Yfirlit yfir kenningarannsóknir á hydraulískum bergbrotunarfærum

1.5 Yfirlit yfir kenningarannsóknir á hydraulískum bergbrotunarfærum

Við notkun hydraulískrar bergbrotavélar skiptir olíuþrýstingur í vinnusvæðinu um tíðni með háum hraða undir stjórn stefnuventils; eiginleikar vætisins í olíugöngunni má ekki einfaldlega ræða samkvæmt kenningu um hydraulíska aflskeytingu og það er nauðsynlegt að beita greiningu á hydraulíska titringa. Krafturinn sem verkar á pistilinn og borðan hækkar frá núlli til tuga til hundraða megapascal innan nokkurra tíugra mikrosekúnda, svo fellur hann aftur niður í núll; formið á orkuflutningi með spennugólfi ákvarðar að lýsing á vinnuprócessinum má ekki einfaldlega nota staðfestufræði, stífhlutafraeði og hreyfifræði. Áhrifavélarprinsippið tilheyrir dálitlum um elástískar líkamshreyfingar og gólfafræði verður notuð til nákvæmrar lýsingar á orkuflutningsferlinu.

Á grundvelli munanna í grunnformúlum og stærðfræðilegum líkönunum er rannsókn á hydraulískum bergbrotavélum skipt í tvær helstu flokka: rannsókn á línulegu líkönunum og rannsókn á ólínulegu líkönunum.

1.5.1 Línuleg rannsóknarhugmyndir fyrir hydraulískar bergbrotavélar

Línuleg rannsókn er ímynduð rannsókn sem framkvæmd er með því að línuleggja ólínulega hydraulíska bergbrotavélar með ágiskanum — línulegar líkanagerðir sem fást undir forsendunni um 'fastan hydraulíska olíutrykk' og með því að hunsa ákveðna þætti. Rannsóknarforsendan er skoðunin sem sovétískir fræðimenn, OdAlimov og SAbasov, settu fram í ritinu 'Theory of Hydraulic Vibration Impact Machine Structure': 'Undir skilyrðum þess að tryggja tiltekna endahraða á áhrifshöfðinu er fullt jafnt trykkstýringin besta stýringin með hæsta árangri.' Á grunni forsendunnar um 'jafnt trykkstýring' settu sovétískir fræðimenn fram bestu hönnunaraðferðina fyrir lágmarks hámarksþrýstikraft. Japanskur fræðimaðurinn Nakamai og aðrir, á þessum grundvelli og með tilliti til ávallar í rörkerfinu, framkvæmdu kenningarannsóknir og hönnunarannsóknir á stillanleika pistonskrefsins. Prófessor Li Dazhi við Tækniháskólann í Peking setti fram hugmyndina um besta hönnun skrefsins. Chen Yufan og aðrir notaðu línulegar líkanagerðir á áhrifsvélum og beittu ómælanlegri greiningu með bestu skrefsmetódunni til að framkvæma ómælanlega greiningu á stiklum áhrifsvéla og fengu rað af stiklatengslum sem leiðbeina hönnunarverkefnum. Kennari Chen Dingyuan við Tækniháskólann í Peking notaði C = S/S_m (S: virk skref, S_m: hámarks skref) sem hönnunarbreytu og framkvæmdi ómælanlega greiningu á hydraulískum bergbrotavélum og kom að því að besta árangursvæðið sé C = 0,75 til 0,850. Kennari Wang Zheng við Tækniháskólann í Peking notaði tímann t fyrir hröðun á pistoni í heimkomuskríðunni sem hönnunarbreytu og framkvæmdi almenna stiklagreiningu og kom að því að: þegar breyting á rúmmáli samþrýstilags er minnst er t = 0,406T; þegar hydraulísk áhrif er minnst er t = 0,5T. Kennari He Qinghua við Miðsuðurháskólann notaði uppbyggingarstiklu áhrifsvélarinnar — hlutfallið milli áhrifavirkra flatarmála fremra og aftara rýmis pistons — sem ómælanlega hönnunarbreytu til að framkvæma valbestun á áhrifsvélum. Vegna þess að margar línulegar rannsóknir hafa ekki tekið tillit til gagnvirku takmarkana milli pistons og vörumerkis, sem ákvarða beint áhrifastarfsemi og staða samþrýstilagsins, geta þær ekki nálgast nákvæmlega tengslin milli margra uppbyggingarstikla í vélinni. Þótt nákvæmni rannsóknanna sé tiltölulega lágværd, geta niðurstöðurnar þeirra samt grundaðlega endurspegla áhrifatengsl ýmissa þátta á árangurinn og því hafa þær ákveðna praktísk gildi í kenningarannsóknum og hönnunarverkefnum.

