораспределения.

Отмечена необходимость улучшения эргономики за счет снижения габаритов и массы, увеличения ударной мощности, дол говечности и надежности пневмоударных машин с целью повы шения производительности при реконструкции сетей водоотведе ния. На основании анализа состояния вопроса механизации сфор мулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе (выбор и обоснование принципиальной схемы пневматического ударного механизма и разрушающего ор гана пневматической машины ударного действия для замены тру бопроводов водоотведения) приведены обоснование и выбор схе мы пневматического ударного механизма для машины ударного действия, как основной машины комплекта для реконструкции систем водоотведения. Рассмотрена и обоснована схема передачи ударного импульса на хвостовик рабочего инструмента и режу щий колпак.

Выбор схемы ударного механизма проведен с учетом следу ющих требований: простота и технологичность конструкции;

ми нимальные размеры и масса;

гарантированный запуск и устойчи вая работа в любом пространственном положении и в широком диапазоне изменений давления и температуры воздуха, подводи мого к механизму, коэффициентов отскока ударника от инстру мента и изменений соотношений геометрических параметров впуска, перепуска, форсажа и выпуска воздуха. В наибольшей степени этим требованиям отвечает дроссельный пневматический ударный механизм а.с. СССР №247179, который был принят за основу и наделен элементами совершенствования, защищенными патентами РФ (№№ 2301890, 2327872, 2336989, 2336990). Основ ными элементами приняты: камера форсажа со стороны камеры холостого хода;

подвижная центральная трубка воздухоподвода и форма форсажных каналов.

На основании анализа разработанных механизмов принят ме ханизм по патенту РФ №2336990 (Рисунок 1). Наличие камеры форсажа позволяет: изменить форму импульса холостого хода, сократить расход сжатого воздуха и повысить ударную мощность механизма.

Рисунок 1. Дроссельный пневматический ударный механизм с камерой форсажа холостого хода и центральной подвижной трубкой Сжатый воздух из сети по каналу А корпуса 1 постоянно по ступает в предкамеру Б, откуда по кольцевому дроссельному ка налу В в камеру Г рабочего хода и из нее по перепускному каналу Д в аккумуляционную камеру Е. Одновременно воздух из камеры Б по каналу Ж в подвижной трубке 2 и ее щелевой канал И и да лее перепускной канал К в ударнике 3, канал форсажа Л корпуса 1 поступает в камеру М форсажа и через дроссельный канал Н запуска в камеру О холостого хода.

Опорожнение камеры Е посредством камеры Г, а также ка меры М посредством камеры О осуществляется через выпускной канал П периодически в зависимости от положения ударника.

Под действием разности силовых импульсов давления со сто роны камер Г и О ударник совершает возвратно - поступательное движение и периодически наносит удары по инструменту 4.

Форсаж камеры О осуществляется воздухом посредством камеры М в последовательности: заполнение камеры М через ка налы Ж, И, К, Л в конце рабочего хода и начале холостого ходов ударника, до величины сетевого, и опорожнение через канал Л при сообщении с камерой О при холостом ходе.

В третьем разделе (исследование рабочего процесса дрос сельного пневматического ударного механизма с камерой форса жа холостого хода на математической модели).

Изучению динамики рабочего процесса пневматических ударных механизмов посвящены работы российских ученых:

П.М. Алабужева, О.Д. Алимова, А.М. Ашавского, В.П. Гилеты, В.Ф. Горбунова, В.А. Григоращенко, Н.Н. Есина, А.Л. Исакова, Н.А. Клушина, А.Д. Костылева, А.М. Петреева, Д.Г. Суворова, Б.В. Суднишникова, К.К. Тупицына, А.И. Федулова, а также ра боты их учеников и последователей. Положительная роль в разви тии теоретических исследований принадлежит М.А. Мамонтову в области термодинамики переменного количества газа, Е.В. Герц и Г.В. Крейнену по приводам машин – автоматов, Л.А. Залманзону по элементам и системам пневмоники. Их работы оказали суще ственное влияние на развитие теории дроссельных пневматиче ских ударных механизмов (ДПУМ), отличие которых характери зуется наличием только одного подвижного элемента в системе – ударника и независимостью длины ударника от его хода.

