Základní technické parametry

2.1 Základní technické parametry

2.1.1 Parametry hydraulického kamenolomu

(1) Výkonové parametry

Š a frekvence úderů f jsou výkonové parametry popisující hydraulický kamenolom. Š určuje pracovní kapacitu kamenolomu; f určuje jeho pracovní rychlost.

Výstupní výkon hydraulického kamenolomu lze vyjádřit jako:

N = Š × f                                           (2.1)

Protože dva parametry popisující výkon – energie úderu a frekvence úderů – jsou vzájemně vazební, při návrhu hydraulického kamenolomu je nutné zohlednit poměr Š po f musí být pečlivě vyvážen. Za podmínky minimální instalované kapacity by měla být dosažena maximální provozní účinnost. U hydraulického kamenolomu je vyžadována velká nárazová energie Š a nárazová frekvence f by měla být vhodným způsobem snížena, aby byly splněny požadavky na vysokou nárazovou sílu a dobrý rozdrcovací účinek. U hydraulického kamenolomu, i když se rovněž jedná o hydraulický nárazový mechanismus, je vyžadována malá nárazová energie Š a co nejvyšší nárazová frekvence f , aby byly splněny požadavky na rychlé vrtání.

(2) Provozní parametry

Maximální rychlost nárazu pístu v _m , provozní průtok Q , provozní tlak p , a optimální tlačná síla F _T jsou provozní parametry hydraulického kamenolomu.

● Maximální rychlost nárazu pístu v _m : toto je okamžitá rychlost kontaktu, při které píst narazí na zadní část dlahy. Příslušná kinetická energie pístu je definována jako nárazová energie hydraulického kladiva Š . Pokud je kinetická energie pístu zcela převedena na cíl, pak je nárazová energie hydraulického kladiva:

Š = ½ mV ²_m                                            (2.2)

kde: m — hmotnost pístu.

Z rovnice (2.2) vyplývá, že čím vyšší je rychlost nárazu pístu, tím vyšší je nárazová energie.

Zvýšení v _m je však omezeno dvěma faktory:

1) Mezní vlastnosti materiálů pístu a dlahy. Rychlost koncového nárazu v _m souvisí s kontaktním napětím σ ; čím vyšší σ , tím více ovlivňuje životnost pístu a dlahy. Při přípustném kontaktním napětí σ , typický výběr je v _m = 9 až 12 m/s. S rozvojem materiálové vědy lze hodnotu v _m dále zvyšovat.

2) Frekvenční limit nárazového mechanismu. Protože je konstrukce pístu a zdvih omezeny, při pevném zdvihu pístu trvá zrychlení na požadovanou v _m velmi krátkou dobu. Zřejmě čím větší v _m , tím kratší je potřebná doba zrychlení.

Nízká frekvence znamená, že doba cyklu i doba zdvihu pístu jsou obě dlouhé, zatímco vysoká v _m nutně vede ke zkrácení zdvihu a doby cyklu — tedy k vysoké frekvenci nárazů —, což nesplňuje požadavky na nízkofrekvenční konstrukci.

● Pracovní průtok Q : průtok, který hydraulická čerpadla dodávají hydraulickému krušiči hornin během provozu; jedná se o nezávislou proměnnou. Chování i provozní parametry hydraulického krušiče hornin jsou všechny úzce spojeny s pracovním průtokem a jsou funkcemi pracovního průtoku; mění se v závislosti na změně pracovního průtoku.

● Pracovní tlak p : tlak, který hydraulický systém vyžaduje při provozu hydraulického krušiče hornin — tedy systémový tlak nutný k dosažení požadovaných provozních parametrů. Pracovní tlak p je závislá proměnná; mění se v závislosti na změně vstupního průtoku Q a konstrukčních parametrů. Během provozu, pokud zůstávají všechny ostatní parametry konstantní, nelze tlak p aktivně měnit. Pracovní tlak p a vstupní průtok Q splňuje základní princip hydraulické techniky: tlak v systému je určen vnějším zatížením. Na základě tohoto principu návrh hydraulického krušiče kamenů znamená použití konstrukčních parametrů a pracovního průtoku k zajištění provozního tlaku systému p je dosažen.

