5. Методика расчетов

5.1. Расчет основных показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом

Выходные параметры гидроимпульсного инструмента и показатели процесса разрушения им горных пород определяются с учетом закономерностей взаимодействия импульсной струи воды высокого давления с породным массивом.

Расчет проводится для гидроимпульсного инструмента, оборудованного одной струеформирующей насадкой. В случае, когда устанавливается несколько струеформирующих насадок , мощность привода насосной установки высокого давления следует разделить на их количество и в дальнейших расчетах использовать полученное значение мощности для одной насадки.

Глубина щели, прорезаемая в горных породах гидроимпульсным инструментом, находиться по зависимости

, (5.1)

где d₀ - диаметр отверстия струеформирующей насадки; К_ф – коэффициент формы; S_d - безразмерный параметр импульсной струи воды высокого давления; l₀ - расстояние от среза гидроимпульсного до поверхности горной породы; L - длина волны импульсной струи воды высокого давления; P₀ - давление воды перед струеформирующей насадкой; _сж - прочность горной породы на сжатие; ₀ - скорость истечения воды из струеформирующей насадки; _п.р - рациональная скорость перемещения гидроимпульсного инструмента над поверхностью горной породы.

Диаметр отверстия струеформирующей насадки d₀ может быть найден по зависимости

, (5.2)

где N₀ - мощность источника воды высокого давления (задается конструктором, исходя из технической характеристики источника воды высокого давления;  - коэффициент расхода насадки (определяется по технической характеристике насадки и находиться в пределах 0,6 – 0,95).

Полученное значение d₀ округляется до ближайшего меньшего значения из стандартного ряда. В нашем случае стандартный ряд значений d₀ (мм) следующий: (0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,60; 0,65; 0,70; 0,75; 0,80; 0,85; 0,90).

Значение коэффициента формы К_ф принимается по таблице 5.1 в зависимости от конструктивного исполнения наконечника и гильзы.

Давление воды перед струеформирующей насадкой P₀ определяют по выражению

, (5.3)

где P - номинальное давление воды преобразователя давления (задается конструктором, исходя из технической характеристики источника воды высокого давления); _гм - гидромеханический КПД, характеризующий потери давления воды на преодоление сил трения и потери напора в трубопроводах (_гм = 0,93-0,97).

Таблица 5.1

Значения коэффициента формы К_ф

Внутренний профиль гильзы
в виде ступенчатого цилиндра	конический	экспоненциальный	в виде ступенчатого цилиндра	конический	экспоненциальный
Наружная форма наконечника
Коническая			Экспоненциальная
Условный номер варианта
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)
0,22	1,0	0,54	0,26	0,75	1,47

Безразмерный параметр импульсной струи воды высокого давления S_d определяют по выражению

, (5.4)

где f_и.р - рациональная частота пульсации скорости струи воды.

Рациональную частоту пульсации скорости струи воды определяют по формуле

. (5.5)

Скорость истечения струи воды из струеформирующей насадки находится из выражения

. (5.6)

где  - плотность воды (1000 кг/м³).

Расстояние от среза гидроимпульсного инструмента до поверхности горной породы определяют по зависимости

. (5.7)

Длину волны импульсной струи воды высокого давления вычисляют по выражению

. (5.8)

Рациональную скорость перемещения гидроимпульсного инструмента над поверхностью горной породы определяют по формуле

(5.9)

Следует отметить, что рассчитанные значения f_и.р и l₀ следует округлять до ближайшего целого числа кратного 5.