Grunnvinnaferill hydraulískra bergbrotunarfæra

1.3 Grunnvirkjunsháttur hydraulískra bergbrotavélanna

Hydraulískur bergslöggvari er áhrifavél sem umbreytir hydraulískri orku í vélarorku. Hún inniheldur tvær grunnhreyfðar hluti — pistil og dreifidæludiskur — sem stýra hvort öðru með gagnvirku bakstýringu: fram- og tilbaka-hreyfing dæludisksins stýrir umskiptum pistilsins, og pistillinn opnar eða lokar stýriolíugöngu dæludisksins við upphaf og enda hvers þrýstistaks, sem leiðir til umskipta dæludisksins — og þannig endurtakast ferlið … Grunnskilyrði virkni hydraulísks bergslöggvars eru: með þessari bakstýringu milli pistils og dæludisks fer pistillinn hratt fram og til baka undir áhrifum hydraulískrar (eða loft)þrýstis og slær á skornið til að framkvæma vinna út um vélina.

Hydraulískir bergslöggvarir koma í mörgum gerðum og myndum, sem verða lýst nánar í síðari kaflum. Hér fyrir neðan er lýst virkni framanveranda fastþrýstis aftanveranda breytilegs þrýstis hydraulísks bergslöggvars sem dæmi:

Sem sýnt er á myndinni, þegar afturferðin hefst, fer háþrýstis olía inn í fremra rúm pistonsins gegnum olíugátt 1 og á sama tíma áhrifar hún neðri enda stjórnvölvuaxilsins, sem heldur axlinum staðbundnum í ástandinu sem sýnt er á mynd (a). Á þessum tíma er háþrýstis olía í fremra rúmi pistonsins; aftasta rúmið er tengt við skilja-T gegnum olíugátt 4. Þar sem pistonsinn er dreginn af olíuþrýstingi í fremra rúminu hræðist hann á afturferðinni og þýtur köfnunargásina (köfnunargás) sem geymd er í köfnunargásrúminu (nema í tóluðum hreinum hydraulískum gerðum); öryggisgeymirinn geymir olíu. Þegar afturferð pistonsins náir stjórnugátt 2, nær háþrýstis olían efri enda völvuaxilsins. Á þessum tíma eru bæði efri og neðri endar axilsins tengdir við háþrýstis olíu; vegna þess að í hönnuninni er virk yfirborðsflatarmál efri enda axilsins stærra en virk yfirborðsflatarmál neðri enda hans, skiptir axillinn yfir í ástandið sem sýnt er á mynd (b) undir áhrifum háþrýstis olíunnar. Á þessum tíma eru bæði fremra og aftasta rúm pistonsins tengd við háþrýstis olíu; öryggisgeymirinn gefur út olíu til að aukafylla kerfið. Undir áhrifum samsettra kraftsins F_q hræðist pistonsinn á aflferðinni, slær á spíðina og gefur út áhrifshöfðu. Þegar pistonsinn fer framhjá áhrifspunktinum, eru stjórnugáttir 2 og 3 tengdar og tengjast við skiljaolíu-T; olíuþrýstingurinn á efri enda völvuaxilsins lækkar; undir olíuþrýstingi neðri enda skiptir völvuaxillinn fljótt aftur yfir í ástandið sem sýnt er á mynd (a). Með því að skipta aftur yfir í upphaflega ástandið byrjar pistonsinn afturferðina, og fer í næsta áhrifscyklann, og svo framvegis í endurteknum cyklum. Í þessum ferli er tengslin milli pistonsins og völvuaxilsins sýnd á mynd 1-2.

Úr mynd 1-1 má sjá að á því tímabili sem pistillinn fer niður (kraftstökun), ef hunsað er þyngd pistilsins og rafmagnsfrávirkni, inniheldur krafturinn F_q sem dregur pistilinn og framkvæmir vinnu aðallega hydraulískan þrýsting og þrýsting svifgas, þ.e. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Stýrikröfturinn F_q er tengdur mismuninum á áhrifavæsum flatarmálum fremra og aftara rýmisins, olíuthrýstingnum p og þrýstingi svifgasrýmisins p_N. Á grundvelli mismunandi hlutfalla milli olíuvinnu og gasvinnu myndast þrjú starfsform: hreint hydraulískt, samsetta hydraulísk-pneumatísk og svifgassprengjuform.

Hreint hydraulískt: p_N = 0. Í þessu formi hefur hydraulíski bergbrotari engin svifgasrými og pistillinn er fullkomlega dreginn af mismuninum á þrýstingi olíunnar í efri og neðri rýminu. F_q = π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Þetta form var fyrsta formið þegar hydraulískir bergbrotarar báru fyrst fram.

