Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Формирование упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками

Диссертация: Формирование упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов обеспечена тем, что выполненные аналитические исследования основываются на классических положениях одномерной волновой теории удара, на известных законах механики и теории упругости. При решении частных задач в работе используются методы операционного исчисления, графодинамический метод теории удара и обоснованный физический… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Ударные системы технологического назначения, основы теории удара и постановка задач исследования
    • 1. 1. Ударные системы технологического назначения
    • 1. 2. Известные методы решения задач о продольном ударе
      • 1. 2. 1. Теория Ньютона
      • 1. 2. 2. Модель Герца
      • 1. 2. 3. Волновая теория Сен-Венана (метод Даламбера)
      • 1. 2. 4. Методы операционного исчисления
      • 1. 2. 5. Графодинамический метод
    • 1. 3. Обоснование зависимости производительности ударных систем от формы ударного импульса. Рационализация ударного импульса
    • 1. 4. Постановка задач исследования
  • 2. Поиск и обоснование форм бойков ударных механизмов, генерирующих в волноводе ударный импульс оптимальной формы
    • 2. 1. Поиск форм бойков, генерирующих в волноводе ударный импульс оптимальной формы
    • 2. 2. Сущность геометрии бойков полукатеноидальной формы
      • 2. 2. 1. Разработка метода образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов
      • 2. 2. 2. Поиск уравнения, описывающего катену в новой, повернутой системе координат
      • 2. 2. 3. Пример построения полукатеноидальных бойков с различными характеристиками
    • 2. 3. Обоснование конструкций бойков, обладающих эффектом бойков полукатеноидальной формы
      • 2. 3. 1. Основные требования к конструкции соударяющихся деталей
      • 2. 3. 2. Практическая реализация полукатеноидальных бойков
    • 2. 4. Аналитическое исследование формирования ударного импульса в полубесконечном стержне при ударе по нему бойком полукатеноидальной формы
      • 2. 4. 1. Постановка задачи
      • 2. 4. 2. Представление задачи в области изображений
      • 2. 4. 3. Решение уравнения смещения сечений полукатеноидального бойка при продольном ударе
      • 2. 4. 4. Решение уравнения смещения сечений стержня при продольном ударе
      • 2. 4. 5. Определение ударного импульса в полубесконечном стержне при ударе по нему бойком полукатеноидальной формы
      • 2. 4. 6. Пример построения первой волны ударного импульса, генерируемого бойком полукатеноидальной формы
  • Выводы по главе 2
  • 3. Исследование генерирования упругих волн в полубесконечном стержне полукатеноидальными бойками численным методом
    • 3. 1. Основы численного метода расчета ударных импульсов
    • 3. 2. Алгоритм компьютерной программы для исследования формирования ударного импульса в стержне бойками различных форм
    • 3. 3. Оценка качества решения задач о формировании ударных импульсов численным методом
    • 3. 4. Исследование генерирования упругих волн в полубесконечном стержне бойками полукатеноидальной формы с помощью ЭВМ
    • 3. 5. Сравнительный анализ результатов исследований генерирования упругих волн в волноводах бойками полукатеноидальной формы, полученных аналитически и численным методом
  • Выводы по главе 3
  • 4. Экспериментальное исследование генерирования в волноводе ударных импульсов полукатеноидальными бойками. Об использовании результатов работы в промышленности
    • 4. 1. Постановка задач экспериментального исследования полукатеноидальных бойков. Описание опытных образцов
    • 4. 2. Экспериментальный стенд
    • 4. 3. Требования, предъявляемые к аппаратуре, и характеристика применяемой аппаратуры
    • 4. 4. Экспериментальное исследование генерирования упругих волн в волноводе полукатеноидальными бойками
    • 4. 5. Об использовании результатов работы в промышленности
  • Выводы по главе 4

Формирование упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Ведущей отраслью промышленности Кузбасса является добыча угля и железной руды, в которой занято сравнительно большое количество населения области. Объем добычи непрерывно растет в результате освоения новых месторождений и расширения производственной мощности предприятий. Извлечение и переработка твердых полезных ископаемых, строительство подземных сооружений, добыча строительных материалов сопряжены с необходимостью разрушения больших объемов горных пород, исчисляемых в России миллиардами кубических метров в год. В горнодобывающей отрасли создаются разнообразные машины и механизмы, разрушение горных пород связано с большими затратами труда, времени, энергии и денежных средств. В настоящее время большой объем горной массы перерабатывается буровзрывным способом, одной из главных операций которого является операция бурения шпуров и скважин, которая представляет собой весьма трудоемкий и тяжелый цикл горнопроходческих работ при добыче полезных ископаемых. Вследствие этого вопросы совершенствования буровой техники весьма актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.