1.5.2 Ólínulegar líkanagerðar fyrir vatnsdregna bergbrotavélar

Sem tiltölulega típísk og flókinn einhluta vélfræðilegur endurkönnunarkerfi hefur vatnsdregin bergbrotavél, eins og ólínuleg kerfi í öðrum sviðum, margar ólínulegar ástandshreyfingar og mynstur. Ólínuleg rannsókn hefur tekið með fleiri áhrifavalka á hreyfingu vatnsdreginnar bergbrotavélar, greint á stressstöðu vatnsdreginnar bergbrotavélar á meira almennan hátt og fengið hærri stigs ólínulegar afleiðujöfnur til að lýsa hreyfingarmynstur hennar. En jöfnurnar eru erfitt að leysa, lýsingin er ekki óbein og má einungis leysa þær tölulega með tölvum. Á síðustu árum hefur rannsókn á ólínulegum stærðfræðilíkum fengið aukna athygli manna með þróun tölvufræði og tækni og útbreiðslu minnitölva.

Á síðari hluta á 1970-tölu hófu erlendir rannsakendur að nota tölva við könnun á áhrifavélum fyrir loftdrifna bergboringavélar og náðu þá frekar nákvæmum niðurstöðum. Árið 1976 var japanskur rannsakandi, Masao Masabuchi, fyrstur til að nota stærðfræðilega reikninga til að rannsaka vatnsdrifna bergbrotnar, þar sem hann setti fram stærðfræðilíkan fyrir prófunartæki fyrir vatnsdrifna áhrif og notaði endurtekna reikninga til að finna hraða og tíðni á aflhreyfingu, og báðar stærðir voru síðan samanbornar við mældar gildi. Á 1980-tölu gerðu japanskir rannsakendur, Takauchi Yoshio, Tanimata Shu og aðrir, ólínulegar rannsóknir á afköstum og hönnun vatnsdrifna bergbrotna, þar sem þeir settu fram greiningarlíkön sem eru viðeigandi fyrir mat á afköstum og hönnun vatnsdrifna bergbrotna, ásamt leiðbeiningum um afleiðingar- og greiningaraðferð fyrir þessi greiningarlíkön. Árið 1980 settu Li Dazhi og Chen Dingyuan frá Háskólanum í vísindum og tækni í Bæjing fram ólínulegt stærðfræðilíkan með þrýstidreifitölvu sem starfsþrýstisgildi og leituðu að staðbundnum tölulegum lausnum. Árið 1983 notaði He Qinghua frá Miðsuðurháskólanum í iðnaði, í ritinu „Rannsókn á tölulegri eftirlítun á vatnsdrifnum bergbrotnum“, tilvikaskiptaaðferðina til að setja upp heildstætt stærðfræðilíkan, setti fram „nálgunarjafnaða hröðunareikningsaðferðina“ (PUA-aðferðina), réttaði villa við tilvikaskiptapunkta og bættu nákvæmni eftirlítunar. Árið 1987 settu prófessor Chen Xiaozhong og kennari Chen Dingyuan frá Háskólanum í vísindum og tækni í Bæjing upp ólínulegt stærðfræðilíkan á áhrifamechanismum og skrifudu tölvuprogramm fyrir eftirlítun í BASIC, og náðu þá tölvugildum sem voru frekar samhverf við mæld gildi. Þegar vatnsdrifinn bergbrotni er í notkun, vegna hárs þrýstis, stuttar áhrifahringrásar og tíðrar skiptingar á olíustraumi, er það breytilegt þrýstideyfi sem breytist stöndugt, svo að þegar vatnsdrifsolía rennur um ýmsar bilgæðir myndast mikil hitamyndun, sem veldur staðbundnum háum hitastigum og áhrifar á afköst áhrifatæknisins og staðbundna smurningu; rannsókn á þessu sviði er samt enn ógerð.