Hydraulískt-lóðrétt samsetning: Í þessari mynd er d₁ < d₂ og jafnframt bætist við stiklunargásrými með stiklunargási í enda stiklunar, sem innleiðir stiklunargás til að framkvæma vinnu, p_N > 0. F_q samanstår aðallega af tveimur hlutum: mismuninum á olíuþrýstingi í fremra og aftara rýminu og kraftinum frá samþrýstingi og útþrýstingi stiklunargásar. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Þessi mynd er í dag algengustu myndin á hydraulískum bergbrotavélum. Á grundvelli mismunandi hlutfalla vinnu olíu og gas í heildarstýrikröftunni, þ.e.a.s. mismunandi hlutfalla milli gas- og væskuvinnu, má framleiða vörur með mismunandi árangri.

Stiklunargás-explosíó: Í þessari mynd er d₁ = d₂ og p_N > 0. Hydraulískur kraftur í efri og neðri rýminu er núll; vinna stiklunarinnar á vinnuslaginu er alveg dregin af þrýstingi stiklunargásrýmisins. F_q = π/4 · p_N · d₁². Þessi mynd er nýjusta myndin á hydraulískum bergbrotavélum.

Allar þrjár gerðirnar hafa bæði ávinna og galla, en heildarafköst þeirra batna frá einni kynslóð til annarrar. Hreinu hydraulísku gerðin, sem var fyrsta útfærslan þegar hydraulískar bergbrotavélar bárust fyrst á markað, hefur einfalda uppbyggingu og áreiðanlega virkni án þess að krefjast upphaflegs ýtrikrafts, en hún hefur lágan notuða orkuhlutfall og er ekki við hæfi til að framleiða stór vörur. Hydraulísk-pneumatískt sameinaða gerðin er mikil framfar í samanburði við hreinu hydraulísku gerðina: með því að bæta við körfu með sticknisgas í enda pistonsins er hægt að nýta áhrifavirkni afturhreyfingarinnar á skilvirkilegan hátt og bæta áhrifakraftinn miklu; en uppbyggingin er flókin og þörf er á upphaflegum ýtrikrafti til að vinna. Sticknis-explosíva hydraulíska bergbrotavél, frá orkusjónarmiði, þarf enga olíuvinu á áhrifahreyfingunni og er því orkusparandi; jafnframt eru þvermál fremra og aftara rýmis pistonsins jafn stór, sem getur leyst vandamálið við ónógu straum af olíu í augnablikkum á áhrifahreyfingunni. Þrátt fyrir það er hins vegar upphaflegur þrýstingur sticknisgassinnar svo háttur að ýtrikrafturinn sem krefst er stærri.

1.4 Grunnbygging og flokkun á hydraulískum bergbrotavélmum

1.4.1 Grunnbygging hydraulískra bergbrotavéla

Þótt hydraulískir bergbrotavarar séu í mörgum gerðum eru þeir með sameiginlegar byggingarstöður. Grunnbygging hydraulísks bergbrotavélar inniheldur: sílindurhluta, pistla, dreifidælu, safnara, köfnunarsvæði, grjótþvottahólf, grjótþvott, háþrýstiboltar og þéttunarkerfi. Það er lítið munur á byggingu mismunandi gerða hydraulískra bergbrotavéla en allir bergbrotavarar innihalda tvo grunnhreyfingardeila – pistla og dæluhnapp. Grunnbyggingin er sýnd á mynd 1-3.

(1) Áhrifamechanismi

Hydraulískur bergslöggvari hefur hlutverk sem er tilbúið með lengri og sléttari pistil, sem er mikilvægasta hlutinn. Á grunni kenningar um dreifingu á spennuþröngunum, til að hámarka afleiðslu áhrifaspánnar pistilsins, er þversnittsdeild áhrifapistilsins almennt jafn eða nálægt endaþversnittsdeild stunguhöfuðsins, sem tryggir fullt snertingu á áhrifasvæðinu og nálgast markmiðið um áhrifamikla afleiðslu áhrifa. Samræmisbil milli áhrifapistilsins og sílindurskógs eða innsteigs er mjög mikilvægt tækniparametar. Ef bilinu er of stórt myndast mjög mikil innri leka, sem gerir áhrifastyrkinn ófullnægjandi og getur jafnvel valdið því að bergslöggurinn virki ekki venjulega; ef bilinu er of lítið getur hreyfing pistilsins verið dregin út eða galling getur átt sér stað, sem jafnframt veldur skýrri hækkingu á framleiðslukostnaði.