Наибольший эффект разрушения достигается при ударном воздействии на горную породу, именно на этом принципе строятся многие горные машины, в частности машины, используемые для бурения шпуров и скважин.

Актуальность совершенствования ударных систем технологического назначения связана со значительными экономическими выгодами, заключающимися в увеличении производительности буровых работ и уменьшении энергозатрат на бурение.

В настоящем исследовании ставятся и решаются задачи, связанные с проблемой повышения эффективности разрушения горной породы ударными воздействиями. В работе ставится задача о создании рациональной конструкции бойка, генерирующего в волноводе ударный импульс такой формы, при которой достигается максимальная передача энергии ударной системы разрушаемому объекту. Обосновываются способ образования и конструкции новых бойков, защищенные патентами Российской Федерации. Теоретические выводы проверяются физическим экспериментом.

Целью работы является поиск и обоснование рациональной конструкции бойков ударных механизмов, аналитическое и экспериментальное решение задачи о формировании упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками.

Идея работы заключается в увеличении значения коэффициента передачи энергии, а, следовательно, и в увеличении производительности ударных систем технологического назначения путем подбора целесообразных форм бойков.

Методы исследования основаны на использовании.

• известных положений теории удара;

• решений задач о продольном соударении стержней с использованием одномерной волновой теории Сен-Венана и графодинамического метода;

• математических принципов метода операционного исчисления;

• приемов конструирования деталей машин.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Обоснование возможности существенного повышения эффективности разрушения горных пород ударными системами путем использования новых форм бойков ударных механизмов, а именно выполненных в виде полукатеноидов вращения.

• Способ образования полукатеноидальных бойков с использованием в виде образующих участков катены (цепной линии), рассматриваемой в осях, повернутых относительно исходных осей на различные углы.

• Аналитическое решение задачи об ударе по волноводам полукатеноидальными бойками с использованием теории Сен.

Венана и интегрального преобразования Лапласа. 6.

• Компьютерная программа поиска форм ударных импульсов ступенчатыми бойками, аппроксимирующими заданные криволинейными образующие бойков.

• Результаты экспериментального исследования по установлению форм ударных импульсов, генерируемых в волноводе полукатеноидальными бойками.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов обеспечена тем, что выполненные аналитические исследования основываются на классических положениях одномерной волновой теории удара, на известных законах механики и теории упругости. При решении частных задач в работе используются методы операционного исчисления, графодинамический метод теории удара и обоснованный физический эксперимент.

Научная новизна работы заключается в.

• разработке способа образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов;

• определении условий и законов формирования упругих волн в волноводе при ударе по ним полукатеноидальными бойками;

• разработке компьютерной программы, позволяющей решать задачу о генерировании волновых ударных импульсов в стержневой системе и оценивать результаты с высокой степенью точности;

• разработке принципиально новой конструкции бойка ударного механизма в биметаллическом исполнении.

Практическая полезность. На разработанные способ образования видов полукатеноидальных бойков ударных механизмов и конструкцию бойка ударного механизма в биметаллическом исполнении получены патенты РФ на изобретения. Разработанный способ образования полукатеноидальных бойков ударных механизмов внедрен на ОАО «Завод Универсал» г. Новокузнецка, занимающийся проектированием и производством гидравлических молотов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII, IX, X, XI, XII, XIII студенческих конференциях по секции теории механизмов, динамики и прочности машин, СибГИУ, г. Новокузнецк, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.- Юбилейной научно-практической конференции молодых исследователей Кузбасса «Шаг в будущее — 50 лет КузГТУ», Кемерово, 2000 г.- 9-ой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-9−2003)», Улан-Удэ, Байкал, 2003 г.- XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В. П. Макеева, Государственный ракетный центр «КБ им. академика В. П. Макеева», Межрегиональный совет по науке и технологиям, Миасс, 2004 г.- пятнадцатой научно-практической конференции по секции механики и машиностроения, СибГИУ, Новокузнецк, 2004 г.- встрече руководителей и специалистов промышленных предприятий с рационализаторами и изобретателями, Администрация Кемеровской области, Клуб директоров машиностроительных предприятий, Кузбасская торгово-промышленная палата, КузбассРИЦ, Кемерово, 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 61 наименование, 4 приложений. Основной текст изложен на 132 машинописных листах и поясняется 45 рисунками и 2 таблицами.