● Tlačná síla F _T při provozu hydraulického krotilníku hornin způsobuje zrychlení pístu během pracovního zdvihu zpětný ráz těla stroje, čímž dojde ke ztrátě kontaktu mezi dlahou a cílovým objektem a následně k porušení normálního účinku nárazu. Aby bylo možné tento zpětný ráz překonat, je nutné působit silou podél osy těla krotilníku – tzv. tlačnou silou. Tato tlačná síla musí být dostatečně velká, aby udržela dlahu v pevném kontaktu s objektem, na který je náraz aplikován. Tlačná síla musí být optimální. Jinými slovy existuje problém určení optimální tlačné síly, který je úzce spojen s rozměrovou třídou nosného stroje. Pokud je nosný stroj příliš malý, není schopen poskytnout dostatečnou tlačnou sílu; je-li naopak příliš velký, i když požadavek na tlačnou sílu splňuje, stoupají investiční náklady na nosný stroj, což je také nežádoucí. Při návrhu hydraulických krotilníků hornin je tradičním cílem optimalizace dosažení vysoké nárazové energie při co nejnižší tlačné síle. To umožňuje kombinovat hydraulický krotilník hornin s vysokou nárazovou energií s menším nosným strojem, čímž vznikne efektivní pracovní kombinace a snižují se provozní náklady.

(3) Konstrukční parametry

Tři průměry pístu h ₁, h ₂, a h ₃, pracovní hmotnost m , a pracovní zdvih S jsou konstrukčními parametry hydraulického kamenolomu. Konstrukční parametry určují jeho provozní parametry. Návrh hydraulického kamenolomu je v podstatě určení konstrukčních parametrů h ₁, h ₂, h ₃, m , a S které zajistí dosažení požadovaných provozních parametrů. Jakmile jsou konstrukční parametry stanoveny, všechny provozní a pracovní parametry se mění v závislosti na vstupním průtoku a jsou funkcemi vstupního průtoku.

2.1.2 Pracovní tlak hydraulického oleje a jmenovitý tlak

(Jmenovitý tlak je v celé této části označován p _H jako

Při provozu hydraulického kamenolomu hydraulický olejový tlak uvádí píst do pohybu a charakter pohybu pístu je určen průběhem změny této poháněcí olejové síly — to je kinematika a dynamika pístu.

Vzhledem k hmotnosti pístu m , zrychlení a , a setrvačné síle pístu F _K , druhý Newtonův zákon dává:

F _K = mA                                              (2.3)

Poháněcí síla F se rovná F _K ve velikosti, ale má opačný směr. Poháněcí síla F působící na píst je generována tlakem oleje p v komoře a lze ji vyjádřit jako:

p = F _K / A = mA / A = ( m / A ) · d v / d t             (2.4)

kde: m — hmotnost pístu, konstantní;

 A — tlaková plocha pístu, konstantní;

 v — rychlost pístu; okamžitý průtok q pohánějící pohyb pístu splňuje:

AV = q                                               (2.5)

Od té doby v a q ve vztahu (2.5) jsou funkcemi času, derivováním v a q podle času získáme:

A h v / d t = d q / d t                                  (2.6)

Dosazením vztahu (2.6) do vztahu (2.4) dostaneme:

p = ( m / A ²) · d q / d t                              (2.7)

V rovnici (2.7) je m / A ²konstanta; d q / d t představuje rychlost změny průtoku systému.

Z rovnic (2.3) až (2.7) vyplývá, že tlak v systému vzniká na základě měnícího se vstupního průtoku do olejové komory. Jinými slovy změna průtoku hydraulického oleje způsobuje zrychlení pístu a setrvačnou sílu, které následně generují tlak v olejové komoře. p .

Systémový tlak oleje p je úměrná hmotnosti pístu m a rychlosti změny průtoku d q /dt , a nepřímo úměrná druhé mocnině plochy pístu vystavené tlaku A . Aby byl snížen tlak oleje v systému p , je nejúčinnější metodou zvětšení plochy pístu vystavené tlaku A , avšak to také zvětšuje celkové rozměry stroje, a proto je třeba oba faktory při návrhu vzít v úvahu.

Systémový tlak oleje p je funkcí průtoku a je závislou proměnnou; během provozu nelze aktivně měnit, mění se pouze v závislosti na změně vstupního průtoku. Protože olej přitékající do olejové komory je funkcí času při provozu hydraulického krušiče hornin, tlak oleje p se také mění v čase a nemá konstantní hodnotu. Tlak oleje uvedený v technickém listu výrobku, který autoři označují jako jmenovitý tlak oleje, je označen p _H . Při tomto tlaku dosahují provozní parametry hydraulického krušiče hornin svých jmenovitých hodnot. p _H je virtuálním parametrem – ve skutečnosti neexistuje – avšak je extrémně důležitý při návrhu i provozu hydraulického krušiče hornin. Při návrhu p _H slouží jako základ pro výpočet provozních parametrů, pracovních parametrů a konstrukčních parametrů, stejně jako pro výběr komponent hydraulického systému. V praxi se stává důležitým orientačním údajem pro obsluhu, který umožňuje posoudit, zda systém pracuje normálně či nikoli. Parametr p _H bude dále podrobněji rozebrán v následujících kapitolách.