(2) Dreifiskipulag

Hydraulískur bergslökkvari hefur almennt dreifidæla sem breytir átt flæðis hydraulísku olíunnar, með því að stýra og ræsa skiptihreyfingu áhrifapístulsins. Það eru margar gerðir af dreifidælum; þær má almennt skipta í tvær helstu flokka: spóldælur og hyludælur. Spóldælur eru almennt léttar, nota minna olíu, eru minni í þvermál og hafa minni samræmisbil og lek, en þær hafa oftast trappaða gerð, verri framleiðslugetu vegna gerðarinnar og stærri þrotunartap. Hyludælur eru þyngri, stærri í þvermál og samræmisbilin og lekur eru einnig stærri; en framleiðslugetan vegna gerðarinnar er góð, stigull opnunarflatunnar er mikill og þrotunartöpun er lítil. Samræmisbilið milli dæluspólsins og dælulíkamans eða dæluhylusins er annað mikilvægt tækniparametar í framleiðslu hydraulískra bergslökkvara; of stór eða of lítið samræmisbil mun báðar vanda virkni dælunnar.

(3) Öryggisþrýstihluti fyrir safnunaraðilar

Flestar hydraulískar bergbrotavélar hafa einn eða fleiri safnunaraðila, sem gegna hlutverki orkufyrirvöru og þrýstistöðugildis. Hydraulísk bergbrotavél framkvæmir aðeins vinna út á meðan kraftstrokurinn fer fram; endurkomustrokurinn er undirbúningur fyrir kraftstrokinn. Þegar pistillinn fer til baka rennur hydraulísk olía í safnunaraðilann við hærri þrýsting en í hlaðslusvæðinu og er geymd sem möguleg orka olíunnar í safnunaraðilanum. Hún er losuð á meðan kraftstrokurinn fer fram, þar sem mest af orku endurkomustroksins er breytt í áhrif/orku. Á þessi hátt gegvir safnunaraðilinn hlutverk í því að bæta virkni kerfisins, en einnig að minnka þrýstishnök og flæðipulsasjónir sem orsakast af skiptingu í dreifidílsstöng.

(4) Virkjunarhluti

Skornið er virkandi hluturinn í hydraulísku bergbrotunum sem framkvæmir ytri vinna og verkar beint á vinnuobjekt; það er slitahluti sem krefst góðrar mótslægðar, harður út að utan og sterkur innan í, með harðleika sem breytist smám saman frá utan í innan. Til að passa við ýmsar vinnuskilyrði og vinnuobjekt eru skorni til í punktuðum, ferningslaga, spöðu- og flatum höfðum.

(5) Valdaraðferð gegn tóm-skyttingu

Því að hydraulískur steinbrotni hefur mikla áhrifanáttúru, ef pistillinn er leyftur að hitta beint í síldarhlutann mun það alvarlega skemma líkam steinbrotnisins — og valda óvirkum áhrifum. Búnaðurinn til að koma í veg fyrir óvirk áhrif samanstendur af því að bæta við hydraulískri dæmubúr í fremsta hluta síldarhlutans. Þegar ísskornið hefur ekki snert steininn og fer áfram fer áhrifapistillinn í dæmubúr, þar sem olía inni í búrinu er samþrýst og áhrifanáttúran tekin upp, sem gefur fjölbreytt vernd gegn áhrifum á líkaminn. Á sama tíma er inntaksskylur olíu í fremsta búrinu lokað, svo að pistillinn geti ekki farið aftur vegna þyngdar og áhrifa stikils í aftasta hluta; aðeins þegar ísskornið snertir aftur steininn og ýtir aftur með meiri álagi á herðina fer áhrifapistillinn út úr dæmubúrinu og háþrýstis olía getur þá komið inn í fremsta búrið, og þannig heldur verkefnið áfram í venjulegu reynslum. Eins og sýnt er á mynd 1–4, eftir að hydraulískur steinbrotni hefur brotið gegnum hlutinn sem er að vera brotinn, getur pistillinn framkallað óvirk áhrif að hámarki 1–2 sinnum áður en hann stöðvast. Starfsmaðurinn þarf að velja nýjan áhrifastað, ýta ísskorninu vel á steininn, beita álagi og ísskornið ýtir pistlinum frá inntaksskylu olíu í neðra búrinu, og starfsemi getur byrjað aftur.

(6) Aðrar aðferðir

Aðrar aðferðir hydraulískra bergbrotara eru: tengihorn, þyngdavægi, læsingu kerfi, sjálfvirku smyrnarkerfi o.s.frv.

1.4.2 Flokkun hydraulískra bergbrotara

Það eru margar gerðir hydraulískra bergbrotara og margar flokkunaraðferðir. Helstu flokkunaraðferðirnar eru eftirfarandi:

(1) Flokkun eftir notkunarhátt

Hydraulískir bergbrotarar eru flokkaðir eftir notkunarhátt í fylgibrotara og handhaldna bergbrotara. Handhaldnir bergbrotarar eru litlir bergbrotarar, einnig kölluðir hydraulískir skerir; massi þeirra er almennt undir 30 kg, þeir eru notaðir með hendi, keyrðir af sérstökum hydraulískum pípustöð, og geta víða skipt fyrir loftþrýstiskerum. Fylgibergbrotarar eru miðlungsstórir og stórir bergbrotarar sem eru beint festir á rótinni (boom) hydraulískra grófsmunnar, hlóðvagns og annarra hydraulískra fylgivéla, og nota aflkerfi, hydraulískt kerfi og róta (boom) hreyfikerfi fylgivélanna til að framkvæma starfsemi.