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Теоретически и экспериментально показана возможность увеличения производительности ударных систем технологического назначения путем применения бойков рациональных форм без изменения других параметров.

2. В результате анализа различных форм ударников показано и обосновано, что бойки полукатеноидальной формы генерируют в волноводе ударный импульс оптимальной для разрушения обрабатываемой среды формы.

3. Составлена компьютерная программа, позволяющая решать задачу о генерировании волновых ударных импульсов в стержневой системе и оценивать результаты с высокой степенью точности.

4. Разработана конструкция бойков, которые обладают эффектом катеноида и могут использоваться в современных ударных механизмах.

Найдено теоретическое решение, определяющее форму ударного импульса в волноводе, генерируемого бойками полукатеноидальной формы.

Разработанная конструкция экспериментального стенда, подобранная измерительная аппаратура, разработанная методика экспериментального исследования генерирования упругих волн деформации в стержневой системе позволяют достаточно глубоко изучать форму ударного импульса в зависимости от формы ударяющего тела.

Выполнено экспериментальное исследование генерирования упругих волн в волноводах при ударе по ним полукатеноидальными бойками. Теоретические и экспериментальные результаты имеют удовлетворительную сходимость, что свидетельствует о пригодности аналитического и численного методов для расчета параметров ударных импульсов.

Заключение

.

Операция бурения шпуров и скважин представляет собой весьма трудоемкий цикл горнопроходческих работ при добыче полезных ископаемых. Наибольший эффект разрушения достигается при ударном воздействии на горную породу, именно на этом принципе строятся многие горные машины, в частности машины, используемые при проведении буровых работ. Вследствие этого, проблема совершенствования ударных систем технологического назначения, заключающаяся в увеличении производительности и уменьшении энергозатрат на бурение, весьма актуальна и имеет важное народнохозяйственной значение.

