Efrilíkansbreytulíkan fyrir hydraulíska bergbrotna

Rannsóknarhugmyndin að baki kenningu um hönnun frádráttarhuglegra breytu: óháð því hvernig starfsstillingar hydraulískrar bergbrotuvélrar breytast í notkun, þá mega ekki breytast þeir tvær breytur sem uppfylla hönnunarkröfur — áhrifavirkni V _H og áhrifsháttur f _H — þurfa að vera óbreyttar; en aðrar breytur eru ekki sérstaklega mikilvægar fyrir hönnuðinn, og sérstaklega ekki fyrir notandann. Hönnuðinn ætti þó að leggja sérstaka áherslu á pistonskrefið S , því allt hegðunarpistons fer fram yfir fast skref S , og pistonskrefið S er takmörkuð af uppbyggingunni — hún getur ekki verið ótakmörkuð. Of stór stroke er ekki leyfður af vélarstæðinni; of lítil stroke uppfyllir ekki kröfur um áhrifshögg og áhrifshátt. Með öðrum orðum er þetta takmörkun á rekstri hydraulískrar bergbrotavélar og verður að vera til hlutverkleg gildi.

Hvernig á að leysa hönnunarbereikningsverkefni hydraulískrar bergbrotavélar — sem í raun er ólínulegt kerfi — með línulegum aðferðum er kjarninn í þessum kafla.

3.1 Jafngildis kraftsreglan

— Fræðileg grundvöllur fyrir umbreytingu ólínulegs kerfis í línulegt kerfi

Þegar hydraulísk bergbrotavél er í rekstri eru starfsfyrirheitin — svo sem kerfisþrýstingur p , hraði pistils v , hröðun a , og pistonsáttur — allt breytist ólínulega og er fall af tíma. Að reikna slíkt kerfi er ganski erfitt og flókist. En hönnunarmarkmiðið í þessari bók er tiltölulega einfalt: að finna styrktarstillingar og starfsstillingar hydraulískrar bergbrotavélar sem getur veitt nauðsynlega áhrifanergíu V _H og tíðni f _H formúlan fyrir áhrifanergíu er:

V _H = ( k / 2) v ²_k                                                                     (3.1)

hvar: k — pistonsmassi, fastur;

       v _k — augnablikshraði þegar pistonninn rekst á endann á skornum, þ.e. hámarksáhrifahraðinn; þetta er þeim hraði sem verður að tryggja við hönnun.

Það eru tvær skilyrði til að tryggja að nauðsynleg áhrifanergía verði náð: pistonninn verður að hafa ákveðin massaaðferð og ákveðin hraða. Fyrir hydraulíska bergbrotavél, massi pistonsins k getur ekki breyst í beinni ræsingu. Því miður þýðir að tryggja að áhrifanergían verði náð að tryggja að hámarksáhrifahraðinn v _k verði náður.

Það verður að benda á að hreyfing pistons fer fram yfir ákveðna færi. Með öðrum orðum er tilgangur hönnunarbereiknings fyrir hydraulískan bergbrotara að tryggja að pistons með ákveðinn massa verði nákvæmlega hrökkvinnur til tiltekinnar hámarks árekstraðarhraða yfir ákveðna færi v _k innan tiltekinnar tíðarferils T , hitti endann á skornum og gefi út tiltekna áreksorku V _H . Augnabliksskiptin á a , v , og p á meðan hreyfing fer fram eru ekki mikilvæg fyrir tilgang hönnunarbereiknings og má hunsa þau. Að tryggja tíðarferil T tryggir líka tiltekna áreksfreku f _H .

Hringtími T og áhrifsháttur f _H uppfylla f _H = 60 / T , þar sem T er tíðarferill pistons (til einföldunar bereiknings er stutt hlé við áreksstaðinn hunsað).

Ef myndi finnast einföld útreikningsaðferð fyrir hönnun til að ná þessum markmiðum, væri hún gagnleg fyrir verkfræðihönnun. Sem vel er vitað, dregur hydraulísk olíuþrýstingur pistilinn til að framkvæma vinnu; á grundvelli laga um varðveislu á orku og með því að hunsa aðrar orkutapar, breytist all þessi vinna í hreyfiorku pistilsins og er gefin út út af kerfinu, sem gefur eftirfarandi tengsl:

(k / 2) v ²_k = ∫ ₀^S F (S ) d S                                                            (3.2)

Efnisleg merking jöfnu (3.2): hægri hliðin er vinna sem breytilegan krafturinn F (S ) framkvæmir yfir ferðina S ; vinstra hliðin er hreyfiorkan sem pistillinn ávinnur meðan hann ferðast yfir ferðina S .

Til að ná línulegum útreikningum má ímynda sér fastan kraft F _g sem framkvæmir sömu vinnu og breytilegi krafturinn F (S ) yfir sömu ferðina S . Sá fasti kraftur F _g getur skipt fyrir breytilega kraftinn F (S ) í línulegri útreikningum með jafn áhrif, sem gefur:

(k / 2) v ²_k = ∫ ₀^S F (S ) d S = F _g × S                                               (3.3)

Með því að setja jöfnu (3.1) inn í jöfnu (3.3) fæst:

F _g = V _H / S                                                                           (3.4)

Í jöfnu (3.4) er fasti krafturinn F _g kallaður jafngildi krafturinn; hann framkvæmir nákvæmlega sama vinna og breytilegi krafturinn F (S ).