Á grundvelli flókinnar hreyfingar á hydraulískum bergbrotavélm, eru líka byggðar ólínulegar líkan á grundvelli ákveðinna ráðstöfuna, svo er ekki raunverulega mikil mismunur á milli línulegra og ólínulegra líkana þegar kemur að lýsingu á grundvallareiginleikum hlutanna — aðeins eru lausnaraðferðirnar fyrir stærðfræðilíkönin mismunandi. Línuleg líkön nota greinilegar lausnir, en ólínuleg líkön þurfa að nota tölulegar aðferðir með tölvum til að leysa þau. Bæði geta aðeins nálgast hreyfimynstur á áhrifavélinni og til að fá nákvæmari lýsingu þarf ennþá að þróa reiknifræðilega væskujárnfræði.

Það verður að benda á að með þróun hydraulískrar bergbrotavéltaekninnar, sérstaklega með komu samsettra hydraulískra og loftþrýstivélta og nitur-explosíva hydraulískra bergbrotavélta, er vinnumiðill hydraulískrar bergbrotavélta ekki lengur aðeins olía heldur einnig loft; og innleiðing niturs hefur frekar aukist erfði og flókinni þeirrar kenningarannsóknar.

1.5.3 Rannsókn á lykilhlutum hydraulískra bergbrotara

(1) Piston rannsókn

Hönnun og framleiðslu gæði áhrifapíslons ákvarða í miklu leyti afstöðu áhrifatækisins. Kínverskir fræðimenn hafa framkvæmt mikil rannsóknir á þessu. Kennarinn Meng Suimin við Gezhouba vandvirkjunarfræðiháskóla, byggði á línulegu líkani og notaði ómælanlega greiningu til að framkvæma fyrstu rannsóknir á áhrifum endurhafnarhraða píslons á starfsfæribreytur vatnsdrekils til bergbrotunar. Prófessor Liu Deshun við Xiangtan verkfræðiháskóla, í ritinu „Reikningur á endurhafnarhraða píslons bergborða“, beitti bylgjufræðilegri kenningu og á grundvelli greiningar á starfsprincipum bergborða setti fram ákvörðunarmyndir fyrir endurhafn píslons og reikningsformúlur fyrir endurhafnarhraða bergborða og náði eftirfarandi niðurstöðum: ① Endurhafnarpíslonstaða og endurhafnarhraði tengjast eiginleikum píslons, borða og bergris og áhrif þeirra eru ekki óháð hvort öðru heldur tengjast þau. ② Minni óhlaupstífðarstuðull bergrisins er, því meiri er endurhafnarhraðinn. Minni stuðullinn γ, sem lýsir hlaupaeiginleikum bergborðsins og bergrisins, er, því meiri er endurhafnarhraðinn. ④ Til að ná nálgunargóðri bergborðaeffekt í hönnun áhrifatækis, ætti eiginleikastuðullinn γ að vera stýrður innan bilsins 1 ≤ γ ≤ 2.

Atvinnugreinin hefur smám saman myndað nokkra leiðbeiningar fyrir hönnun á pistunum:

1) Pistunninn ætti að vera lengd og minnka óþarfa breytingar á þversniði, til að bæta árangur í orkuflutningi og notaðarlíftíma skársins.

2) Flatarmál á áhrifshlið pistunsins ætti að vera jafn stórt og eða nálægt flatarmáli enda á skári, og ákveðin sníðlengd ætti að vera til staðar, til að bæta áhrifshvelfluflutning.

3) Fullt ferðalengd og yfirferðalengd pistunsins má ekki skaða þéttunarsamstæðurnar í báðum endum.

4) Stærðir á hydraulískum bilunarbúðum við tómbyrjun og þéttunarlengdir á hverjum pistunssegmenti verða vel hönnuðar.

