Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых

..pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
38.84 Mб
Скачать

Истечение воздуха при выхлопе происходит из переменного объема через переменное сечение. Задачу точного определения Рь можно решить в том случае, если известен закон изменения объема по времени и относительное открытие отверстия, т. е. должны быть известны зависимости

-у = Н х) и Vt = f(x),

позволяющие определить графическим путем левую часть уравнения

 

1

l-n

п - 1

П-1

 

S

2^г 2

 

2п

(127)

п+1 dx =

{ n - \ ) F p V P 1V1

 

 

TV2

 

 

 

 

где / — переменное

сечение отверстия истечения;

 

 

F — максимальное сечение

отверстия;

объема

воздуха;

 

т — время изменения сечения отверстия и

 

р, — коэффициент расхода

отверстия;

 

 

 

ф — при сверхзвуковом истечении для воздуха т = фтах = 2,15,

пр и дозвуковом

истечении эту величину находят по

формуле

 

 

 

 

fa-i

(128)

 

 

 

 

fa

Приведенное уравнение решается по участкам, для которых принимается ф = const, определяемая по формуле (128).

Чтобы определить работу, которая идет на перемещение поршня, при известном Р 4 и Рв находят среднее давление при выхлопе по формуле

Рср(4-6)

_Pj_

(129)

п-f-1

 

 

Обычно при выхлопе воздуха в атмосферу п = к = 1,4. Работа по перемещению поршня при выхлопе

 

^ ( 4 - 6 ) = Р с р ( 4 —6)^(4—6)^11

(130)

где /<4_в) =

^(4 - 5) + ^(5 -й> — путь поршня от момента

открытия

 

выхлопа до полной остановки, кото­

 

рый находят после определения работы

 

противодавления при впуске в верх­

 

нюю камеру (см. ниже).

 

Сумма ~ZA представляет собой положительную работу сжатого

воздуха при

холостом ходе.

 

313

5. Перед ударом поршня о бур в верхней камере происходи выхлоп воздуха. К моменту удара давление в камере успевает упасть

Д°

(131)

Р 1 = (0,3 —0,6)РС, кгс/см2

и продолжает падать при движении поршня в обратную сторону до

Р2 = (0,2 — 0,4) Рс, кгс/см2,

(132)

т. е. камера не успевает полностью очиститься, что объясняется малым периодом времени, в течение которого открыты выхлопные окна. Поэтому в молотках с бесклапанным воздухораспределепием следует делать выхлопные окна в камере прямого хода по возмож­

ности

большими.

_

ПРП выхлопе определяют по

фор­

Среднее давление

.Рср(1_ 2)

муле (129), а работу противодавления поршня из формулы

 

 

 

"4(1-2

: Р с р ( 1 - 2 ) ^ ( 1 - 2 ) ‘5 ] ,

(133)

где

— рабочая площадь поршня со стороны верхней камеры;

Z(1_2) — путь поршня от точки соударения до перекрытия выхлоп­

 

ных окон

из верхней камеры.

 

6.После перекрытия выхлопных окон в верхней камере происхо

дит сжатие воздуха, на что расходуется работа

 

"4(2-5)

1

^ ( 2 - 7 )

П-1

(134)

 

i o -4p 2f (.,_7) 7ПТ

Vl6-7)

- 1 ,

 

 

 

 

 

где V)2 7} — объем

верхней камеры до

начала сжатия;

V(5_7) — то же,

в конце сжатия.

 

 

 

Давление в камере в конце сжатия определяется по формуле (125).

Сжатие происходит по политропе с показателем п = 1,2 -н 1,25.

7.

Впуск в верхнюю камеру происходит через

расширяющеес

при движении поршня отверстие в переменный объем. Этот процесс описывается нелинейным дифференциальным уравнением 2-го по­ рядка, неразрешимым в квадратурах. Поэтому для упрощения вы­ числений работу сжатого воздуха можно определять аналогично тому, как это делалось в нижней камере. При этом также необходима проверка на скорость истечения воздуха в камеру.