(2) Flokkun eftir vinnumiðli

Hydraulískar bergbrotavélar eru flokkaðar eftir vinnumiðli í þrjá helstu flokka: hreinlega hydraulískar, samsettar hydraulískar og loftþýttar og loftþýttar með köfnunarefni. Hreinlega hydraulískar vélar nota aðeins ýkjun á olíu til að ræsa pistilinn; samsettar hydraulískar og loftþýttar vélar nota bæði ýkjun á olíu og þýttan stikkluft í bakhluta til að ræsa pistilinn; vélar með loftþýttum köfnunarefni nota aðeins augnabliksskiptingu loftþýtts stikklufts í bakhluta loftþýtta kassans til að skjóta pistlinum áfram.

(3) Flokkun eftir áhrifamáti

Hydraulískar bergbrotavélar eru flokkaðar eftir áhrifahátt í stroke-áhrif og þrýstisáhrif. Munurinn liggur í því hvernig áhrifatáknið er safnað fyrir skiptingu dreifidælisins. Stroke-áhrif hydraulískar bergbrotavélar byggja á því að pistillinn opnar og lokar háþrýstisolíugöngum fyrir áhrif í stroke til að stjórna skiptingu dreifidælisins; staðsetning áhrifagönganna má aðeins setja á fastan hátt og vegna uppbyggingarskilyrða má setja áhrifagöngur að hámarki 3; því miður geta stroke-áhrif hydraulískar bergbrotavélar ekki náð ósamfelldri stillingu á áhrifshátt. Þrýstisáhrif hydraulískar bergbrotavélar byggja á því að safna þrýstingi kerfisins eða þrýstingi rísiloftsrúmsins á baki pistilsins til að stjórna skiptingu dreifidælisins; þegar pistillinn fer inn í rísiloftsrúmið breytist þrýstingurinn í rísiloftsrúminu samfellt og þegar þrýstismælirinn sem er settur upp í rúminu greinir ákveðinn forstilltan þrýsting, skiptir dælisinn um með því að nota mikrodatorstjórnun; þar sem skiptithrýstingurinn má stilla á hvaða hátt sem er, geta þrýstisáhrif hydraulískar bergbrotavélar náð ósamfelldri stillingu.

(4) Flokkun eftir dreifingaraðferð

Á grundvelli myndar dreifidælisins er hægt að flokka þá í tvær helstu flokka: þrívíddar dælis einhliða afturflæðisolíu og fjórvíddar dælis tvehliða afturflæðisolíu. Einhlida afturflæðisolíu höfum við einfaldar olíugöngur og auðveldari stjórnun; í raunveruleikanum eru þær því frekar algengar. Einhlida afturflæðisolíu er hægt að skipta í tvo gerðir: afturflæðisolíu frá fremra rými og afturflæðisolíu frá aftara rými; af þessum tveimur gerðum hefur afturflæðisolíu frá fremra rými hátt sögulegt innblás- og afturflæðisákvörðunarmót, svo algengasta formið í dag er formið með fastan þrýstihólf í fremra rýminu og afturflæðisolíu í aftara rýminu. Fjórvíddar dælis tvehliða afturflæðisolíu er einnig kölluð tvíverkandi gerð; einkenni hennar er að hún hefur ekki fast þrýstihólf, en þrýstihólf fremra og aftara rýmisins er skipt á milli hárs og lágars. Vegna flókinnar uppbyggingar olíuganga í tvehliða afturflæðisolíu er hún þó óalgeng.

(5) Flokkun eftir skipulag dreifidælis

Eftir skipulag dreifidælis er hægt að flokka þá í tvo gerða: innbyggt og utanaðkomandi. Innbyggður dreifidælis er hægt að skipta í tvær undirgerðir: rönd- og hyluform. Innbyggðir dreifidælis eru sameinuð með líkamannum á sýlindri í einu, með þéttar byggingar; utanaðkomandi dreifidælis eru sjálfstæðir utan líkamans á sýlindri, með einfaldri byggingu og auðveldri viðhaldi og skiptingu.

Auk þess er hægt að flokka þá eftir hljóðstyrk í lág-hljóða og venjulega gerðir; eftir útvistun á ytri hylki í þríhyrninga-, turnlaga- og lokaðar steinbrotnar o.s.frv. Þessi mismunandi flokkunaraðferðir eru samantektar á mynd 1-5.