Jafna (3.4) er formúlan til að reikna út jafngildi kraftinn. Áhrifanergía V _H = ( k /2)v ²_k er tilgreind í hönnunaraðgerðinni og er þekkt stærð. S hreyfistæða (stroke) má fá úr hreyfifræðireikningum og er líka þekkt; því miður má reikna út jafngildi kraftinn sem nauðsynlegur er til að ná óskandi áhrifanergíu. Rétt val á hönnunarskrefi (design stroke) S og tíðni f _H , ásamt hindrun á skrefinu (optimisation of stroke) S , verður kynnt á stigum í síðari kaflum.

Þessi jafngildu kraftur er mjög gagnlegur við hönnunarbereikninga á hydraulískum bergbrotavélum. Á grunni jafngildu kraftsins er hægt að ákvarða þrýstiflatarmáli pistons – þ.e.a.s. uppbyggingarvíddir pistons – ákvarða starfsskilyrði og áhrifamismengi þrýstihlutarins og framkvæma hreyfinga- og kraftareikninga á hydraulískri bergbrotavél.

Þrýstiflatarmál pistons er:

A = F _g / p _g                                                                            (3.5)

Í jöfnu (3.5), p _g er jafngildu olíuthrýstingur kerfisins, sem samsvarar hugtakinu jafngildu kraftur, og er það fyrmyndarbreytu. Þó svo að hreyfing olíu innihaldi mótmál, verður raunverulegi þrýstingur kerfisins í starfi hærra en jafngildu olíuthrýstingurinn, svo hönnunarþrýstingurinn sem notaður er er:

p _H = Kp _g                                                                               (3.6)

Í jöfnu (3.6), K = 1,12 til 1,15 er mótmálsstuðull fyrir starf hydraulísks kerfis. Gildið á p _H er í raun valið á grundvelli almennum kröfum sem settar eru á hannað kerfi, svo að þrýstiflötur pistonsins verður reiknanlegur og þekktur. Því:

A = KF _g / p _H                                                                          (3.7)

Með því að setja inn jöfnu (3.4) fæst:

A = KW _H \/ ( p _H S ) (3.8)

Það verður að benda á að útreiknaðar staðhæfingar og hreyfihugtök út frá ofangreindu eru ekki fullkomnar raunverulegar — þær eru lýstar sem línulega breytilegar, þ.e.a.s. hreyfing pistonsins er með öðru orði með jafna hröðun og jafna frestun. Hins vegar eru tíminn sem pistonskynningin tekur T , hámarks hraði v _k og hreyfistrik S raunveruleg; til að uppfylla hönnunarkröfur eru þeir einfaldir, viðskiptavænir og nákvæmir.

Í raun er mikilvægasta spurningin hvort árekstraupan V _H , áhrifsháttur f _H , og rás Q sem dregur hydraulískan bergbrotavél eru raunveruleg. Því að þrýstisvæði pistons A er fast og ferill S er fastur, leiðir það af sér að rás pumpunnar Q er einnig nauðsynlega raunveruleg.

Á þessan hátt getur beiting jafngildis kraftsins einfaldast ólínulega hönnunarbereikningu fyrir hydraulíska bergbrotavél í línulega; bæði hreyfingafræðilegar og kraftafræðilegar bereikningar geta verið miklu einfaldari og meðhöndlaðar sem jafnaðar hröðun og jafnaðar frestun.

Fræðileg innsýn jafngildis kraftsins er að hunsa flókna ferlið, greipa essens problemans og línulegja ólínulegt vandamál. En niðurstöðurnar sem þarf eru mjög raunverulegar og traustar og hjálpa til við að djúpka skilning á starfsmynsturum hydraulískrar bergbrotavélar og rannsókn á þeim.

3.2 Hreyfingardreifing pistons

Í samræmi við jafngildis krafta ákvæði eru hreyfihraði pistonsins og kraftarnir sýndir á mynd 3-1 og samanstanda af þremur tímabilum: endurkomuskiptun, endurkomuskiptun (bremsla) og aflskiptun.

(1) Hreyfijöfnu fyrir endurkomuskiptun pistonsins

Látum dregikraft endurkomuskiptunarinnar vera F _2g , hraða v og hröðun a skilgreind sem [+]. Jafngildis dregikrafturinn sem hröðar pistonsinn í endurkomuskiptun er:

F _2g = p _g A ^′₂ = mA ₂                                                                   (3.9)

hvar: a ₂= [+] — endurkomuskiptun pistonsins;

       A ^′₂— virk yfirborðspípa pistonsins í framsíðu rýmisins;

       p _g — jafngildisþrýstingur kerfisins.

(2) Hreyfijöfnu fyrir endurkomuskiptun pistonsins (hröðun)

Jafngilda drífikrafturinn sem lægir hraða pistóninum á endurferðinni er:

F _3g = p _g A ^′₁ = mA ₃                                                                 (3.10)

hvar: a ₃= [−] — lækkun á hraða pistónsins (bremsla) á endurferðinni.

(3) Lýsing jöfnu fyrir pistónsdrifstig

Jafngilda drífikrafturinn sem hræðir pistóninn á drifstiginu er:

F _1g = p _g A ^′₁ = mA ₁                                                                 (3.11)

hvar: a ₁= [−] — hröðun pistónsins á drifstiginu;

       A ^′₁— áhrifamikil þrýstiflöt pistónsins á bakhliðinni.

Hugtakið „áhrifamikil þrýstiflöt“ er ólíkt eftir því hvaða af þremur mismunandi virkjunaraðferðum hydraulískur bergslökkvari notar, eins og lýst er að ofan; það er fjallað nánar um í kaflanum um lýsingu.