Обычно к моменту остановки поршня давление в верхней камере

успевает подняться до

 

 

Р №= (0,8-г0,9) Рс, кгс/см2.

(135)

Определив со5, со6, а по ним

Р”, Р" н Рср (6_6), находят

 

- 4 ( 3 - 6 ) =

P c p l 5 - 6 ) h b - 6 ) S y

( 1 3 6 )

8. Во время перемещения поршня отрицательной работой явля­ ется работа трения, а у перфораторов с геликоидальной парой еще и работа поворота бура или винта в храповике. Эти потери можно

314

учесть коэффициентом механических потерь обратного хода т]0 х или найти, как это было показано в предыдущих примерах. Зная ц,, х, можно определить механические потери или работу трения

^ тр = (1 —Л0.х ) 2 А -

(137)

1“6 ~

 

9. Так как поршень в конце обратного хода останавливается, то

11

В это уравнение входят неопределенные величины А (4_6) и Л(6_6). Подставляя в уравнение величины из формул (130) и (136), можно найти /(5_6), после чего его рабочий ход определится как

£ Р .* = ]£*•

(138)

i-6

 

10. Для определения продолжительности обратного хода нахо­ дят скорость движения поршня по его энергии в конце каждого участка

ж 1 А -

<139>

'1- 1

где 2 А — сумма положительной и отрицательной работы на участке

i-i

от точки 1 до i (определяемой), которая представляет

Для

энергию поршня в данной точке.

большей точности некоторые участки можно разбивать

на более

короткие.

Продолжительность хода упрощенно определяется, исходя из

предположения о том, что средняя скорость на данном участке равна среднеарифметическому от скорости в начале и в конце этого

участка:

21 ( п - 1)

(140)

Vn+ Vi

 

Аналогичным образом рассчитывается прямой

ход.

И . После остановки в заднем положении поршень начинает перемещаться вперед. В верхнюю камеру поступает воздух через уменьшающееся вследствие перемещения поршня отверстие от сече­ ния ,Fmax Д° 0- К моменту перекрытия впускных окон давление под

поршнем достигает величины

 

Р5= (0,8-f-1,0) Р с, кгс/см2.

(141)

Аналогично с холостым ходом находят полные параметры движу­

щегося потока

и i5", среднее давление по пути Рср (в_б) и работу

при впуске.

 

12.Так же, как в пункте 3, определяют работу расширения на участке 5—2, т. е. Ac5_ 2)J_

13.Работа на выхлопе А(2_ Х) находится так же, как в пункте 4. При этом давление в верхней камере к моменту удара успевает упасть до величины, определяемой по формуле (130).

315

14.

Далее

рассчитывают отрицательную

работу при

прямо

ходе,

в первую

очередь работу противодавления

при выхлопе

из

нижней камеры Л(0_4). Давление в этот период падает от величины (126) до Р 4 = (0,02 0,05)РСкгс/см2, что по аналогии с пунктом 5 учитывается при расчете.

Р,кгс/см 2

1~ -г/—1§-

 

 

 

^ 1еэ

--------Д ? |-— —/0—

 

5 1 S

----------- 1-------- Расшире-

 

 

 

В ы х л о п

2 / н и е , / 5

 

 

 

Подуш ка

 

щ

 

В ы х л о п

1

 

 

 

,

1

-~f9— 1р—

 

3

j i

~

2 в

 

h

--------- 4 x 1 £2—

 

 

Расширение А 8

U

Ка м е р а п р я м о ­ г о х о д а

Ка м е р а о б р а т ­

н о г о х о д а

7

 

Рпс. 187.

Схема к расчету перфоратора с незави­

 

 

 

симым вращением бура:

 

 

а — конструктивные размеры; б — расчетная схема; в

 

 

 

давление в камерах сжатия •

 

15. Работа сжатия ,434_3) в нижней камере находится так же,

как и в п. 6.

