Alapvető technikai paraméterek

2.1 Alapvető műszaki paraméterek

2.1.1 Hidraulikus kőtörő paraméterei

(1) Teljesítményparaméterek

W és az ütési frekvencia f a hidraulikus kőtörőt leíró teljesítményparaméterek. W meghatározza a kőtörő üzemi teljesítményét; f meghatározza az üzemi sebességét.

Egy hidraulikus kőtörő kimenő teljesítménye a következőképpen fejezhető ki:

N = W × f                                           (2.1)

Mivel a teljesítményt leíró két paraméter – az ütési energia és az ütési frekvencia – egymással összekapcsolódik, a hidraulikus kőtörő tervezésekor az arányuk W a f óvatosan kell kiegyensúlyozni. A minimális telepített teljesítmény mellett a maximális munkahatékonyságot kell elérni. Hidraulikus kőtörő esetén nagy ütőenergia W szükséges, és az ütési frekvenciát f megfelelően csökkenteni kell, hogy megfeleljen a nagy ütőerő és a jó törési hatás igényének. Hidraulikus kőfúró esetén, bár szintén hidraulikus ütóműről van szó, kisebb ütőenergia W és minél magasabb ütési frekvencia f szükséges, hogy megfeleljen a gyors fúrás igényének.

(2) Munkaparaméterek

Maximális dugattyú-ütési sebesség v. _férfi , munkafolyadék-áramlás Q , munkanyomás p , és optimális tolóerő F _T a hidraulikus kőtörő működési paraméterei.

● A dugattyú maximális ütési sebessége v. _férfi : ez a pillanatnyi érintkezési sebesség, amikor a dugattyú a csavarvég hátsó részébe ütközik. A dugattyú ezen kinetikus energiáját a hidraulikus kalapács ütési energiájának nevezzük W . Amikor a dugattyú kinetikus energiája teljesen átadódik a céltárgynak, a hidraulikus kalapács ütési energiája a következő:

W = ½ mV ²_férfi                                            (2.2)

ahol: férfi — a dugattyú tömege.

Az (2.2) egyenletből következően minél magasabb a dugattyú ütési sebessége, annál nagyobb az ütési energia.

Azonban a v. _férfi növelését két tényező korlátozza:

1) A dugattyú és a csavar anyagának tulajdonságai által meghatározott határok. Ütési végsebesség v. _férfi kapcsolódik a kontaktfeszültséghez σ ; minél magasabb σ , annál jobban befolyásolja a dugattyú és a csiszolószerszám élettartamát. A megengedett kontaktfeszültség mellett σ a tipikus kiválasztás v. _férfi = 9–12 m/s. Ahogy a anyagtudomány fejlődik, a v. _férfi értéke tovább növelhető.

2) Az ütőmechanizmus frekvenciakorlátja. Mivel a dugattyú szerkezete és lökethossza korlátozott, rögzített lökethossz mellett a szükséges v. _férfi eléréséhez szükséges gyorsítási idő nagyon rövid. v. _férfi minél nagyobb, annál rövidebb a szükséges gyorsítási idő.

Alacsony frekvencia azt jelenti, hogy a dugattyú ciklusideje és lökethosszideje is hosszú, míg magas v. _férfi szükségszerűen rövidebb ütés- és ciklusidőhez vezet azaz nagy ütközésfrekvenciához, amely nem felel meg az alacsony frekvenciájú tervezési követelményeknek.

● Munkafolyamat Q : a hidraulikus szivattyú által a hidraulikus sziklagyújtóhoz a működés során szállított áramlás; független változó. A hidraulikus kősziklákatörő viselkedési és teljesítményparaméterei szorosan kapcsolódnak a munkaáramláshoz, és a munkaáramlás funkciói; a munkaáramlás változásaihoz képest változnak.

● Munkanyomás p a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével a sziklák kivételével. Munkanyomás p függő változó; változik, mint a bemeneti áramlás Q a strukturális paraméterek változnak. A működés során, amikor minden más paraméter rögzítve marad, a nyomás p nem változtatható meg. Munkanyomás p és bemeneti áramlás Q kielégíti a hidraulikus technológia alapvető elvét: a rendszer nyomása a külső terheléstől függ. Ennek az elvnek megfelelően a hidraulikus kőtörő tervezése azt jelenti, hogy szerkezeti paramétereket és munkafolyadék-áramlást használnak fel annak biztosítására, hogy a rendszer működési nyomása p elérhető legyen.

