Составной ударник для разрушения негабаритов Советский патент 1992 года по МПК E21C37/14 E21C3/00 

| VJ

сл о

|Ю

CJ

Изобретение относится к области горного дела, в частности к ударному разруше- нию негабаритов при буровзрывном способе разработки месторождений полезного ископаемого.

Известно устройство для разрушения негабаритов с высокоэнергетического гидропневматического молота,установленного на стреле гусеничного экскаватора ЭО-5122 1. Однако по ряду причин оно до настоящего времени широкого распространения не получило и не вышло из стадии опытно-промышленных испытаний. Недостатком устройства является сложность конструкции высокоэнергетического ударника, высокая энергия отдачи на корпус базовой машины и большие осевые усилия при работе бутобоя. Большие нагрузки и высокие уровни вибрации передаются на несущие конструкции и корпус экскаватора, что и приводит к частым поломкам отдельных узлов и деталей как бутобоя, так и базовой машины. Отсюда низкая эксплуатационная надежность и, какследст- вие,недостаточная производительность бутобоя. Кроме того, высокие уровни шумов и вибрации существенно ухудшают санитарно-гигиенические условия работы машиниста экскаватора.

Известно устройство для разрушения горных пород (негабаритов), выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус в виде направляющей трубы и цилиндрический ударник, установленный с возможностью перемещения в трубе по ее оси, подъемный трос и механизм привода, при этом цилиндрический ударник в нижней торцевой части снабжен бойком, выполненным в виде полусферы, площадь основания которого равна площади сечения ударника и жестко связана с ним, ударник посредством троса непосредственно связан с механизмом привода его перемещения 2. Известная конструкция предусматривает применение сферического бойка с площадью основания, равной площади ударника, независимо от его диаметра. Однако, по данным ведущей в мире фирмы Rammer по производству высокоэнергетических ударников,диаметр ударного торца породораз- рушающего инструмента для разделки негабаритов не должен превышать 115-170 мм в зависимости от крепости горной породы Увеличение диаметра инструмента ведет к потере производительности, уменьшение - к снижению надежности и износостойкости. При этом значительно снижается КПД передачи ударной энергии негабариту. Известная конструкция этого обстоятельства не учитывает и поэтому,

практически, не может обеспечить одновременно и высокую эффективность разрушения из-за низкого КПД и износостойкость ударника.

С целью повышения эффективности

разрушения негабаритов за счет увеличения КПД передачи энергии от ударника к разрушаемому негабариту и повышения износостойкости цилиндрический ударник вы

полней составным, в нижней торцевой части снабжен бойком,выполненным в виде усеченного конуса вращения, площадь основания которого равна площади сечения цилиндрического ударника, при этом предел прочности на сжатие материала бойка выше предела прочности материала корпуса ударника, а угол конусности составляет 50 ... 60°, причем верхняя торцевая часть для обеспечения соосности и надежности

соединения с ответной поверхностью корпуса ударника выполнена ступеньчатой.

Особое внимание уделено плотности соединения цилиндрического корпуса и бойка и их соосности. В случае неплотного

и несоосного соединения корпуса с бойком, последний выполняет функции промежуточного звена, что в соответствии с волновой теорией соударения 3, связано с большими потерями энергии удара в промежуточном

звене и, как следствие, снижением КПД передачи ударной энергии и производительности при разрушении негабаритов. Именно поэтому корпус ударника выполнен из материала с меньшим пределом прочности на сжатие, чем материал бойка. Это обстоятельство позволяет бойку вмяться в тело ударника при работе и составлять единое целое, а т.к. акустическая жесткость материала корпуса ударника и бойка

одинакова, то и передача энергии удара разрушаемому материалу осуществляется с максимально возможным КПД. Соосность обеспечивается ступенчатой конструкцией конического бойка.

Таким образом заявленный составной ударник для разрушения негабаритов соответствует критерию новизна. Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выяснить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная конструкция составного ударника для разрушения негабаритов.