работу противодавления при впуске

Л (3_Х).

16.

Затем находят

17.

Механические

потери определяются по аналогии

с пунк­

том 8. При этом г|п х — коэффициент механических потерь прямого хода будет включать в себя или потерн только трения, или, если вращение бура осуществляется при прямом ходе, затраты энергии

на вращение бура. В первом случае г|0

х не превышает 5—10%,

а во втором достигает 10—25%. Работа

трения Лтр при прямом

ходе находится по формуле (137).

разиость положительной

18. Энергию удара определяют как

и отрицательной работы при прямом ходе:

Л д = 2 3 - 2 4 -

(142)

19. Скорости на различных участках и продолжительность рабо­ чего хода находят так же, как и при холостом ходе.

20. Полный период равен

Т = t Q х -{- ^п. х-

(143)

21.Число ударов определяют по формуле (36).

22.Расход воздуха приближенно можно определить как раз­ ность заполненных при впуске и оставшихся после выхлопа объемов воздуха в верхней и нижней камере за один цикл, умноженную

на число ударов в минуту,

<? = [ Т / (о -з)(-^ з — £ з) + ^ ( 7 - 5 ) ( ? 5 — ^ б ) ] « у д Ю ' 6. м 3/м и н .

(1 4 4 )

Пример. Рассчитать ппевмоударный узел бесклапанного перфоратора при номинальном давлении в сети Р = 6 кгс/см2 п температуре сжатого воз­

духа 27° С.

цилиндра d =

Д а н о : масса поршня G = 8,5 кг, внутренний дпаметр

= 130 мм. Основные конструктивные размеры приведены на рпс.

187, а. По этим

размерам построена схема рабочего цикла в камерах прямого (верхней) и обрат­ ного (нижней) хода (рпс. 187, б), а по значенпям Р в соответствующих точках схемы строится диаграмма Р I (рис. 187, в).

 

 

 

Р а с ч е т о б р а т н о г о х о д а

 

1.

Принимаем

vOTC =

0, тогда

А г = 0.

 

 

2.

P t — 2,85

кгс/см2,

Р 3 = 5,5

кгс/см2.

 

 

 

Считывая, что в нижнюю полость воздух поступает по достаточно прямому

каналу незначительной протяженности,

принимаем

коэффициент скоростей

Ф = 0,95. Тогда скорость истечения в нижнюю камеру в точке 1

 

а>1 =0,95

1,4- 2-9.81 -29,27-300

 

= 334 м/с;

 

 

1 ,4 -1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о)кр = 20 1^273-}-2/ °С —34/

м/с, т. е.

0>1<^(0кр*

 

Скорость

истечения в точке

3

 

 

1,4 ■2 • 9,81 • 29.27 • 300

А

5,5 ^

ш3= 0,95 ^ —

1,4—1

6 j

 

1

1,4 -1 1

1,4

= 123 м/с.

J

Тогда по формулам (114), (121) п (122) находим:

 

f i t -

2:85 ( l + - 2 0 ШТШО ) 3'* “

5’08

^

 

/

1932

\

3,5

= 6,05 кгс/см2.

= 5'5 ( 1 + 20T F 3 0 0 -)

 

По формуле

(121)

находим

 

 

 

 

 

 

 

6,05 +

5,08

5,6

кгс/см2.

 

£_ср<1-з) —

о

 

 

Рабочая площадь поршня со стороны камеры обратного хода Si = 111 см2, путь поршня от точки 1 до точки 3 равен Z(1_3)= 26 мм. Работа сжатого воздуха

внижней камере на пути Z(1_3)

А(1_3) = 5,6 • 111 • 26 • 10-з = 16,15 кгс • м.