В настоящем исследовании решается проблема повышения эффективности разрушения горной породы ударными импульсами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. JI. Т., Жуков И. А. Биметаллический ударник. В кн.: XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 80-летию со дня рождения академика В. П. Макеева. Тезисы докладов. — Миасс: МСНТ, 2004. — 165 с.
  2. JI. Т., жуков И. А. Боек ударного механизма. В кн.: Инновации и изобретения года: материалы регионального конкурса. -Кемерово, 2005.-80с.
  3. И. А. Обоснование формы ударяющего тела для машин ударного действия. VIII студенческая конференция по секции теории механизмов, динамики и прочности машин. СибГИУ. Новокузнецк, 23.24 марта 1999 г.
  4. И. А. Теоретические обоснования форм ударяющих тел для машин ударного действия. Юбилейная научно-практическая конференция молодых исследователей Кузбасса «Шаг в будущее 50 лет КузГТУ». Кемерово, 17−18 февраля 2000 г.
  5. И. А. Основные теоретические предпосылки к изучению проблемы продольных колебаний при ударе. IX студенческая конференция по секции теории механизмов, динамики и прочности машин. СибГИУ. Новокузнецк, 22−23 марта 2000 г.
  6. И. А. К вопросу о нахождении форм волн деформации встержне при ударе по нему катеноидальным бойком. X студенческая конференция по секции теории механизмов, динамики и прочности машин. СибГИУ. Новокузнецк, 26−27 марта 2001 г.
  7. И. А. Алгоритм компьютерного исследования формирования ударного импульса в стержнях при ударе по ним катеноидальным бойком. XI студенческая конференция по секции теории механизмов, динамики и прочности машин. СибГИУ. Новокузнецк, 23 апреля 2002 г.
  8. И. А. Использование катеноидальных бойков в ударных системах технологического назначения. 9-я Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-9−2003)». Улан-Удэ, Байкал, 23−25 сентября 2003 г.
  9. И. А. Аналитическое исследование формирования ударного импульса в стержне при ударе по нему полукатеноидом вращения. XIII студенческая конференция по секции теории механизмов, динамики и прочности машин. СибГИУ. Новокузнецк, 27−28 апреля 2004 г.
  10. Ю.Жуков И. А. Об аналитической разрешимости задачи продольного удара по волноводу катеноидным бойком. Пятнадцатая научно-практическая конференция по секции механики и машиностроения. СибГИУ. Новокузнецк, 28−29 июня 2004 г.
  11. П.М., Стахановский Б. Н. К теории соударения стержней равного сечения и одинакового материала с упругими торцами сферической формы, Физико-техничес-кие проблемы разработки полезных ископаемых, 1966. № 3, стр. 63−68.
  12. Е.В., Флавицкий Ю. В., Хомяков Ю. В., Определение импульсов напряжения при продольном соударении упругих стержней произвольной геометрической формы, Краткий научный отчет Института горного дела им. А. А. Скочинского, Москва, 1965, 38 стр.
  13. О. Д., Дворников Л. Т. Бурильные машины. М., «Машиностроение», 1976 г.
  14. О.Д., Манжосов В. К., Еремьянц В. Э. Удар (распространение волн деформаций в ударных системах). Москва, «Наука», 1985. -360 стр.
  15. О.Д., Шапошников И. Д., Дворников Л. Т., Исследование эффективности формы ударного импульса при вращательно-ударномбурении шпуров, Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Новосибирск, 1971, № 5.
  16. А. с. № 1 265 038. Боек. Дворников JI. Т., Федотов Г. В. Бюл. № 39,1986.
  17. А. с. № 1 357 215. Боек. Дворников JI. Т., Мясников А. А., Федотов Г. В. Бюл. № 45, 1987.
  18. А. с. № 1 362 572. Боек. Дворников JI. Т., Федотов Г. В. Бюл. № 48,1987.
  19. А. с. № 1 391 873. Модульный боек. Дворников Л. Т., Мясников А. А., Федотов Г. В. Бюл. № 16, 1988.
  20. А. с. № 1 489 980. Боек. Дворников JI. Т., Федотов Г. В., Логушова О. В. Бюл. № 24, 1989.
  21. А. с. № 1 551 543. Боек ударного механизма. Дворников Л. Т., Александров Л. Н., Федотов Г. В. Бюл. № 11, 1990.
  22. А. с. № 1 743 842. Ударный механизм. Дворников Л. Т., Анохин. А. В., Федотов Г. В. Бюл. № 24, 1992.
  23. А. с. № 906 110. Боек. Дворников Л. Т., Мясников А. А. 1981.
  24. А. с. № 999 394. Боек. Дворников Л. Т., Мясников А. А. 1982.
  25. А. с. № 999 395. Боек. Дворников Л. Т., Мясников А. А., Тагаев Б. Т. 1982.
  26. Г. С., Голубков Ю. В., Ефремов А. К., Федосов А. А. Инженерные методы исследования ударных процессов. М., «Машиностроение», 1977.
  27. И. А., Дядюра А. Г., Бажал А. И. Бурильные машины. (Расчет, конструкции, долговечность). М., изд-во «Недра», 1972.
  28. И. А., Бойко А. И. Повышение точности и долговечности бурильных машин. М: Недра, 1986.
  29. Г., Эрдейи А., Таблицы интегральных преобразований, том 1, Преобразования Фурье, Лапласа, Меллина (Серия «Справочная математическая библиотека»), Москва, «Наука», 1969. 344 с.
  30. Большая Советская энциклопедия. Третье издание. Том 29. Москва, 1978.
  31. И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд. перераб. М.: Наука, 1980.