Исследованию ДПУМ, как нового класса пневматических удар ных механизмов, посвящены работы Д.Э. Абраменкова и Э.А. Абра менкова, Н.А. Клушина. А.А. Кутумова, А.М. Петреева, А.Г. Бога ченкова, Т.Ю. Виговской, С.В. Гаршина, А.А. Липина, Л.Л. Лысенко, Р.Ш. Шабанова, В.В. Чичканова и др. Однако результаты этих ис следований не могут быть полностью распространены на ДПУМ с камерой форсажа холостого хода (ДПУМ(ФХ)) и центральной воз духораспределительной трубкой, что объясняется принципиальными отличиями в системе воздухораспределения. Учитывая перспектив ность применения ДПУМ(ФХ) в качестве основного в машинах для бестраншейной замены труб водоотведения, возникла необходи мость разработки и исследования математической модели данного типа.

При математическом описании модели в размерном виде приня ты следующие допущения: состояние воздуха подчиняется уравне нию Клапейрона;

течение воздуха по каналам, включая дроссельные, квазистационарное;

связь между давлением и температурой воздуха в рабочих камерах описываются уравнением политропы;

параметры воздуха по всему объему рабочей камеры одинаковы;

изменение скорости ударника в момент удара происходит мгновенно и опреде ляется значением коэффициента отскока ударника от инструмента;

трубка подвижна только в радиальном направлении;

перемещение корпуса пренебрежимо мало в сравнении с перемещением ударника.

Для упрощения первоначальная принципиальная схема модер низирована с исключением центральной трубки (рисунок 2) из рас четной схемы.

Рисунок 2. Упрощенная расчетная схема дроссельного пнев матического ударного механизма с камерой форсажа холосто го хода На расчетной схеме (рисунок 2) обозначены:

xy, Ly, Sy – перемещение, длина и площадь сечения ударника;

H, B, C, N' – соответственно координаты отсекающих кромок сре зов каналов выпуска и форсажа;

e, а – соответственно ширина ка налов выпуска и щели в трубке;

Fн – усилие нажатия на корпус;

ар, ах, р, х, по, хф – соответственно проходные сечения кана лов выпуска, впуска в камеры рабочего и холостого ходов, пред камеру и из камеры форсажа в камеру холостого хода.

Для принципиальной схемы составлено математическое опи сание в виде системы уравнений (1):

dpп/dt = k [W(попо – фпфп – рр – хх)]/Vп, dpф/dt = k [W(фпфп – хфхф +sign (yхфхф))]/Vф, dpр/dt = k [W(рр – арар + sign (yхфхф) + sign (yукук) + sign (yутут)) +pр(dxу/dt) Sу]/[Vр–xуSу], dpх/dt = k [W(хх – ахах + хфхф + зхзх + + sign (yхфхф) + sign (yукук) +sign (зхзх)+ + sign (yутут)) – pх (dxу/dt) Sу]/[Vх+xхSу];

dп/dt = п [W(попопо – фпфпфп – ррр – ххх)]/pпVп, dф/dt = ф [W(фпфпфп + sign (хфхфхф))]/pфVф, dр/dt = р [W(ррр – арарар + sign (yхфхфхф) + + sign (yукукук) + sign (yутутут)) + (1) + (k–1) pр (dxу/dt) Sу]/[pр(Vр–xуSу)], dх/dt = х[W(ххх–ахахах+хфхфхф +зхзхзх + + sign (yхфхфхф)+sign (зхзхзх)+sign (yукукук)+ +sign (yутутут)) – (k–1)pх(dxу/dt)Sу]/[pх(Vх+xуSу)] ;

d2xу/dt2 = [Sу(pх–pр)+sign(Fут)+Fук]/mу при ху0, (dxу/dt)0 = –kуи(dxу/dt)у при ху0;

d2xк/dt2 = [(Sу–Sи)(pх-pр)+sign(Fук)-Fн]/mк при хк0, (dxк/dt)0 = –kки(dxк/dt)у при хк0;

d2xт/dt2 = [Sт(pх–pп)+sign(Fут)]/mт при хт0, (dxт/dt)0 = –kтк(dxт/dt)у при хт0.