317

3.Начальный объем расширения ннжней камеры V(0- 3) складывается

объема цилиндра от точки 0 до точки 3 иа длине Z(l)_3) =

47 мм и дополнитель­

ных объемов полостей и подводящих каналов Удоп = 46

см3 (по конструктив­

ным размерам):

 

V(о—з ) = 47 • 1 0 -1 • 111 +

46 = 566 см 3 .

 

Объем нижней камеры после расширения увеличится за счет пройденного поршнем путп Ifs-iy = Ю мм и равен

Г (0_4) = 5 6 6 + 111 • 10 • 10 -1 = 677 см 3.

Для работы расширения при обратном ходе принимаем п = 1,4 и по фор­ муле (123) находпм

А( 3 - 1 ) •

5 ,5 - 5 6 3 - 1 0 - 2 Г , / 5 66 4 1 ,4 -1 -1

1,4—1

L1-U7tJ

КГС • м .

 

J =5,/2k

4.По формуле (125) определяем давление в конце периода расширен

(точка 4):

7>4 = 5,5

1,4 = 4,27 кгс/см2.

Давление на выхлопе к моменту

остановки поршня принимаем равным

Р е = 1,3 кгс/см2.

 

— Тогда по формуле (129) среднее давление в нижней камере в период выхлопа

при движении поршня от точки 4 до точки 6

будет равно

 

 

 

1,4+ 1

 

 

_ cp u -e

4,27

(& )“

 

-= 2,7 кгс/см®,

 

(1'+‘>

 

 

 

а работа за этот период согласно

формуле

(130)

 

Ли_в) = 2,7 • 111 - 10-з/(4_в) =

0,216 кгс • м,

где г,4-в)= 34 мм (см. ниже).

п (132),

можно принять:

5. Исходя из

условий

(131)

Р\ = 2,5 кгс/см2,

Р2 = 1,3 кгс/см2.

По формуле

(129) имеем

 

 

-

2,5

— = 1,88

кгс/см2.

• 'с р а - 2 ) — ^ 4 - j - i

 

 

По формуле (133) при рабочей поверхности поршня со стороны камеры пря­ мого. хода Si = 114 см2 и пути i(1_2) = 14 мм

Л(1_2) = 1,88 • 114 • 15 • 10-3 = 3,22 кгс • м.

318

6 . Объем полости в поршне со стороны камеры прямого хода FnojI = 251 с (по конструктивным размерам). Объем кольцевой проточки на штоке поршня

Vк0.1 = 67 см3. Полный объем верхней

камеры до начала сжатия, т. е.

объем

от точки 2 до точки 7

 

83 мм)

 

 

 

 

 

 

 

 

F (2_„ = S3 • 10-1 • 114+

251 + 67 =

1264 см3.

 

 

Объем верхней камеры после сжатия от точки 2 до точкп 5 (/(2_5) =

19 мм)

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(s_7) = 1264 —19 • 10-1 • 114 = 1051

см3 .

 

 

Для работы сжатия при обратном ходе принимаем п = 1,25 и согласно

формуле (134)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,3 -1264-10-2

Г / 1264 \ 1 ,2 5 - 1

 

- |

=

К ГС ■м.

 

1(2—5 ) “

1,25 —1

 

[(дат)

 

 

 

 

7. Давление в верхней камере в конце периода сжатия по формуле (125)

равно

 

 

/

1264 \ 1,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ръ = 1,3 \Т05Г )

 

=

1,64 кгс/см2.

 

 

При впуске в верхнюю камеру сжатый воздух поступает по прямому каналу,

сопротивлением которого можно пренебречь,

т. е. ф =

1. Тогда, проверяя отно­

шение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

=

 

-

0,273<0,528,

 

 

 

 

 

■1

с

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

находим, что скорость

истечения равна скорости звука, т. е.

 

 

 

 

 

 

со5 = 347

м/с.