Составной ударник состоит из корпуса

ударника 1 и бойка 2, имеющего форму усеценного конуса вращения. В верхней торцевой части корпуса ударника имеется резьбовое гнездо для установки хвостовика, взаимодействующего с подъемным механизмом любого устройства для разрушения негабаритов со свободно падающим цилиндрическим ударником, В нижней торцевой части корпуса ударника 1 имеется центрирующее гнездо,предназначенное для обеспечения, соосности и взаимодействия с ответной поверхностью конического бойка 2. Необходимо отметить, что конический боек при соударении с разрушаемым материалом выполняет не только функцию породоразрушающего инструмента, но и излучателя волн напряжения, своего рода фокусирующей линзы, направляющей ударную волну в глубь разрушаемого негабарита, что способствует процессу распространения трещин по глубине и по- ложительно сказывается на эффективности разрушения. При этом весьма важно, чтобы корпус ударника и боек были строго соосны и плотно прилегали по всей плоскости сечения, все это обеспечивает максимально воз- можный КПД ударной энергии при разрушении негабаритов. Для достижения соосности боек выполнен ступенчатым, плотность соединения корпуса и бойка гарантирует то обстоятельство, что боек вы- полней из материала,имеющего более высокий предел прочности на сжатие, чем материал корпуса. Поэтому при работе составного ударника ступенчатый боек, как более твердый, имеет возможность вмять- ся по всему сечению в тело ударника и представляет.практически, с ним единое целое.

Работает заявленный составной ударник следующим образом . При сбрасывании составного ударника с требуемой высоты, определяемой необходимой энергией удара, ударник вступает в соударение с поверхностью разрушаемого негабарита и в, соответствии с волновой теорией соударе- ния (З передача энергии удара длится до тех пор, пока образовавшаяся в теле ударника волна сжатия при соударении бойка с негабаритом не вернется в виде отраженной волны растяжения к месту соударения. Все это время в разрушаемом негабарите происходит процесс трещинообразования и бо- ек выполняет функцию не только породоразрушающего инструмента, но и излучателя волн напряжений.

Были проведены экспериментальные исследования работы составных ударников. Испытывался составной ударник, корпус которого был выполнен из ст. 3, а бойки цилиндрической и конической формы из ст. ШХ-15 с поверхностной закалкой до твердости 58- 62 HRC. Так, в процессе промышленных испытаний бутобоя со свободнопадающими ударником было установлено, что боек цилиндрической формы диаметром 132 ммгиз- готовленный из стали ШХ-15„при энергии единичного удара 20000 Дж начинал разрушаться после разделки 30-40 м3 негабаритов (крепость гранита f 10-14 по шкале проф. Протодьякова) и полностью выходил из строя после разрушения 60-70 м3. Производительность составляла 20-40 м3/ч. Поэтому были изготовлены и испытаны бойки из стали ШХ-15, имеющие форму усеченного конуса с углом конусности от 50° до 60°, причем диаметр нижнего торца конического бойка оставался тем же, что и цилиндрического, равным 132 мм. При испытаниях в тех же условиях у бойка с углом конусности 54° даже после разрушения свыше 500 м3 негабаритов никаких признаков разрушения не наблюдалось, а производительность возросла до 60-80 м /ч. Таким образом, применение составного ударника для разрушения негабаритов позволяет достичь поставленной цели, заключающейся в повышении эффективности ударного разрушения негабаритов за счет увеличения КПД передачи энергии от ударника к разрушаемому негабариту и повышении износостойкости самого ударника.

Формула изобретения Составной ударник для разрушения негабаритов, содержащий цилиндрический корпус и боек, плоскость основания которого равна площади сечения цилиндрического ударника, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения негабаритов за счет увеличения КПД передачи ударной энергии негабариту и повышения износостойкости, боек выполнен в виде усеченного конуса, при этом предел прочности материала бойка на сжатие выше предела прочности материала корпуса ударника, а угол конусности составляет 50...60°. причем верхняя торцевая часть бойка имеет ступенчатую форму для взаимодействия с ответной поверхностью корпуса ударника.

Использование: ударное разрушение негабаритов при буровзрывном способе отбойки породы в карьерах, Сущность изобретения: составной ударник состоит из корпуса ударника 1 и ступенчатого бойка 2, имеющего форму усеченного корпуса вращения. В верхней торцовой части ударник 1 имеет резьбовое гнездо для установки хвостовика, взаимодействующего с подъемным механизмом любого устройства для разрушения негабаритов со свободно падающим цилиндрическим ударником. В нижней торцовой части ударника 1 имеется центрирующее гнездо для обеспечения соосности с бойком 2 и взаимодействия с ответной поверхностью бойка 2. При сбрасывании составного ударника боек 2 вступает в соударение с поверхностью разрушаемого негабарита и выполняет не только функцию породоразрушающего инструмента, но и излучателя волны напряжения, проходящей в глубь разрушаемого негабарита, что способствует процессу трещинообразования и повышает эффективность разрушения. 1 ил сл