Параметры с индексами "т", "к", "р", "х", "ф", " у", "а", "с", "п" относятся соответственно к трубке, корпусу, камерам рабочего, холостого хода, форсажа, ударника, атмосфере, сети, предкамеры.

Наличие двух букв в индексе указывает: "куда – откуда" про исходит истечение воздуха.

Обозначения в системе уравнений (1) имеют следующий фи зический смысл:

pп, pф, pр, pх - давления воздуха в предкамере и камерах фор сажа, рабочего и холостого ходов;

Vп, Vф, Vр, Vх - объемы предкамеры, камер форсажа, рабочего и холостого ходов;

по, р, х, фп, хф, зх – площади проходных сечений дрос селей впуска в предкамеру и камеры рабочего и холостого ходов, из предкамеры в форсажную камеру и из нее в камеру холостого хода, а также канала запуска;

ар, ах – площади проходных сечений каналов на выпуске отработавшего воздуха из камер рабочего и холостого ходов;

по, фп, по,р, х, зх - функции впуска воздуха в предкаме ру, камеру форсажа и из нее в камеру холостого хода, в камеру рабочего и холостого ходов и канал запуска;

ар, х, аф - функции расхода воздуха в зависимости от из менения температуры на выпуске в атмосферу из камер рабочего и холостого ходов, камеры форсажа;

ук, ут, хф - функции расхода через кольцевой зазор между ударником и корпусом, ударником и трубкой при расположении ударника в камере рабочего и холостого хода при перекрытом ударником канале форсажа и открытом канале выпуска;

р, х, хф, зх - функции расхода воздуха в зависимости от изменения температур со стороны камер рабочего и холостого ходов и камеры форсажа и через канала форсажа уук, уут, ухф – площади проходных сечений каналов, на кото ром осуществляются перетечки;

W = [2kR/(k-1)]1/2;

R- газовая постоянная;

k – показатель про цесса;

п, ф, р, х - температура воздуха в предкамере и камере фор сажа, рабочего и холостого ходов;

kуи, kки, kтк, - коэффициенты "отскока" ударника и корпуса от инструмента и трубки от корпуса;

Fут, Fук, Fн - силы трения ударника о трубку и корпус и сила нажатия на корпус;

xу, xк, xт - перемещение ударника, корпуса и трубки;

Sу, Sи, Sт - площади диаметральных сечений ударника, ин струмента и трубки;

t - время;

mу, mк, mт, - масса ударника, корпуса и трубки.

Термодинамические функции впуска и выпуска представлены в виде:

| | (2) | | ij ij;

(3) | | (4) В четвертом разделе (исследование энергетических пара метров пневмоударного механизма с камерой форсажа холостого хода) с использованием моделирования выполнена качественная и количественная сравнительная оценка основных параметров пневматических ударных механизмов с камерой форсажа и меха низма без камеры форсажа холостого хода. Осциллограммы ра бочих процессов (рисунок 3), подтверждают устойчивость всех параметров начиная со второго цикла после "запуска".

Осциллограммы расходов воздуха (рисунок 4) камерой холо стого хода и их долевое участие в процессе форсажа и запуска стабильно устойчивы. Наличие камеры форсажа позволяет сни зить противодавление воздуха в камере холостого хода и повы сить скорость соударения при снижении расхода до 11,5 % и удельного расхода до 14 % за цикл. Отмеченное повлияло на структуру расхода воздуха (м3/Вт), (м3/Дж) и (м3/Гц), которые у механизма с камерой форсажа ниже соответственно на 7,76;

