СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ВИДОВ КАТЕНОИДНЫХ БОЙКОВ УДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B1/38 B25D17/02 

Изобретение относится к области машиностроения, горного дела и строительства, в частности к бойкам машин ударного действия.

Известен конический боек ударного механизма [1] (стр. 98, рис. 2.19, а), главным параметром которого является угол конусности α. Способ создания таких бойков при постоянном размере ударного торца d_о заключается в изменении угла α и длины l этого материального объекта таким образом, чтобы объем тела в виде усеченного конуса и его масса оставались постоянными. Недостатком таких бойков является то обстоятельство, что ударный импульс, генерируемый ими (кривая l на рис. 2.19, в) убывает по интенсивности.

Известен также боек в виде катеноида вращения [2] (стр. 171, рис. 5, г), который обеспечивает ударный импульс с нарастающей интенсивностью. Данный боек представляет собой выполненное из твердого материала тело вращения, образующей которого является цепная линия - катена, которая описывается формулой [3] (стр. 129, второй столбец, 9-ая строка сверху):

где а = 1/2 d_o, т.е. половине диаметрального размера ударного торца бойка.

Способ создания таких катеноидных бойков заключается в выполнении из твердых материалов тел вращения, образующей которых является кривая, описываемая уравнением (1).

Недостатком описанного способа является то, что в результате построения по нему бойка очень быстро увеличивается его радиальный размер, что приводит к габаритам, непригодным для применения в практике горного дела и строительства.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа образования множества катеноидных бойков ударных механизмов, характеризующегося тем, что в них как в материальных телах могут быть использованы в виде образующих, ограничивающих их криволинейные поверхности, различные участки цепной линии (катены) как плоской кривой. Дело в том, что катена или цепная линия (1) есть бесконечная кривая с переменной кривизной (фиг.1). Радиус кривизны ее ([3] стр. 129, второй столбец, 17-ая строка сверху) определяется формулой

Очевидно, что для любой точки С радиус кривизны R тем более, чем больше координата x, т.к. гиперболический косинус ch (x/a) с ростом аргумента возрастает (см. [3] стр. 122, рис. 1.40), да еще и в квадрате. Если оставлять в качестве образующей формируемого бойка катену, то чем далее удаляться от начала координат, тем более приближающейся к прямой линии становится катена, а если провернуть ее относительно некоторой оси НН' (фиг.1), то можно создать боек, приближающийся к цилиндру. Именно эта идея легла в основу формулирования задачи изобретения. Известно [4] (стр. 223, рис. VII.3), что боек, выполненный в виде цилиндра, с поперечным сечением, равным сечению волновода, генерирует в волноводе прямоугольный импульс, если образующая бойка криволинейна, то импульсы в волноводе генерируются разных форм. Форма волнового ударного импульса зависит также от длины бойка. Имея это в виду, была поставлена задача создания множества бойков с образующей в виде различных участков катены, которые бы были востребованы в практике бурения при разрушении различных горных пород. Катеноидный боек, описанный в [2], имеет единственную форму и не может быть использован в различных условиях, причем истинная форма катеноидного бойка, построенного в координатах x-y (фиг.1) относительно оси x (фигура ABB'A'), приводит к быстрому нарастанию координаты y от AA'=2a, до величины BB', что не позволит использовать его в реальной практике. Устранить это быстрое нарастание площади кривой (катены) есть практически важная техническая задача.

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагается принципиально новый способ образования катеноидных бойков ударных механизмов, представляющий собой выполненные из твердых материалов тела вращения, образующей которых является плоская кривая, называемая катеной, характеризующийся тем, что в качестве образующей тел вращения используют различные участки катены, а торцы бойков обрабатывают по плоскостям, перпендикулярным их геометрической оси, при этом расстояние между торцами выбирают из условия заданной массы бойков.