 

 

 

 

 

Следовательно, пользуясь формулой (114), получим

 

 

 

 

1+

3472

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pi-

2010-300 ^

-1,64 = 3,12 кгс/см2.

 

 

В момент остановки поршня давление в камере успевает подняться до Р 6 =

= 5 кгс/см2.

В точке 6 скорость пстеченпя при ф =

1

будет равна

 

=

1f

‘ 2'9.31 • 29,27 • 300

1 - ( | )

 

М

[74 м/с.

 

0)6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда по формуле (112)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pf — 5 (1 "

 

1742

 

\ 3,5

 

 

 

 

 

 

2010■300- )

= 6

кгс/см2

 

 

и среднее давление на участке от точкп 5 до точки 6

 

 

 

 

 

ср(б-в) — '

3,12 +

6

=

4,56

кгс/см2.

 

 

8 . Из условия равенства работы сил, приложенных к поршню с обепх ст рон, а также противодавления со стороны штока с площадью поперечного сечения

5 ШТ=

(492-162) = 17 см2

319

при обратном ходе

получим уравиенпе^^ = 2 ^ для 0 ПРеДеления

^4-о);

16,15 +5,72 + 2.7 -111.10-з/(4_в) = 3,22 + 2,96+ 4,56 • 114 ■10-я (f(4_в) +

2) +

 

+ 6,0-17,0.10-з (3 6 + /u_e)),

 

откуда

^(4-0) = 34 ММ*

 

 

 

9. Рабочий ход

поршня

 

Ьр. х= 2 6 + 1 0 + 34 = 70 мм.

По полученным результатам строится индикаторная диаграмма обратного хода (см. рис. 187, в).

10. Из схемы рабочего цикла и полученных выше величии для определения продолжительности обратного хода поршня находим скорость поршня в точке

1 vi

=

0

(по условию);

скорость поршня в точке 2

при сумме работ на участке

1 . „

=

15

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• 3,22 — 6 -17 • 10-я ■15 = 4,57

кгс • м

будет

равна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а2 =

 

4,57 =

3,25

м/с.

 

 

на

11.

Для

определения

скорости поршня

в

точке

3

находим сумму р

участке Z(1_3)

=

26

мм, как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

^

— ^ [(1 -3 )

^4 (1 —2)

А (2-3) А ШТОК (1—3) -

 

где

 

 

 

1 -3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

1,3 • 1264 • 10~ 2 Г / 1264 \ 1 ,2 5 -1

l j

-]

 

ь гсм ,

 

 

 

=

------Т ЗГ Й ----- | _ Ы

о )

-

= l>64

так

как

У(3_7)=

1264—10.10*1.114 =

1150

см3

 

 

 

 

 

 

 

 

^4шток(1-з) =

6 • 17 • 26 • 10-3 = 2,66

кгс • м.

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

А = 16,15 — 3,22 —1,64 —2,66 = 9,63 кгс • м,

 

 

 

 

1 -3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следовательно,

 

 

V3“К т# - 983-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4'72 м/с.

 

 

12.Для определения скорости поршня в точке 4 находим сумму р

на участке

7(1-4) = 36

мм, как

 

2

А = И(1_3)

+ И (3_4) А (1_2) А ( 2- 5) .4 (6 -4 )

. 4 ШТОК (1 -4 )>

где

 

 

 

А (6_4, = 2 • Ю • И4 + ср(5_в)= 2 ■Ю • 114-4.56 =

1,04 кгс -м;

 

Ашток (14) — 6 • 17 • 36 ■10-з = 3,67 кгс ■м.

320

Тогда

V A = i 6,15 + 5,72 —3,22 —2,96 —1,04 —3,67 = 10,98 кгс-м,

1 -4

следовательно, скорость поршня в точке 4 будет равна

v ^

Y

10,98 =5,03 м/с.

13. Скорость в точке 6

г'в = 0.

