Kolbenbewegungsmuster

4.3 Kolbenbewegungsmuster

Aus der obigen Analyse des Geschwindigkeitsdiagramms lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen zu den Kolbenbewegungsmustern ziehen.

(1) Das Kolbengeschwindigkeitsdiagramm besteht aus zwei Dreiecken: einem rechtwinkligen Dreieck für das Geschwindigkeitsdiagramm des Arbeitstakts und einem allgemeinen (nicht rechtwinkligen) Dreieck für das Geschwindigkeitsdiagramm des Rückholtakts.

(2) Da der Arbeitstakt dem Rückholtakt entspricht, müssen die Flächeninhalte der beiden Dreiecke gleich sein.

(3) Die Geschwindigkeit während der Rückhub-Bremsphase und der Arbeitshub-Phase folgt in dem Geschwindigkeitsdiagramm einer einzigen Geraden. Dies liegt daran, dass nach dem Umschalten des Kolbenventils beim Rückhub das Ventil während der Rückhub-Bremsphase und der Arbeitshub-Phase in derselben Position verbleibt und die Kraft auf den Kolben konstant ist.

(4) Ein zentrales Prinzip bei der Konstruktion hydraulischer Felsbrecher: Bei allen realisierbaren Konstruktionsvarianten müssen die maximale Kolbengeschwindigkeit v _m (Schlagenergie W _H ) und die Zykluszeit T (Schlagfrequenz k _H ) konstant sein, da sie durch die Aufgabenstellung vorgegeben und nicht veränderbar sind.

(5) Kinematische Parameter: Beschleunigungsstrecke beim Rückhub S _j , Beschleunigungszeit beim Rückhub T ₂^′und maximale Rückhub-Geschwindigkeit v _mo sind alle äußerst nützlich für die Steuerung des hydraulischen Felsbrechers, da sie sämtlich am Ventilumschaltzeitpunkt beim Rückhub liegen. Bei hydraulischen Felsbrechern mit Hub-Rückmeldung, S _j ist die Grundlage für die Bestimmung der Position des Rückkopplungslochs und äußerst nützlich für das Konstruktionsdesign hydraulischer Felsbrecher. T ₂^′und v _mo , verwenden derzeit keine hydraulischen Felsbrecherprodukte diese beiden Parameter zur Steuerung des Brechers; die Methode ist jedoch machbar und lohnt weitere Untersuchung.

(6) Vergleich aller realisierbaren Konstruktionen aus kinematischer Sicht (d. h. Punkt P und Punkt K an verschiedenen Positionen), v _m und T sind in allen Konstruktionen identisch. Der einzige Unterschied besteht im Verhältnis von T ₁bis zu T ₂in T (P befindet sich auf Ich ), sowie den daraus resultierenden unterschiedlichen maximalen Rückhubgeschwindigkeiten v _mo .

Aufgrund der obigen Analyse bleibt beim kinematischen Blickwinkel einer Konstruktion, da v _m und T beide durch Leistungsparameter bestimmt sind, dem Konstrukteur nur sehr wenig Gestaltungsfreiheit. Eine sogenannte Konstruktion reduziert sich lediglich darauf, die Komponenten korrekt zu verteilen T ₁und T ₂innerhalb T währenddessen v _m und T fest – nichts weiter. Auf diese Weise wird das hydraulische Felsbrecher-Design sehr einfach: Teilen Sie einfach den Kolbenbewegungszyklus T in zwei Abschnitte, und Sie erhalten ein realisierbares Design. Doch die Bestimmung dieses Teilungsverhältnisses erfordert beträchtliche technische Tiefe, einschließlich des Optimierungsdesign-Problems. Sobald das Teilungsverhältnis festgelegt ist, ist das gesamte Design vollständig bestimmt. Daher ist das Verhältnis der Kraftstoß-Zeit α der einzige Parameter, der ein realisierbares Design repräsentieren kann und universelle Anwendbarkeit besitzt.

Das Verhältnis der Kraftstoß-Zeit α wird auch häufig als kinematischer Kennwert bezeichnet. Da der kinematische Kennwert α dimensionslos ist und die kinematischen Eigenschaften ausdrückt, wird er als abstrakte Entwurfsvariable definiert; jeder seiner konkreten Werte repräsentiert einen Entwurf, und die dadurch beschriebenen Eigenschaften gelten uneingeschränkt für hydraulische Felsbrecher aller Größen und Modelle.

Die obigen Untersuchungen zeigen, dass alle kinematischen Parameter Funktionen von α ; ebenso können dynamische Parameter, strukturelle Parameter usw. alle als Funktionen von α was für weitere Eigenschaften besitzt α selbst, und welchen Wertebereich hat es? Aus Abb. 4-1 und Gl. (4.5) ergibt sich Folgendes deutlich:

1) Wenn T ₁= 0, α = 0; dies ist in Abb. 4-1 durch den Punkt P dargestellt, der mit dem Punkt E zusammenfällt. Die Fläche des Dreiecks △ENK, also der Hub S = 0; eine Hubbewegung mit null Hub ( α = 0) existiert in der Realität nicht – S = 0 hat keinerlei physikalische Bedeutung.

2) Wenn v _mo = v _m , aus Gl. (4.6), α = 0,5. In Abb. 4-1 ist dies durch den Punkt P dargestellt, der mit dem Punkt M dargestellt; der Punkt K halbiert genau die O –E -Linie, d. h. T ₁= ½ T . In Abb. 4-1 fällt der Punkt K mit dem Punkt O zusammen, was T ₂^′ = 0 ergibt, d. h. die Beschleunigungszeit des Rückstosses ist null – dies ist ebenfalls unmöglich und hat keine physikalische Bedeutung.

3) Wenn die Beschleunigungszeit des Rückhubes gleich der Bremszeit des Rückhubes ist, d. h. T ₂^′ = T ₂^″, stellt das Geschwindigkeitsdiagramm des Rückhubes offensichtlich ein gleichschenkliges Dreieck dar. Der kinematische Kennwert für dieses spezielle Geschwindigkeitsdiagramm lautet α = 0,4142. Aus Abb. 4-1 lässt sich α = 0,4142 problemlos ableiten. Dieses Ergebnis findet ebenfalls Anwendung bei der Untersuchung von hydraulischen Gesteinsbrechern mit Stickstoffexplosion.

Daraus wird deutlich, dass der Bereich von α von 0 bis 0,5 reicht; und da α = 0 und α = 0,5 beide physikalisch keine Bedeutung haben, muss gelten: 0 < α < 0,5. Die optimalen abstrakten Konstruktionsvariablen, die aus unterschiedlichen Optimierungszielen abgeleitet werden, müssen ebenfalls die Bedingung 0 < α _u < 0,5 erfüllen.