6, и 16,21 % в сравнении с механизмом без камеры форсажа. Взаи мозависимости между давлениями воздуха и координатами кана лов впуска из предкамеры в камеру форсажа и из нее в камеру холостого хода характеризуются различием от начала открытия и в конце полного открытия на (42–44) %. При этом давление воз духа в предкамере и перепускном канале на впуске в камеру фор сажа отличается до 4,2 %, что подтверждает большую экономич ность нового пневматического механизма с камерой форсажа хо лостого хода.

pi, МПа Рисунок 3. Осциллограммы рабочих процессов в камерах механизма G, кг/с Рисунок 4. Осциллограммы расхода сжатого воздуха камерами механизма Изменение температуры воздуха в камере рабочего хода по казывает тенденцию ее снижения в механизме с камерой форсажа:

максимальная, в начале выпуска в атмосферу и в конце выпуска, соответственно на 3,84;

3,91 и 15,63 %. что указывает на более высокое использование внутренней энергии сжатого воздуха в рабочем цикле.

Изменение температуры воздуха в камере холостого хода в начале выпуска в атмосферу имеет тенденцию к увеличению до 9,18 %, а при соединении с камерой форсажа до 14,43 %. Темпе ратура воздуха в камере форсажа в начале ее наполнения состав ляет 274,06 К, а в начале соединения с камерой холостого хода возрастает на 31,48 %, что подтверждает наличие форсажного процесса в камере холостого хода. Таблицы, показывающие изме нения давления и температуры воздуха в камерах представлены в тексте диссертации.

КПД по использованию температуры воздуха в камерах на характерных участках рабочего цикла механизма следующий:

- от начала выпуска до конца выпуска воздуха из камеры ра бочего хода в механизме с камерой форсажа составляет 0,30 в сравнении с 0,22 для камеры рабочего хода без камеры форсажа;

- в камере рабочего хода на участках от максимальной темпе ратуры воздуха до температуры воздуха начала выпуска в атмо сферу для обеих механизмов практически одинаков и составляет 0,167;

- в камере холостого хода от максимальной температуры воз духа до температуры начала запуска для механизма с камерой фор сажа составляет 0,269, для механизма без камеры форсажа 0,259;

- в камере форсажа на участке от максимальной температуры воздуха до температуры начала сообщения с камерой холостого хода составляет 0,127.

КПД по использованию давления воздуха в камерах на харак терных участках рабочего цикла механизма следующий:

- в камере форсажа на участке от максимального давления воздуха до давления начала сообщения с камерой холостого хода составляет 0,594;

- в камере холостого хода от максимального давления воздуха до давления сообщения с камерой форсажа составляет 0,579 и до начала выпуска в атмосферу 0,567 против 0,425 для механизма без камеры форсажа;

- в камере рабочего хода от максимального давления воздуха, до начала выпуска в атмосферу механизма с камерой форсажа и механизма без камеры форсажа составляет соответственно 0,162 и 0,175;

- в камере рабочего хода от максимального давления воздуха, до окончания выпуска в атмосферу у механизма с камерой форса жа и механизма без камеры форсажа составляет соответственно 0,823 и 0,809.

Рассмотрено влияние коэффициента отскока ударника от ин струмента. Установлены рациональные соотношения геометриче ских размеров и энергетических параметров дроссельного пнев матического ударного механизма с камерой форсажа, позволяю щие получить увеличение удельного съема мощности с единицы диаметральной площади ударника и снижение удельного расхода воздуха:

- коэффициент отскока ky=0,1–0,4 в диапазоне отношений =С/Нх=0,2–0,5 обусловливает устойчивый режим работы и при водит к увеличению энергии единичного удара на 19,38 %, часто ты ударов на 5,13 %, удельного съема мощности с единицы пло щади ударника на 14,86 %, снижение удельного расхода воздуха на 22,44 %, расхода воздуха на 2,66 %.

Рассмотрены значения ожидаемых параметров по шуму и вибрации. Результаты расчетов значений помещены в тексте дис сертации.

