Обоснование системы воздухораспределения погружного пневмоударника с экономичным рабочим циклом

Одним из способов экономии энергии в горной промышленности и обеспечения необходимой величины давления сжатого воздуха в воздухопроводных сетях подземных добычных предприятий является уменьшение удельного расхода энергоносителя потребителями, в частности, погружными пневмоударниками. Цель настоящей работы – обоснование системы воздухораспределения пневмоударника, обеспечивающей снижение удельного расхода сжатого воздуха. Предложена система, включающая две камеры с постоянной подачей сжатого воздуха, две управляемые камеры, два упругих клапана на ударнике и клапан для отсечки подачи сжатого воздуха в камеру прямого хода, управляемые от положения ударника. На основе предложенной конфигурации разработаны два варианта конструкции пневмоударника. Рабочий цикл разработанного устройства исследован численно с привлечением программного обеспечения SimulationX и экспериментально на лабораторном стенде. Расчеты показали, что предложенная система воздухораспределения в версии с управляемым впуском в камеру обратного хода обеспечивает достижение поставленной цели. По сравнению с серийным пневмоударником М29Т, при практически одинаковых с ним габаритах, ударной мощности, расходе сжатого воздуха на продувку забоя скважины, разработанный пневмоударник имеет удельный расход энергоносителя на 53 % меньше, а потребление электрической мощности на его питание сжатым воздухом в 2 раза ниже. Расчетные данные соответствуют опытным, полученным в эксперименте и из литературных источников, что подтверждает корректность результатов расчета.

1. Минеева А.С. Энергоэффективность как фактор устойчивого развития горнодобывающего предприятия. Экономика и предпринимательство. 2016;(11–2):565–570.

2. Люханов В.В., Алферов С.Б., Трофимов В.Ф., Роженцов В.Ф. Пневмоударный буровой инструмент, работающий при высоком давлении сжатого воздуха. Горная промышленность. 2012;(5):28–30.

3. Смоляницкий Б.Н., Репин А.А., Данилов Б.Б. и др. Повышение эффективности и долговечности импульсных машин для сооружения протяженных скважин в породных массивах. Монография. Новосибирск: Изд. СО РАН; 2013. 204 с.

4. Карпов В.Н., Немова Н.А., Резник А.В. О повышении эффективности бурения взрывных скважин при освоении твердых полезных ископаемых. В: Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: сборник тезисов 8-й Международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: СПГУ; 2021. C. 341–345.

5. Кумыкова Т.М., Кумыков В.Х. Исследование динамических характеристик шахтного гидропневмоаккумулятора сжатого воздуха. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013;(5):99–109. (Перев. вер.: Kumykova T.M., Kumykov V.K. Dynamics of mine hydro-pneumatic accumulator. Journal of Mining Science. 2013;49(5):763–771. https://doi.org/10.1134/S1062739149050109)

6. Алексеев С.Е., Кокоулин Д.И. Использование погружных пневмоударников для прямолинейного направленного бурения. В: Современные проблемы в горном деле и методы моделирования горно-геологических условий при разработке месторождений полезных ископаемых: сб. материалов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. КузГТУ; 2015.

7. Гаун В.А. Разработка и исследование погружных пневмоударников с повышенной энергией удара. Повышение эффективности пневмоударных буровых машин: сб. науч. трудов. Новосибирск: ИГД СО РАН; 1987. C. 3–10.

8. Липин A.A. Перспективные пневмоударники для бурения скважин. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2005;(2):74–78. (Перев. вер.: Lipin A.A. Promising pneumatic punchers for borehole drilling. Journal of Mining Science. 2005;41(2):157–161. https://doi.org/10.1007/s10913-005-0078-0)

9. Емельянов П.М., Есин Н.Н., Зиновьев А.А. и др. Машины для бурения скважин погружными молотками в подземных условиях. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР; 1965. 161 с.

10. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра; 1987. 272 с.

11. Суднишников Б.В., Есин Н.Н., Тупицын К.К. Исследование и конструирование пневматических машин ударного действия. Новосибирск: Наука, СО АН СССР; 1985. 134 с.

12. Wijk G. (Ed.) Hammer theory and practice. 2008. URL: https://www.researchgate.net/publication/271527406_Hammer_Theory_and_Practice

13. Герц Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет. М.: Изд-во «Машиностроение»; 1969. 359 с.

14. Мюнцер Е.Г. Построение математической модели пневмоударных механизмов на ЭВМ. В: Пневматические буровые машины: сб. науч. тр. Новосибирск: ИГД СО АН СССР; 1984. C. 49–55.

15. Федулов А.И., Архипенко А.П., Маттис А.Р. Выбор зазоров в трущихся парах пневмомолотов. Новосибирск: Наука, Сибирское отд; 1980. 128 с.

16. Петреев А.М., Примычкин А.Ю. Работа кольцевого упругого клапана в пневмоударном приводе. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016;(1):132–143. (Перев. вер.:

17. Petreev A.M., Primychkin A.Y. Ring-type elastic valve operation in air hammer drive. Journal of Mining Science. 2016;52(1):135–145. https://doi.org/10.1134/S1062739116010224)

18. Тамбовцев П.Н. Экспериментальные исследования пневмоударного устройства с пониженным удельным расходом сжатого воздуха. Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2020;7(2):47–52. https://doi.org/10.15372/FPVGN2020070208

19. Петреев А.М., Воронцов Д.С., Примычкин А.Ю. Кольцевой упругий клапан в пневмоударных машинах. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2010;(4):56–65. (Перев. вер.: Petreev A.M., Primychkin A.Y., Vorontsov D.S. Ring-shape elastic valve in the air percussion machines. Journal of Mining Science. 2010;46(4):416–424. https://doi.org/10.1007/s10913-010-0052-3)

20. Тымчур А.Д. К вопросу улучшения пневмотранспорта выбуренных частиц при бурении скважин на карьерах. Известия УГГУ. 2000;(11):277–279.

21. Есин Н.Н. Методика исследования и доводки пневматических молотков. Новосибирск: ИГД СО АН СССР; 1965. C. 25–26.