5) Rétt val á efni er nauðsynlegt — efni pistunsins verður að hafa háa mekaníska árangur, háa yfirborðshardleika, góða kjarnastöðugleika og mjög góða slífróður- og áhrifstaðgildi.

6) Samræmisbilinu á milli pistons og sílindurskálunnar ætti að ákvarða með hæfilegum hætti, með tilliti til lekastrauma og framleiðslunákvæmni. Almennt er samræmisbilinu á milli pistons og sílindurskálunnar 0,04–0,06 mm, og samræmisbilinu á milli pistons og stuðlarskýfuskrúfu er 0,03–0,05 mm.

(2) Rannsókn á dreifidælum

Í augnablikinu nota meirihluti hydraulískra bergbrotavélanna staðsetningaraðila sem stýra pistonskerfum, og ná hraðri fram- og tilbakaferð á pistoni með því að breyta olíuforsætunni í ákveðnum rúmi á áhrifavélinni. Þó að þessi stýringarform sé tiltölulega einfalt, er yfirgangurinn flóknari. Á meðan stýriklappan skiptir um stöðu breytast tími, hraði, ferð, olíusnotan og aðrar breytur í ákveðnum stigum, sem getur haft mikil áhrif á afköst áhrifavélarinnar. Til þess hafa Liu Wanling m.fl. frá Háskólanum í vísindum og tækni í Bæjingu gert sérstaka rannsókn á eiginleikum stýriklappa í hydraulískum áhrifakerfum með þeim endanlega markmiði að finna raunverulega hreyfisferilinn á stýriklappunni sem rannsökuð var, ljóma upp á reglur um hreyfingu stýriklappunnar og ákvarða helstu stýriklappuparámetra sem áhrifa afköst áhrifavélarinnar. Qi Renjun m.fl. frá Miðsuðurháskólanum gerðu kenningarannsókn á klappustýringarferlinu, valdauða rannsókn á klappustrúktúr og -breytum og fengu nokkrar gagnlegar niðurstöður um reglur; þeir lögðu fram áhrifamiklar lausnir á mögulegar hraðamát og holubildun á meðan stýriklappan er í hröðri hreyfingu, þar á meðal að minnka massann og ferðina á klappuskífunni og jafnframt auka þversnið olíugöngunnar. Liu Wanling og Gao Lanqing frá Járn- og steypuháskólanum í Bæjingu, í ritinu „Greining á dynámískum eiginleikum stýriklappu fyrir hydraulíska bergbrotavél — Símun og tilraunir“, notaðu BASIC forritun til að rannsaka hvernig dynámískir eiginleikar klappunnar gætu verið bættir, og komu að þeirri niðurstöðu að þegar núll-samfellingaropnunin eykst, lækkar trygging í afturhluta rúmsins hratt, áhrifavinna eykst, áhrifatíðni minnkar smá og áhrifavélarinnar árangur bætist; en ef núll-samfellingaropnunin er of stór, þá verður starfsemi klappunnar ótreyst, vegna minnkunar á þéttunarlengdinni við skuldrarnar á klappunni.