Предлагаемый способ образования катеноидных бойков показан на фиг.1 и 2. На фиг.1 обозначены:
О - точка начала координат, y и x - оси координат, в которых фиксируется плоская кривая - катена, как образующая выполненного из твердого материала бойка ударного механизма,
R - радиус кривизны катены в любой точке С,
AA' - ударный торец бойка как тела вращения ABB'A' относительно его продольной оси x, AA'=d₀, т.е. диаметру ударного торца бойка,
AB и A'B' - образующие бойка, соответствующие зависимости (1),
CD и C'D', EF и E'F' - образующие бойков, отличающихся от рассмотренного бойка с образующей AB и A'B',
CDD'C' и EFF'E' - катеноидные бойки как твердые тела вращения участков катен CD и EF относительно их продольных осей GG' и HH'.

Линии OO' как эквидистанта катена AB (об эквидистанте как о равноудаленной данной плоской кривой см. [5], т. 29, стр. 587), CC'=EE' как нормальные линии к эквидистанте (CC'=EE'=d_о) помещены на фиг. 1 в качестве вспомогательных, поясняющих сущность способа.

Суть построения заключается в следующем. Если к катене AB как образующей боковые поверхности бойков провести эквидистантную кривую OO' и на ней отметить точки O, G, H и т.д., то нормали (перпендикуляры) к эквидистанте в этих точках OA, GC, HE и т.д. окажутся равными между собой и равными половине d_о, т.е. половине диаметра ударного торца получаемых бойков.

Приведенные пояснения позволяют доказать, что получаемые бойки будут иметь одинаковые площади ударных торцов и различные участки катены в качестве образующих бойков.

На фиг. 2 показаны варианты катеноидных бойков 1, 2, 3, отличающихся по форме (их образующие - различные участки катены) и по длине.

Известно, что кинетическая энергия Т, запасенная бойком перед ударом

где m - масса бойка, V - предударная скорость. Ясно, что Т не зависит от формы бойка. Но от формы бойка зависит масса m. Она определяется как объем тела, умноженный на удельный вес. При одинаковом удельном весе бойков одинаковый объем при разных видах образующих (1, 2, 3) достигается различием их длин l (l₁, l₂, l₃).

Реализуется способ следующим образом. Для твердых тел вращения - бойков машин ударного действия в качестве образующих выбираются различные участки катены, торцы бойков образуют обрабатывая их по плоскостям, перпендикулярным геометрическим осям бойков, а расстояние между торцами бойков выбирают согласно заданной их массе.

Получаемые таким образом бойки фиг.2, в частности при заданной их одинаковой массе и при условии, что все их образующие есть участки катены, отличаются тем, что из-за различия форм и длин, они генерируют в волноводах различные по форме упругие ударные импульсы, каждый из которых является оптимальным для разрушения какой-либо из различающихся по крепости горных пород.

Использованные источники
1. Алимов О.Д. и др. Удар. Распределение волн деформаций в ударных системах. Издательство "Наука", Москва, 1985 г.

2. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Изд. "Советская энциклопедия", Москва, 1979 г.

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. Издание 13, исправленное, Москва, "Наука", 1986 г.

4. Алимов О. Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины. Изд. Машиностроение, Москва, 1976.

5. Большая Советская энциклопедия. Третье издание. Москва. 1978 г., том 29.

Изобретение относится к машинам ударного действия. Дает возможность построить бойки с одинаковыми ударными торцами. Для образования катеноидных бойков, представляющих собой выполненные из твердых материалов тела вращения, образующей которых является катена, в качестве последней используют различные участки катены, а торцы бойков обрабатывают по плоскостям, перпендикулярным найденной их геометрической оси, при этом расстояние между торцами выбирают из условия заданной массы бойка. Изобретение обеспечивает получение различных видов катеноидных бойков, которые генерируют в волноводах различные по форме упругие ударные импульсы, каждый из которых является оптимальным для разрушения определенной по крепости горной породы. 2 ил.

Способ образования видов катеноидных бойков ударных механизмов, представляющих собой выполненные из твердых материалов тела вращения, образующей которых является кривая, называемая катеной, характеризующийся тем, что в качестве образующей тел вращения используют различные участки катены, а торцы бойков обрабатывают по плоскостям, перпендикулярным их геометрической оси, при этом расстояние между торцами выбирают из условия заданной массы бойков.