Математическая модель разрушения горных пород ударным инструментом

Рассматриваемая математическая модель разрушения горных пород ударным инструментом представляется как совокупность двух моделей. Первая — это модель взаимодействия бойка и инструмента. Она позволяет найти усилие (как функцию времени), с которым инструмент действует на массив. Вторая модель описывает напряженное состояние массива в зависимости от времени и дает оценку его прочности. Объединение упомянутых моделей устанавливает влияние параметров инструмента и механических характеристик массива на объем разрушения. Действие инструмента на массив сводится к сосредоточенной нагрузке по оси инструмента. Зависимость ее модуля от времени получается в результате расчетов по первой математической модели. В качестве геометрических исходных данных задаются толщина скалываемого слоя, угол наклона нагрузки и шаг ее приложения. Напряженное состояние массива определяется в результате решения начально-краевой задачи динамической теории упругости численным методом, представляющим собой объединение метода прямых (используется схема Кранка-Николсон) и метода конечных элементов. Для оценки прочности породы используются критерии Кулона-Мора и Морозова-Петрова, позволяющие найти объем разрушенной породы. Приведен пример расчета для гидравлической машины ударного действия G100 фирмы «Rammer» (Финляндия).

Ключевые слова: горный массив, ударный инструмент, математическая модель, метод прямых, метод конечных элементов, критерий Кулона-Мора, критерий Морозова-Петрова.
Как процитировать:

Жабин А.Б., Лавит И.М., Поляков А.В., Керимов З.Э. Математическая модель разрушения горных пород ударным инструментом // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 11. – С. 140–150. DOI: 10.25018/0236-14932020-11-0-140-150.

Благодарности:

Результаты исследования опубликованы при финансовой поддержке ТулГУ в рамках научного проекта № НИР 2019-18.

Номер: 11
Год: 2020
Номера страниц: 140-150
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.23.05:622.235
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-140-150
Дата поступления: 23.06.2020
Дата получения рецензии: 13.07.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.10.2020
Информация об авторах:

Жабин Александр Борисович1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: zhabin.tula@mail.ru,
Лавит Игорь Михайлович1 — д-р физ.-мат. наук, профессор, e-mail: igorlavit@yandex.ru,
Поляков Андрей Вячеславович1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Polyakoff-an@mail.ru,
Керимов Захит Эльдарович1 — аспирант, e-mail: k-zahit94@mail.ru,
1 Тульский государственный университет.

 

Контактное лицо:

Жабин А.Б., e-mail: zhabin.tula@mail.ru.

Список литературы:

1. Кравченко В. А. Обоснование гидравлических устройств ударного действия с пониженной удельной металлоемкостью для разрушения горных пород. Автореф. дис. канд. техн. наук. — Орел, 2004. — 23 с.

2. Доброборский Б. С., Овчаров А. А. Исследования машины ударного действия с подвижным ударным механизмом // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 5. https://science-education.ru/pdf/2014/ 5/ 468.pdf (дата обращения: 24.09.2014).

3. Абраменков Д. Э., Абраменков Э. А., Дедов А. С., Крутиков Е. И. Пневматический ударный механизм с комбинированным воздухораспределением // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2014. — № 4. — С. 114—118.

4. Gorodilov L. V. Analysis of the dynamics of two-way hydropercussion systems. Part II: Influence of design factors and their interaction with rocks // Journal of Mining Science. 2013. Vol. 49. No 3. Pp. 465—474. DOI: 10.1134/S1062739149030143.

5. Oparin V. N., Timonin V. V., Karpov V. N., Smolyanitsky B. N. Energy-based volumetric rock destruction criterion in the rotary–percussion drilling technology improvement // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. No 6. Pp. 1043—1064. DOI: 10.1134/S1062739117063114.

6. Redelin R. A., Kravchenko V. A., Kamanin Y. N., Panichkin A. V., Bozhanov A.A. Study of effect of in-line hydropneumatic accumulators on output characteristics of hydraulic hammer // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 87. No 2. Article 022016. DOI: 10.1088/1755-1315/87/2/022016.

7. Tian Jialin, Yang Zhi, Li You, Yang Lin, Wu Chunming, Liu Gang, Yuan Changfu Vibration analysis of new drill string system with hydro-oscillator in horizontal well // Journal of Mechanical Science and Technology. 2016. Vol. 30. No 6. Pp. 2443—2451. DOI 10.1007/ s12206-016-0504-z.

8. Ушаков Л. С., Котылев Ю. Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударного действия. — М.: Машиностроение, 2000. — 416 с.

9. Жабин А. Б., Лавит И. М., Поляков А. В., Керимов З. Э. Математическая модель взаимодействия бойка и инструмента при ударном разрушении горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 94—103. DOI: 10.25018/02361493-2020-7-0-94-103.

10. Ушаков Л. С., Климов В. Е. Современные тенденции развития проходческой техники для крепких горных массивов // Инновации на транспорте и в машиностроении: сборник трудов IV международной научно-практической конференции. Т. II. — СПб.: НМСУ «Горный», 2016. — С. 63—68.

11. Каманин Ю. Н., Ушаков Л. С. Разработка новых технологий проходки туннелей в твердых породах // Транспортные системы и технологии. — 2016. — № 4(6). — С. 77—86.

12. Li X., Wang S., Ge S., Malekian R., Li Z. A theoretical model for estimating the peak cutting force of conical picks // Experimental Mechanics. 2018. Vol. 58. Pp. 709—720. DOI: 10.1007/S11340-017-0372-1.

13. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. — М.: Наука, 1979. — 560 с.

14. Ладыженская О. А. Краевые задачи математической физики. — М.: Наука, 1973. — 408 с.

15. Стренч Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. — М.: Мир, 1977. — 349 с.

16. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 541 с.

17. Морозов Н. Ф., Петров Ю. В. Проблемы динамики разрушения твердых тел. — СПб.: СПбГУ, 1997. — 132 с.

18. Барон Л. И., Хмельковский И. Е. Разрушаемость горных пород свободным ударом. — М.: Наука, 1971. — 203 с.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.