(3) Rannsókn á safnunareiningum

Akktætlan er mikilvægur hluti hydraulískra bergbrotara og uppbyggingin á henni áhrifar beint á heildarvirkni hydraulískra bergbrotara. Því hefur rannsókn á virkni hydraulískra bergbrotara einnig fylgt með rannsókn á akktætlum. Árið 1990 unnu japanskir fræðimenn, Takauchi Yoshio, Tanimata Shu og aðrir, tilraunir og kenningarannsóknir og byggðu á greiningarmódelinu sem þeir settu upp jafna fyrir rúmmál stikilsins af köfnunarefni í akktætlunni með því að nota ástandsjöfnu, og staðfestu tilraunirnar réttleika jöfnunnar, sem gaf kenningargrund fyrir hönnun bestu akktætlunnar. Árið 1986 setti Duan Xiaohong frá Háskólanum í Bæjingu í vísindum og tækni upp lýsandi líkan á háþrýstisveiflukassum með því að nota sameinaða breytumetódina og notaði bæði tilraunir og reikningsaðferðir til að greina tíðniseiginleika akktætluskerfisins, ræddi bestu samspil akktætlunnar og hydraulískra bergbrotara og benti á að besta vinnumálið á árekstrartækinu væri þar sem önnur háþrýstishvörf akktætlunnar við breytingar á kerfisþrýstingi eru áhrifamest í orku. Árið 1986 birti kennarinn He Qinghua frá Miðsuðurháskólanum grein með titlinum 'Afturflæði og afturflæðiakktætla fyrir hydraulíska árekstrartæki', þar sem hann bendir á að starfsþrýstingur hydraulískra bergbrotara byggist aðallega á massatregðukrafti hreyfanlegra hluta þess; þetta er mikilvægur einkenni hydraulískra bergbrotara sem skilur þá frá venjulegum hydraulískum vélarþekkjum þar sem starfsþrýstingurinn byggist aðallega á ytri hleðslu. Afturflæðishvörfin byggja aðallega á massatregðuhydraulískum þrýstingi sem myndast þegar olía hræðist þegar pistlar eða klappir losa olíu í afturflæðisrörin; og bendir á að vegna þess að flæði árekstrartækisins er ekki eins og mynster flæðis olíu í afturflæðisrörinu mun kavítasjon átt sér stað þegar flæðið sem fer í afturflæðisrörinu er minna en olíuflæðið sem fer í rörinu. Til að minnka massatregðuhvörf afturflæðisins og útrýma kavítasjón í afturflæðinu er tillaga um að setja inn afturflæðiakktætlu í hydraulíska bergbrotarann og úr því er lagður fram aðferð til hönnunar stikla akktætlunnar. Á síðustu árum hefur Háskólinn í Bæjingu í vísindum og tækni framkvæmt rannsókn á dynamískum samspilseiginleikum akktætlunnar í hydraulískum bergbrotarum, samstillað forritaskrár fyrir ímyndun HRDP og náð niðurstöðum í staðfestingarreikningum á bestu dynamísku samspilseiginleikum akktætlunnar.

(4) Rannsókn á tóm-skotvarnarkerfum og orkuþrotunaraftöku fyrir ílgur

Því miður koma fyrir óhjákvæmileg endurhverfing á skorni og tóm-skot (e. blank-firing) fenomena í notkun hydraulískra bergbrotavél, svo að starfsgeta endurhverfingarorkuþolans á skorni og tóm-skot varnartækisins hefur mikil áhrif á þjónustutíma hydraulískrar bergbrotuvél. Kennari Meng Suimin greindi í ritgerðinni „Greining á endurhverfingarhraða bergborða pistons“ kerfisbundið þætti endurhverfingar á skornihöfuðinu og rannsakaði aðferðir til að nýta endurhverfingarorku skornis. Liao Yide frá Miðsuðurháskólanum setti upp í ritgerðinni „Kenning og tilraunarástöðun á tóm-skot dæmibúnaði fyrir hydraulíska bergborða“ stærðfræðilegt líkan á tóm-skot dæmibúnaði og framdi tölvusímulagunar rannsóknir. Dr. Liao Jianyong gerði í ritgerðinni „Hönnunarkerfi og tölvuassisterað hönnun margastigahydraulískra bergborða“ tölvusímulagun og aðlögun hönnunar á endurhverfingarorkuþolunum á skorni og tóm-skot varnartækjum. Liu Deshun frá Miðsuðurháskólanum notaði í doktorsritgerð sinni „Bylgjuskerðisrannsóknir á árekstraðum“ kenningu um bylgjuskerði til að leiða út formúlur fyrir útreikning á endurhverfingarhraða á hverju hluta áreksstæðunnar og benti á að endurhverfingarorkan geti verið nýtt til gagns með röklegri hönnun á hverjum hluta áreksstæðunnar. Rannsóknarstofa hydraulískra verkfæra Miðsuðurháskóla þróaði tveggja stiga tóm-skot dæmibúnað sem nýtti fullkomlega getu endurhverfingarorkuþolans á skorni – þetta er frumkvöðullegt rannsóknarverkefni.

