Обоснование параметров кольцевого упругого клапана системы воздухораспределения при создании пневмоударных машин

Объект исследования - кольцевой упругий клапан как элемент системы воздухораспределения в пневмоударной машине, а также созданные с его использованием погружной пневмоударник для бурения взрывных скважин и кольцевая пневмоударная машина для погружения стержней при усилении грунтовых инженерных сооружений. Цель исследования - разработка расчетной модели и методики расчёта кольцевого упругого клапана как воздухораспределительного элемента пневматических ударных машин для горного производства и подземного строительства с улучшенными энергетическими показателями. Идея работы заключается в представлении радиальной деформации кольцевого упругого клапана в виде движения центра массы малого участка кольца, перемещение которого определяет площадь проходного сечения клапанной щели. Разработана расчетная модель кольцевого упругого клапана, все точки которого при срабатывании движутся радиально относительно неподвижного центра. В ней кольцевой упругий клапан представлен в виде сосредоточенной массы, перемещение которой определяет площадь проходного сечения клапанной щели. Это позволяет встраивать такой клапан в расчетную модель пневматической ударной машины, оперирующую перемещением центров масс ее элементов. Установлена зависимость среднего давления в клапанной щели от ширины клапана, размера клапанной щели, перепада давления в рабочих камерах пневмоударной машины. Выявлен эффект повышения среднего давления на наружной поверхности упругого клапана, препятствующий его закрытию. Предложено создание наклонного участка на наружной поверхности клапана со стороны выхода воздушного потока для улучшения срабатывания клапана и повышения герметичности рабочей камеры. Разработана методика расчета геометрических параметров воздухораспределительного устройства с упругим клапаном. Обоснована конструктивная схема кольцевой ударной машины, оригинальность которой защищена патентом РФ. В рамках этой схемы проанализированы три типа систем воздухораспределения пневмоударных машин с упругим клапаном. Установлено, что как по ударной мощности, так и по экономичности энергопотребления предпочтительной является одноклапанная система. Изготовлены и успешно испытаны в производственных условиях образцы погружного пневмоударника и кольцевой пневмоударной машины, в системе воздухораспределения которых использованы кольцевые упругие клапаны, рассчитанные на основании результатов выполненных исследований. Результаты испытаний подтвердили преимущества новых машин перед аналогами.