14. Продолжительность обратного хода согласно (140) будет равна

*о.х= 2-10-»

15 , 1 1

, 1 0

. 3 4

0 + 3,25 ~ 3,25 + 4,72 ^ 4,72 + 5,03

5ж) “27J

 

 

 

6 • IQ"3 с.

Р а с ч е т п р я м о г о х о д а

1. Максимальное давление в камере прямого хода достигается в точке 5' (1(в-.у)) 8 мм (определяется при построении индикаторной диаграммы) и равно

Р6- = 6 кгс/см2.

Тогда

=

Р?+ Т\.

6 + 6

е

, „

^срк8-50 = -

2

- ■=

ц— =

6 кгс/см2;

 

 

 

2

 

 

~4 (в-б'> — 6 ■8 • 10"3 • 114 = 5,47 кгс •м.

2. В момент перекрытия впуска (для камеры прямого хода) согласно (141)

 

Р6 = 5

кгс/см2;

;

скорость истечения

 

 

 

 

2 • 1.4 • 9,81 • 29,27 ■300

Г

1,4 -Х 1

1 44 ) мJ : 174 м/с,

1,4 —1

 

приведенное давление

 

 

 

 

?? = 5 ( l -

201+ЗОб ) 3’5 ~

6 КГС/СМ2;

среднее давление на участке 5'—5

 

 

=

6 +

6

- 6 кгс/см2.

С р (6 '-5 ) -

 

Работа сжатого воздуха на участке 16,_5 = 28 мм в камере прямого хода

33(5'_6) = 6 • 28 • Ю-3 • 114 = 19,2 кгс-м.

3. Для работы расширения при прямом ходе принимаем п = 1,4 и согласн формуле (134)

==

5-1051- 10-= Г,

I Ю51 \ 1.4-1Д

по

кгс • м.

А <"« =*

' 1 ,4 -1 ~ L1~

VT264 )

J =

9'6

 

21 заказ 955

 

 

 

 

321

4. По формуле (125) давление в конце периода расширения в точке 2 равно

= 5 ( т ж ) 1,4 = 3,86 кгс/см 8‘

В момент удара давление в точке 1 прп прямом ходе становится равным давлению, с которого начинается обратный ход,

1 \ = Pi = 2,5 кгс/см2.

Среднее давление на участке 2—1

?сР(2-ы = 3,8<У 2'5 — 3.18 кгс/смз.

Тогда работа на отрезке пути I ^ - d = 15 мм

3(2-1) = 3.18 ■И4 • 15 • 10-3 = 3.45 кгс ■м.

5. Работа сжатого воздуха в нижней камере нри прямом ходе определяется по аналогии с предыдущим. В момент остановки поршня в заднем положении (точка 6) давление в нижней камере равно

Pfi = P e = l ,3 кгс/см2,

Вточке 5' давление упадет до Р6, = 1 кгс/см2-

6. Среднее давление на участке 6—5'

Л :р (в -б '| = - Ц г - ^ = 1Л 5 к г с /с м 2

и работа

Л|6_Б<)= 1,15 . s • 10-3 • 111 = 1,02 кгс • м .

7. До точки 4 давление в нижней камере остается на уровне

Р± = 1 кгс/см2

и работа на участке +Г_4) = 26 мм

Л(5-_4) = 1 • 26 • 10-з ■111 = 2,89 кгс • м.

8. Работа на участке сжатия 4—3 прп п — 1,25 равна

 

1 • 677

• IQ"2

л (1-з)

1,25

—1 • [ ( w ) 1,2o"1- 1] = 1 *08Krc-

9.Давление в точке 3

=3 = '1 (•fgg')1’-0 = 1 25 «гс/см2;

?! = P i = 2,S5.

Среднее давление на участке 3—1

1,25 + 2,85

ОГ1,

,

?ср (з—1)—

2

2,05 кгс/см-,

А (3_Х) = 2,05 • 111 • 26 • Ю-з = 5,93 кгс • м.

322

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