УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ УПРУГОХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК E02F5/30 E21C37/00 

Изобретение относится к устройствам для разрушения упругохрупких материалов, преимущественно горных пород, и может быть использовано в машинах ударного действия, разрушающих материалы путем ударного внедрения в среду.

Известен способ ударного разрушения породы (см. а.с. 613890) и устройство разрушения горных пород, реализующее этот способ (см. а.с. 153877), при котором временная задержка между смежными ударами под углом друг к другу равна времени зарождения магистральной трещины под центральным ударником. В этом способе центральный ударник расположен перпендикулярно поверхности разрушаемого материала и под углом к нему расположены боковые ударники. При таком способе разрушения боек наносит удар по центральному ударнику и вызывает его внедрение в среду с образованием магистральной трещины. Спустя время задержки указанный выше боек наносит удар по боковым ударникам, которые также внедряются в разрушаемую среду и создают в зоне магистральной трещины напряжения растяжения, способствующие к более полному ее раскрытию.

Недостатком указанной конструкции ударного разрушения породы является сложность конструктивной реализации и потери энергии на внедрение боковых ударников в разрушаемый материал. Кроме этого, при больших углах отклонения боковых ударников от центрального происходит проскальзывание их по поверхности разрушаемого материала, а при малых - горизонтальная составляющая удара мала и эффект незначителен.

В работе (Дементьев А. Д. , Торшенов Н.Г. Развитие трещины при ударе, ФТПРПИ, 1978, N 5) установлено, что энергия выброса ударника из разрушаемого материала представляет собой значительную часть от предударной и раскрытие берегов трещины связано определенным образом с размером трещины, для развития которой необходим некоторый интервал времени. Но в это же время упругие силы разрушаемой среды, выталкивая ударник, уменьшают максимальное раскрытие берегов трещины, которое он произвел, и тем самым уменьшают размер трещины. При разрушении материалов клиновидным ударником процесс трещинообразования имеет две стадии: первая - внедрение в разрушаемый материал клиновидного ударника; вторая - расклинивание щеками ударника разрушаемой среды и развитие магистральной трещины под ним. Силы трения между щеками клина и поверхностью трещины также препятствуют увеличению раскрытия берегов трещины, что ведет к потерям энергии удара.

Повышения эффективности разрушения или увеличения размера трещины при одних и тех же энергетических затратах можно достигнуть, уменьшая указанные потери энергии удара.

Повышения эффективности разрушения можно достигнуть устройством для ударного разрушения, показанным на чертеже, которое состоит из ударника 1 с фиксирующей гайкой 2, пружины 3 и бойка 4. Суммарный вес ударника 1, фиксирующей гайки 2 и пружины 3 должен быть выбран равным или чуть больше веса, необходимого для внедрения клиновидной рабочей части ударника 1 до образования магистральной трещины под ним, а основную энергию удара несет боек 4, ударный импульс которого начинает действовать после начала образования магистральной трещины под клиновидным ударником. Это достигается выбором необходимой жесткости пружины 3, достаточной только для удержания веса бойка 4 в покое и свободным расстоянием между витками, равным предударной скорости бойка, умноженной на время зарождения магистральной трещины под ударником. При ударе клиновидным ударником 1 по разрушаемой среде он производит предварительный надрез, а боек 4 в это время сжимает пружину 3 до выбора свободного расстояния между витками пружины и через время, необходимое для зарождения магистральной трещины под ударником 1, начинает действовать его основной ударный импульс, который обеспечивает процесс развития магистральной трещины.

Эксперименты показали, что при равенстве весов ударников и одной и той же высоте их сброса поверхность трещины в оргстекле, образуемой описанным устройством, в 1,7 раза больше, чем поверхность трещины, развивающейся под цельным ударником.

Устройство предназначено для ударного разрушения упругохрупких материалов, преимущественно горных пород, и может быть использовано в любых инструментах, разрушающих материалы путем ударного внедрения в среду. Устройство для ударного разрушения материалов учитывает особенности ударного трещинообразования и позволяет повысить эффективность разрушения при одних и тех же энергетических затратах. Это достигается путем распределения энергии удара на две составляющие с временным интервалом между ними, равным времени внедрения клиновидного ударника до зарождения магистральной трещины под ним. При этом вес ударника с фиксирующей гайкой и пружиной чуть больше веса, необходимого для внедрения клиновидной рабочей части до образования магистральной трещины под ней, свободное расстояние между всеми витками пружины равно предударной скорости бойка, умноженной на время зарождения магистральной трещины под клиновидной рабочей частью, а жесткость пружины достаточна только для удержания веса бойка. 1 ил.

Устройство для ударного разрушения упругохрупких материалов, содержащее клиновидный ударник, помещенный в полый цилиндр, выполняющий роль бойка и подпружиненный относительно нижней части ударника, отличающийся тем, что в верхней части ударника размещена фиксирующая гайка, а расстояние между витками пружины равно предударной скорости бойка умноженной на время зарождения магистральной трещины под ударником.