ГОСТ Р 55162-2012 Оборудование горно-шахтное. Молотки отбойные и пневматические. Требования безопасности и методы испытаний

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

     
Тензометрический метод определения энергии удара отбойных молотков

При ударе ударника по рабочему инструменту отбойного молотка в нем возникает импульс деформации сжатия. Импульс распространяется по направлению к острию инструмента, деформирует разрушаемый материал, отражается от его границы и острия инструмента, возвращается обратно к соударяемому торцу и вновь отражается от него. Этот процесс повторяется многократно, обеспечивая разрушение материала и внедрение в него рабочего инструмента. В зависимости от условий отражения импульс сжатия трансформируется в импульс растяжения и наоборот. Таким образом, в рабочем инструменте формируется сложная волновая картина импульсов деформации, которая затухает к моменту следующего удара.

Из всех импульсов, возникающих при ударе, только первый (падающий) импульс деформации несет информацию о скорости соударения ударника с инструментом. Согласно волновой теории удара при равенстве площадей соударяемых деталей, амплитуда деформации импульса сжатия в инструменте определяется формулой Сен-Венана:

,                                                       (Б.1)

где - амплитуда деформации;

- скорость ударника, м/с;

- скорость звука в инструменте, м/с.

В реальных ударных системах, имеющих сложную геометрию и состоящих из разных материалов, амплитуда деформации падающего ударного импульса зависит от множества других факторов: соотношения площадей поперечных сечений ударника и инструмента, их длины, плотности, контактной жесткости, уровня собственных колебаний ударника (которые полностью не затухают к моменту следующего удара) и т.п. Но, как показывают исследования, зависимость амплитуды от скорости, близкая к линейной, остается неизменной.

На этой физической зависимости строится тензометрический метод измерения энергии удара. Метод основан на применении специальных измерительных преобразователей (пик) с тензорезисторами (тензодатчиками) и специальной измерительной аппаратуры.

Алгоритм метода состоит в следующем. Из волновой картины, формирующейся в инструменте при ударе, необходимо выделить первый ударный импульс, измерить его амплитуду, а затем проградуировать эту амплитуду образцовым ударом.

Для реализации метода изготавливают специальные измерительные преобразователи - пики, максимально близкие к реальному рабочему инструменту ударной машины. На пики наклеивают по два тензорезистора (тензодатчика). Датчики наклеивают на боковую поверхность пики диаметрально противоположно, чтобы компенсировать напряжения изгиба, возникающие при нецентральном ударе. Расстояние от соударяемого торца пики до датчиков выбирают больше 4-5 диаметров пики, чтобы ударный импульс успел полностью сформироваться и влияние напряжений изгиба, возникающих на торце инструмента, было пренебрежимо малым.

При работе отбойного молотка сигнал, поступающий с пики, регистрируют специальной измерительной аппаратурой, выполняющей селекцию сигнала по амплитуде и по времени.

Селекцию импульсов по амплитуде выполняют следующим образом. Поскольку первый ударный импульс всегда следует после полного затухания волновой картины в инструменте, назначается некоторый минимальный уровень сигнала с тензодатчиков, превышение которого сигнализирует о приходе первого импульса. Импульс считается первым, если перед ним в течение длительного времени сигнал был ниже назначенного уровня.

После принятия решения о приходе первого падающего импульса выполняют селекцию сигнала по времени: назначают временной интервал, в течение которого анализируют сигнал с определением его максимального значения - амплитуды.

При каждом ударе молотка измерительная аппаратура выделяет первый ударный импульс, измеряет амплитуду и период следования импульсов. Усреднение амплитуд за 50-100 ударов позволяет минимизировать погрешность от собственных колебаний ударника (возбуждаемых при ударе и незатухающих за рабочий цикл молотка) и повысить точность измерений.

После измерений на молотке ударник и измерительную пику устанавливают на градуировочный стенд, на котором выполняют одиночные удары по измерительной пике. Стенд имеет пневматический механизм разгона ударника и оптическую систему измерения предударной скорости. Регулировкой разгона ударника добиваются амплитуды ударного импульса, близкой к средней амплитуде, измеренной при работе отбойного молотка. Получаемая при градуировке скорость ударника определяет его кинетическую энергию, т.е. энергию удара молотка.

При коротком рабочем инструменте, длина которого меньше удвоенной длины ударника, на падающий ударный импульс накладывается отраженный. В этом случае целесообразно вместо амплитуды использовать другие информационные параметры ударного импульса, например: крутизну переднего фронта или его текущую ординату, отстоящую от начала импульса на заданный временной интервал.

Точность тензометрического метода составляет ±2,5%, достигнутая стабильность измерительного тракта с учетом измерительных преобразователей (пик) составляет менее 0,15%.

Изложенный метод измерений энергии удара соответствует международному стандарту [2].

Для реализации тензометрического метода целесообразно применять компьютерные измерительные системы, дающие возможность одновременного измерения комплекса параметров отбойного молотка, например: давления и расхода воздуха, энергии и частоты ударов.

Применение компьютерных измерительных систем открывает возможность перехода к нормированию параметров ударных процессов в инструменте, например, количества движения или энергии ударного импульса. Эти интегральные параметры полнее характеризует эффективность ручной машины ударного действия, поскольку включают в себя и КПД двигателя машины, и КПД ударной системы. Кроме того, интегральные параметры позволяют выполнять испытания без градуировки с использованием аттестованных измерительных преобразователей.

Для длинной измерительной пики (длина более 4-5 длин ударника) количество движения , Н·с, и кинетическую энергию ударного импульса , Дж, рассчитывают по формулам:

,

(Б.2)

,

где - коэффициент чувствительности тензодатчика, В;