● Nyomóerő F _T amikor a hidraulikus kőtörő működik, a főütés során a dugattyú gyorsulása miatt a gép testének visszarúgása lép fel, amely miatt a csákány elveszíti az érintkezést a céltárggyal, és az ütés nem tud normálisan működni. A visszarúgás leküzdéséhez erőt kell kifejteni a törőtest tengelye mentén – ezt a nyomóerőnek nevezik. A nyomóerőnek elegendően nagynak kell lennie ahhoz, hogy a csákány folyamatosan és biztonságosan érintkezzen a megütközött tárggyal. A nyomóerőnek optimálisnak kell lennie. Más szóval létezik egy optimális nyomóerő-probléma, amely szorosan összefügg a hordozógép méretosztályával. Ha a hordozógép túl kicsi, akkor a szükséges nyomóerőt nem tudja biztosítani; ha viszont túl nagy, bár a nyomóerő-igény teljesül, a hordozógép beszerzési költsége megnő, ami szintén nem kívánatos. A hidraulikus kőtörők tervezésében mindig is optimalizációs cél volt a magas ütési energia elérése kis nyomóerő mellett. Ez lehetővé teszi, hogy egy magas ütési energiájú hidraulikus kőtörőt kisebb hordozógéppel kombináljanak, így hatékony munkavégzési kombinációt alakítsanak ki, és csökkentsék az üzemeltetési költségeket.

(3) Szerkezeti paraméterek

A három dugattyúátmérő m ₁, m ₂, és m ₃, munkatömeg férfi , és munkaütem S a hidraulikus kőtörő szerkezeti paraméterei. A szerkezeti paraméterek meghatározzák a teljesítményparamétereket. A hidraulikus kőtörő tervezése lényegében a szerkezeti paraméterek meghatározását jelenti, m ₁, m ₂, m ₃, férfi , és S amelyek biztosítják a szükséges teljesítményparaméterek elérését. Amint a szerkezeti paraméterek rögzítettek, minden teljesítmény- és működési paraméter az input folyadékáramlás függvényében változik, és az input folyadékáramlástól függ.

2.1.2 Munkaolajnyomás és névleges nyomás

(A névleges nyomást ebben a szakaszban p _H jelöli)

Amikor a hidraulikus kőtörő működik, a hidraulikus olajnyomás hozza mozgásba a dugattyút, és a dugattyú mozgásának mintázata a hajtó olajerő változásának mintázatától függ — ez a dugattyú kinematikája és dinamikája.

A dugattyú tömegének figyelembevétele férfi , gyorsulás a , és a dugattyú tehetetlenségi ereje F _K , Newton második törvénye szerint:

F _K = mA                                              (2.3)

A hajtóerő F egyenlő F _K nagyságában, de ellentétes irányú. A hajtóerő F a dugattyúra ható olajnyomásból származik p a kamrában, és a következőképpen fejezhető ki:

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

ahol: férfi — a dugattyú tömege, állandó;

 A — a dugattyú nyomásálló felülete, állandó;

 v. — a dugattyú sebessége; a pillanatnyi áramlás q amely meghajtja a dugattyú mozgását, a következőképpen teljesül:

AV = q                                               (2.5)

Mióta v. és q az (2.5) egyenletben szereplő mennyiségek az idő függvényei, ezek idő szerinti differenciálása v. és q az idő szerinti differenciálás adja:

A m v. / d t = D q / d t                                  (2.6)

Az (2.6) egyenlet behelyettesítése az (2.4) egyenletbe az alábbi eredményt adja:

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

Az (2.7) egyenletben, férfi / A ²állandó; d q / d t a rendszeráramlás változási sebességét jelöli.

A (2.3)–(2.7) egyenletekből következően a rendszer nyomása az olajkamrába bevezetett bemeneti áramlás változása alapján alakul ki. Más szavakkal, a hidraulikus olajáramlás változása gyorsítja a dugattyút és létrehozza a tehetetlenségi erőt, amely viszont meghatározza az olajkamra nyomását p .

Rendszer olajnyomás p arányos a dugattyú tömegével férfi és az áramlási sebesség változási ütemével, d q /dt , és fordítottan arányos a dugattyú nyomásnak kitett felületének négyzetével A . A rendszer olajnyomásának csökkentése érdekében p a dugattyú nyomásnak kitett felületének növelése A a leghatékonyabb módszer, de ez egyben megnöveli a gép testének méretét is, ezért a tervezés során mindkét tényezőt figyelembe kell venni.

Rendszer olajnyomás p az áramlástól függő függvény, és függő változó; működés közben nem lehet aktívan megváltoztatni, csak a bemeneti áramlás változásával együtt változik. Mivel a hidraulikus kőtörő működése során az olajkamrába áramló olaj mennyisége az idő függvénye, az olajnyomás p szintén időben változik, és nincs állandó értéke. A termék adatlapon feltüntetett olajnyomás, amelyet a szerzők névleges olajnyomásnak neveznek, jelölve van p _H . Ezen a nyomáson a hidraulikus kőtörő teljesítményparaméterei elérik névleges értékeiket. p _H egy virtuális paraméter – valójában nem létezik –, de rendkívül fontos a hidraulikus kőtörő tervezésében és üzemeltetésében. A tervezés során p _H alapul szolgál a teljesítményparaméterek, üzemi paraméterek és szerkezeti paraméterek kiszámításához, valamint a hidraulikus rendszer komponenseinek kiválasztásához. A gyakorlatban az üzemeltető számára fontos tájékoztató paraméterként szolgál annak megítéléséhez, hogy a rendszer normálisan működik-e vagy sem. A p _H paramétert későbbi fejezetekben tárgyaljuk részletesebben.