  32. М.Я. Справочник по высшей математике. Изд. 10-е. М.: Наука, 1973.
  33. Л.Т., Тагаев Б. Т., К вопросу о влиянии формы бойков ударных механизмов на эффективность разрушения горных пород, Известия Академии наук Киргизской ССР, 1981, № 6, стр. 16−21.
  34. Л.Т., Тагаев Б. Т., Мясников А. А., Увеличение производительности машин для бурения шпуров в крепких горных породах, Известия высших учебных заведений, Горный журнал, 1984, № 11, стр. 61−66.
  35. Л.Т., Шапошников И. Д., Исследование импульсов, генерируемых бойками различной формы, Сборник «Исследование узлов буровых установок», Фрунзе, 1972, стр. 64−70.
  36. В. А., Прудников А. П. Операционное исчисление. Учеб. пособие для втузов. Изд. 2, доп. М., «Высшая школа», 1975.
  37. В. П. Maple 7. Учебный курс. СПб.: «Питер», 2002. — 672 с.
  38. В. П. Maple 9 в математике, физике и образовании. Изд-во «Солон-Прессс», 2004 г. 688 с.
  39. В. Э. Расчет ударных процессов в машинах. Часть 1. Модели продольного соударения тел с дискетными параметрами и их анализ. Учебно-методическое пособие / Кыргызско-Российский Славянский университет. Бишкек, 2001.
  40. Н. Е. Полное собрание сочинений. Том 1. Общая механика. Москва, 1937 г.
  41. С.А. Продольное соударение двух систем стержней, Механика твердого тела, 1969. № 4, стр. 133−143.
  42. К. И., Варич М. С., Дусев В. И., Андреев В. Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. Изд. 2, перераб. М., «Недра», 1974.
  43. К.И., Манзиенко Г. Г., Ушков Н. Н., Андреев В. Д., Ерушин В. Е., Экспериментальное исследование формы поршня перфораторов, Горный журнал, 1968, № 8, стр. 42−43.
  44. Н. А. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Удар. Киев: Наукова думка, 1976.
  45. .М. Измерение продолжительности удара, Вестник московского университета, 1952. № 5, стр. 3−12.
  46. В. К. Моделирование процесса преобразования продольной волны деформации на границе разнородных участков стержня с сосредоточенной массой. Вестник УлГТУ, г. Ульяновск, 4/2002.-71−85 стр.
  47. В. К. Продольный удар сосредоточенной массы по полуограниченному стержню с упругой прокладкой в ударном сечении. Вестник УлГТУ, г. Ульяновск, 3/2001. 77−85 стр.
  48. Г. С., Ефграфов В. Н., Рыков А. А., Хон В. Ф. Ударные стенды для испытания малогабаритных изделий. — Икутск: Изд-во Икут. ун-та, 1987.
  49. Модели удара в стержневых системах: методические указания / Сост. В. К. Манжосов. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 60с.
  50. А. А. Обоснование рациональной конструкции механического генератора волн продольных колебаний машин ударного действия для разрушения горных пород. Автореферат канд. дисс. Фрунзе, 1982.
  51. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Изд. 3-е, под ред. Г. А. Монахова. М., «Машиностроение», 1974. — 600 с.
  52. Открытие № 13. Александров. Е. В. Бюл. № 7, 1964.
  53. Патент № 2 041 792. Боек. Дворников JI. Т., Прядко Ю. А., Гудимов С. Н. Бюл. № 23, 1995.
  54. Патент № 2 137 595. Ударник бурильной машины. Дворников JI. Т., Прядко М. Ю. Бюл. № 26, 1999.
  55. .К., Специальные разделы высшей математики. (Функции комплексного переменного. Операционное исчисление). Учебное пособие для втузов. Москва, «Высшая школа», 1973. 464 с.
  56. .Н., Приближенный метод определения времени, коэффициента восстановления, силы и передачи энергии присвободном прямом ударе тел, Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1971, № 1, стр. 70−83.
  57. Г. Я. Динамика взаимодействия соударяемых тел и передача внутренней механической энергии в средах деталей машин. Автореферат докт. дисс. Калуга, 2002.
  58. . Т. Поиск путей увеличения эффективности ударного разрушения горных пород при бурении. Канд. дисс. Фрунзе, 1985.
  59. С. М. Краткий курс теоретической механики. М: Высш. Шк., 1986.
  60. А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1972.,
  61. Труды Американского общества инженеров-механиков, Конструировапние и технология машиностроения (Transactions of the ASME, Series В, Journal of Engineering for Industry), 1977. № 1.
  62. Труды Американского общества инженеров-механиков, Конструирование и технология машиностроения (Transactions of the ASME, Series В, Journal of Engineering for Industry), 1977. № 3.
  63. Труды Американского общества инженеров-механиков, Конструирование и технология машиностроения (Transactions of the ASME, Journal of Mechanical Design & Journal of Engineering for Industry), 1978.-№ 2.
  64. И. Д. Исследование волновых ударных импульсов с целью повышения эффективности работы вращательно-ударных механизмов бурильных машин. Канд. дисс. Фрунзе, 1969.
  65. И.Я., Атапин В. Г. Продольные и крутильные колебания прямолинейных стержней с учетом внутреннего трения материала, Вопросы динамики механических систем виброударного действия, НЭТИ. Новосибирск, 1980. — стр. 98−110.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!