В пятом разделе (взаимозависимости энергетических и гео метрических параметров модели пневмоударного механизма) экс периментальными исследованиями зависимостей энергетических параметров в зависимости от базовых геометрических размеров пневматического ударного механизма с камерой форсажа уста новлены диапазоны рациональных значений соотношений:

– – – – Рациональные значения позволили разработать методику инженерного расчета дроссельного пневматического ударного механизма с камерой форсажа, которая представлена в тексте диссертации в разделе 5. Методика позволяет рассчитать основные геометрические размеры механизма с любым сочетани ем энергетических параметров мощности при заданном ограниче нии по удельному расходу воздуха.

Заключение.

В диссертации, являющейся научно – квалификационной ра ботой, изложены научно обоснованные технические решения, имеющие существенное значение для развития страны, заключа ющееся в разработке высокоэффективных и надежных дроссель ных пневматических ударных механизмов с камерой форсажа хо лостого хода с уменьшенными габаритами и массой и необходи мой структурой ударной мощности, для реконструкции систем водоотведения бестраншейным методом.

В работе получены следующие новые результаты:

1. Разработаны новые принципиальные схемы дроссельных пневматических ударных механизмов с камерой форсажа и по движной центральной трубкой (патенты РФ №№ 2301890, 2327872, 2336989, 2336990) воздухоподвода, позволяющие каче ственно и количественно улучшить рабочий цикл механизма;

2. Разработаны и исследованы математические модели с раз личными соотношениями геометрических параметров, направ ленных на совершенствование энергетических параметров дрос сельного пневматического ударного механизма с камерой форса жа холостого хода;

3. Установлены рациональные соотношения геометрических размеров дроссельного пневматического ударного механизма с камерой форсажа, позволяющие получать увеличение удельного съема мощности с единицы диаметральной площади ударника и снижение удельного расхода воздуха:

- диапазон рациональных соотношений объемов Vx камеры холостого хода и камеры Vфх форсажа – ф= Vx/Vфх = 3–5;

площа дей проходных сечений дросселя впуска фп из предкамеры в ка меру форсажа и дросселя впуска хп в камеру холостого хода – ф= фп/хп=8–10;

площадей проходных сечений хф впуска и вы пуска из камеры форсажа и дросселя фп впуска из предкамеры в камеру форсажа холостого хода - фх= хф/фп=5–7, координат С начала впуска воздуха из камеры форсажа в камеру холостого хо да и Нх начала выпуска воздуха в атмосферу из камеры холостого хода – =С/Нх=0,2–0,5;

- при ky = 0,1–0,4 в диапазоне отношений = 0,2–0,5 обуслов ливает устойчивый рациональный режим работы и приводит к увеличению энергии единичного удара на 19,38 % частоты ударов на 5,13 %, удельного съема мощности с единицы площади удар ника на 14,86 %, снижению удельного расхода воздуха на 22,44 %, расхода воздуха на 2,66 %;

4. Разработана методика инженерного расчета дроссельного пневматического ударного механизма с камерой форсажа холостого хода и подвижной центральной трубкой воздухоподвода и рекомен дации, которые позволяют рассчитать основные геометрические размеры механизма с любым сочетанием энергетических парамет ров, при заданном ограничении по удельному расходу воздуха;

5. Создан экспериментальный образец пневматической ма шины ударного действия с дроссельным пневматическим удар ным механизмом с камерой форсажа холостого хода и централь ной подвижной трубкой. По металлоемкости на единицу ударной мощности машина выгодно отличается от зарубежных аналогов и не уступает отечественным образцам.

Основные положения диссертации опубликованы в следу ющих работах:

1. Пат. 2301890 Российская Федерация, B25D9/04, E21B1/30, Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением / Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков, А.С. Дедов, В.А. Емельянов, Ю.Э. Малышева, А.В. Шапорев;

за явитель и патентообладатель НГАСУ(Сибстрин) / 2006125891/02.

заявл. 17.07.2006, опубл. 27.08.10, Бюл. № 18. – 10 с.

2. Пат. 2327872 Российская Федерация, E21C37/00, B25D9/14, Пневматическое устройство ударного действия с дрос сельным воздухораспределением / Д.Э. Абраменков, Э.А. Абра менков, Д.В. Браун, А.С. Дедов, Г.А. Мазалов, Д.Б. Поцелуев;

за явитель и патентообладатель НГАСУ (Сибстрин)/ 2006126269/03.