1.5.4 Rannsókn á tíðnisskiptingar-, orkuskiptingar- og stjórnunartækni fyrir hydraulískar bergbrotavélar

Með þróun hydraulískra bergbrotavéla hefur reyndarbygging sett fram nýjar kröfur til hydraulískra bergbrotavéla. Til að bæta framleiðslueffekt í raunveruleika á skilvirkilegan hátt er krafist að áhriforka og áhriftíðni hydraulískrar bergbrotuvélar sé hægt að breyta miðað við breytingar á eiginleikum bergsins. Það er að segja, undir forsendunni um hámarksnýtingu á uppsettri getu flutningstæknisins, þegar bergið er harðara skal hydraulíska bergbrotuvélin gefa út meiri áhriforku og lægri áhriftíðni; öfugt skal hún gefa út minni áhriforku og hærri áhriftíðni, þannig að náist hærri framleiðslueffekt. Til að ná þessum markmiðum hefur verið framkvæmd mikil rannsókn bæði innanlands og erlendis.

Út frá þeoretískum rannsóknum á hydraulískum bergbrotunaraðilum má aðallega stilla framleiðslu (áhrifavirkni og tíðni) með þremur aðferðum: ① stilling á flæði; ② stilling á ferli; ③ stilling á endursendingarþrýsting. Núna hafa flestir innlendir og erlendir hydraulískir bergbrotunaraðilar einungis einn fastan feril — þ.e.a.s. framleiðslan er ekki stillanleg. Auðvitað er mögulegt að nota flæðistillingu til að stilla framleiðslu slika hydraulískra bergbrotunaraðila, en þó að það sé þeoretískt hægt, er það í raun ekki framkvæmt. Því að breytingar á flæði veldur samhliða breytingum á framleiðsluparámetrum, og óháð stilling er því ekki möguleg.