заявл. 19.07.2006, опубл. 27.06.08, Бюл. № 18. – 10 с.

3. Пат. 2336989 Российская Федерация, B25D9/04, E21B1/30, Пневматический молот с дроссельным воздухораспределением / Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков, Н.С. Бых, А.С. Дедов, А.В. Чубаров, Ю.Э. Малышева, К.Ю. Садбаков;

заявитель и па тентообладатель НГАСУ(Сибстрин) / 2005121790/02. заявл.

11.07.2005, опубл. 27.10.08, Бюл. № 30. – 13 с.

4. Пат. 2336990 Российская Федерация, B25D9/04, E21B1/30, Пневматический молот с дроссельным воздухораспределением / Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков, А.Г. Гаревских, А.С. Дедов, Г.А. Мазалов, Е.С. Проскурникова;

заявитель и патентооблада тель НГАСУ(Сибстрин)/2006125891/02. заявл. 17.07.2006, опубл.

27.10.08, Бюл. № 30. – 10 с.

5. Абраменков Д.Э. Пневматический механизм ударного действия дроссельного типа с буферным циклом и форсажем ка меры рабочего хода / Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков, А.С. Дедов // Известия ВУЗов. Строительство. – Новосибирск:

НГАСУ(Сибстрин). – 2006. – №10. – С. 58-66.

6. Дедов А.С. Влияние положения канала форсажа на рабо чие характеристики дроссельного пневмоударного механизма с форсажем холостого хода / А.С. Дедов, А.С. Зверева, Д.Э. Абра менков // Изв. Вузов. Строительство. Новосибирск, 2011. №6(630). – С.79-86.

7. Мельникова А.С. Развитие конструкций молотов для по гружения свай в грунтовые среды: исторический аспект / А.С. Мельникова, А.С. Дедов, А.В. Грузин, Д.Э. Абраменков // Изв.

Вузов. Строительство. Новосибирск, 2011. - №11(635). – С. 55-62.

8. Дедов А.С. Технология бестраншейной замены трубопро водов водоотведения /А.С. Дедов, А.С. Мельникова, Н.А. Попов, О.В. Ткаченко, Д.Э. Абраменков // Изв. Вузов. Строительство.

Новосибирск, 2011. – №12(636). – С. 62-72.

9. Абраменков Д.Э. Классификация признаков и принципи альные конструктивные схемы пневмоударных механизмов стро ительных навесных молотов / Д.Э. Абраменков, А.С Мельникова, А.С. Дедов, Н.А. Попов, А.В. Грузин, Э.А. Абраменков // Изв.

Вузов. Строительство. Новосибирск, 2012. – №1 (637). – С. 92-100.

10. Дедов А.С. Пневматическое устройство ударного дей ствия с дроссельным воздухораспределением / А.С. Дедов, В.Ю. Ильюченко, Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков// Актуаль ные проблемы современности. Международный научный журнал.

– Караганды. – 2007. – №2(15). – С. 283-291.

11. Емельянов В.А. Пневмоударный механизм с камерой форсажа холостого хода / В.А. Емельянов, В.Ю. Ильюченко, А.С. Дедов, Э.А. Абраменков, А.Г. Богаченков // Труды НГАСУ.

– Новосибирск: НГАСУ(Сибстрин), 2006. – Т.9, №2(36). – С. 17-27.

12. Кутумов А.А. Программное и аппаратное обеспечение экспериментального исследования пневмоударного механизма навесного молота / А.А. Кутумов, Ю.Э. Малышева, А.В. Трегу бенко, В.Э. Ладнов, А.С. Дедов // Труды НГАСУ. – Новосибирск:

НГАСУ(Сибстрин), 2008. – Т.11, №1(43). – С. 14-31.

13. Дедов А.С. Конструктивные варианты пневматических ударных механизмов с форсажной камерой холостого хода / А.С. Дедов, В.Ю. Ильюченко, В.А. Емельянов, Д.Э. Абраменков // Новые материалы и технологии в машиностроении. Сборник те зисов всероссийской научно – технической конференции. – Руб цовск: Рубцовский индустриальный институт, 2006. – С. 83-84.

14. Ладнов В.Э. Качественное и количественное изменение давления воздуха в камере дроссельного пневматического ударно го механизма / В.Э. Ладнов, А.С. Дедов, В.Ю. Ильюченко, Д.Э. Абраменков // Сборник тезисов всероссийской научно – тех нической конференции. – Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2006. – С. 93-94.

15. Семьянов Д.А. Пневматический молот с дроссельным воздухораспределением и импульсным изменением давления воз духа в камере рабочего хода / Д.А, Семьянов, Д.Д. Абраменков, А.С. Дедов // Проблемы социального и научно – технического развития в современном мире. Материалы IX всероссийской научно – технической конференции студентов, аспирантов и мо лодых ученых. Часть 1. – Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2007. – С. 117-119.

16. Камболин А.С. Аналитический обзор существующих тех нологий разработки мерзлых грунтов/ А.С. Камболин, А.С. Де дов, В.Ю. Ильюченко // Материалы VIII всероссийской научно – технической конференции студентов, аспирантов и молодых уче ных. Часть 1. – Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2006. – С. 152-155.

17. Пузанков И.В. Обоснование конструктивного решения пневмоударного механизма машины для замены труб водоотведе ния / И.В. Пузанков, Д.Д. Абраменков, А.С. Дедов // Проблемы социального и научно – технического развития в современном мире. Материалы IX всероссийской научно – технической конфе ренции студентов, аспирантов и молодых ученых. Часть 1. – Руб цовск: Рубцовский индустриальный институт, 2007. – С. 115-117.

18. Абраменков Д.Э. Влияние процесса форсажа на формиро вание импульса холостого хода в пневмоударном механизме / Д.Э. Абраменков, А.С. Дедов, А.В. Куликов // Сборник докладов международной научно-технической конференции. Восточно техническая политика Республики Казахстан: проблемы и перспек тивы развития оборонно-промышленного комплекса. – Щучинск:

Национальный университет обороны, Казахстан 2010. – С. 64-65.

19. Грузин А.В. Пневмоударный механизм с форсажной каме рой холостого хода / А.В. Грузин, А.С. Дедов // Сборник докладов международной научно-технической конференции. Восточно техническая политика Республики Казахстан: проблемы и перспек тивы развития оборонно-промышленного комплекса. – Щучинск:

Национальный университет обороны, Казахстан 2010. – С. 68-69.

20. Дедов А.С. Пневмоударный механизм с частичным отбо ром и уплотнением грунта по трассе/А.С. Дедов, Е.И. Крутиков, Е.Ф. Адаховский // Проблемы социального и научно – техниче ского развития в современном мире: Материалы всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и мо лодых ученых, посвященной 70 – летию Алтайского государ ственного технического университета им. И.И. Ползунова 19 – апреля 2011 г. - Рубцовский индустриальный институт: Рубцовск, 2011. – С. 161-164.

21. Дедов А.С. Пневмоударный механизм с дифференциаль ным ударником /А.С. Дедов, А.В. Куликов, М.С. Малышев // Проблемы социального и научно – технического развития в со временном мире: Материалы всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвя щенной 70 – летию Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 19 – 20 апреля 2011 г. - Рубцов ский индустриальный институт: Рубцовск, 2011. – С. 164-165.

22. Крутиков Е.И. Принципиальные конструктивные решения свайных молотов / Е.И. Крутиков, А.С. Зверева, А.С. Дедов // Проблемы социального и научно – технического развития в со временном мире: Материалы всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвя щенной 70 – летию Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 19 – 20 апреля 2011 г. - Рубцов ский индустриальный институт: Рубцовск, 2011. – С. 170-171.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) 630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, Отпечатано в мастерской оперативной полиграфии НГАСУ (Сибстрин) 1,5 п.л. тираж 100 экз. Заказ

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.