Þótt sumir innlendir og erlendir framleiðendur hafi hönnuð og framleitt hydraulískar bergbrotavélar með stillanlegum skotlengd, eru þær ekki vinsælar með notendum vegna þess að þær eru stífurbyggtar og breyta skotlengd í skrefum, sem er mjög óþægilegt í notkun og gefur slæmar niðurstöður. Þegar um skotlengd-áhrifadreifingu er að ræða, eru úttaksskerfisstillingar aðallega breyttar með því að breyta inntaksstraumi kerfisins eða með því að bæta við mörgum skotlengd-áhrifadreifingarsigilsholum og með því að stýra opnun og lokun hvorrar sigilsholes til að stilla skotlengd pistonsins, þannig að áhriforka og áhriffrequenz hydraulískrar bergbrotuvélarinnar breytist. Til dæmis er þrítíðshydraulíska bergbrotuvélin frá Atlas-Copco, sem framleidd var í Svíþjóð. Í sjálfvirkum gear-skipti hydraulískum bergbrotuvélum YYG-raðar Háskólans í Miðsuður-Kína — vegna takmarkaðrar byggingar — er þessi regla einungis hæfileg til að ná skrefbreytingu á starfsstillingum hydraulískrar bergbrotuvélar, og þar sem þrýstingur og straumur í áhrifakerfinu eru í öndverðu hlutfalli við ferninginn á hvort tveggja, mun samhliða aukning á áhriforku og áhriffrequenz valda mjög miklum breytingum á aflinu á fyrirbyrjanda vélinni, sem takmarkar útvíkkun starfsviðs og starfsefnis hydraulískrar bergbrotuvélarinnar. Prófessor Takashi Takahashi við Háskólann í Akita í Japan lýsti í grein því hvernig staðsetning áhrifaskot-signalholsins væri hægt að stilla til að ná markmiði breytingar á skotlengd pistonsins í hydraulískri bergbrotuvélu. Reyndir sýndu að þegar skotlengd pistonsins er aukin um 10 %, þá minnkar áhriffrequenzin um 8 %, en áhriforkan getur aukist um 12 %, sem bætir starfsefninu og veitir kenningar- og reynslubundin vitneskju fyrir hönnun hydraulískra bergbrotuvéla með stillanlegri skotlengd. Kennari He Qinghua við Háskólann í Miðsuður-Kína, í ritinu „Rannsókn á hydraulískum áhrifavélum með stillanlegri skotlengd“, benti á mismunandi tegundir gear-skiftisferla og greindi kenningarlega samband milli ýmissa starfsstillinga hydraulískra áhrifavéla með stillanlegri skotlengd og gear-skiftiskotlengdar; niðurstöðurnar hafa augljós leiðbeinandi áhrif á hönnun og notkun gear-skifta hydraulískra bergbrotuvéla. Þessi bók kynnir hugmyndina um sjálfstæða og óskrefmæla stillingu starfsstillinga byggða á þrýstingssvörunarreglunni og hefur komið út með þessari nýju hydraulísku bergbrotuvélu. Hún stillir aðallega einstaka áhriforku áhrifavélarinnar með því að stýra stærð þrýstingsins við afturkomu pistonsins; samtímis er áhriffrequenzin stillt óskrefmæla með því að stýra breytilegum pumpustraumi, svo að áhriforka og áhriffrequenz geti verið stilltar sjálfstæðar og óskrefmælar innan frelsuðu stórri sveiflu, á meðan breytingin á aflinu á fyrirbyrjanda vélinni er lítil. Varðandi kenningarannsóknir, byggingarhönnun og stýrisniði fyrir þessa nýja tegund hydraulískra áhrifavéla, hafa höfundarnir rannsakað hydraulískar áhrifavélar með sjálfstæðri óskrefmælu stillingu á áhriforku og áhriffrequenz. Dr. Zhao Hongqiang, í doktorsritgerðinni „Rannsókn á nýrri tegund hydraulískrar steinbrotuvélar með sjálfstæðri óskrefmælu stillunargrein“, brötust yfir hefðbundnu stýrisniði skotlengd-áhrifadreifingar hydraulískra bergbrotuvéla, tók upp þrýstingssvörunar- og breytilega pumpustraumstýrisniði og náði þannig sjálfstæðri óskrefmælu stillunargrein á áhriforku og áhriffrequenz hydraulískrar bergbrotuvélar. Ding Wensi, í doktorsritgerð sinni, notaði þrýstinginn á körfunni á steinbrotuvélinni sem stjórnunarbreytu og gerði mikla vinnu á steinbrotuvélum með ákveðinni dreifingu stýrðum með háhraða skiptihvölum, og náði þannig sjálfstæðri stillun á áhriffrequenz og áhriforku steinbrotuvéla. Zhang Xin, í ritinu „Rannsókn á nýrri þrýstingssvörunarhydraulískri áhrifavélu með véla- og rafrænni sameiningu“, notaði einn-chip mikro tölvu stýrða háhraða skiptihvöl til að ná tölvustýringu á áhrifavélina. Yang Guoping, í doktorsritgerðinni „Rannsókn á fullkomlega hydraulískri sjálfstæðri óskrefmælu áhrifavélu með stýringu á áhriffrequenz og áhriforku“, lagði fram áhrifavél með snjallri stýringu sem notar eingöngu hydraulíska stýrisniði og getur náð óskrefmælu stillingu á áhriforku og áhriffrequenz hydraulískrar bergbrotuvélar með hjálp af stýri-dreifihvöl.

1.5.5 Núverandi staða rannsókna á framleiðslu tölulíkana fyrir hydraulíska bergbrotavélar

Úr sjónarhóli vöruframleiðslu og -þróunar er best að framkvæma rannsóknir á dýnamískum eiginleikum vélar í þróunar- og hönnunarflokki vöruframleiðslunnar. Dýnamískur svaratölulíkan á hydraulískum stjórnkerfum hefur alltaf verið svið sem hydraulíkaiðnaðurinn hefur rannsakað áfram og er einnig algengt aðferð til að rannsaka dýnamískar svaraeiginleika stjórnkerfa.

Sérstakur vinnaferð hydraulískrar bergbrotavélar ákvarðar að dynamísk greining og prófun verði grunnur fyrir þeóretísk hönnun og þróun kerfisins. Eftir að tölvur komu upp var hindrunin sem stóð í vegi fyrir að ná nákvæmum eða áreiðanlegum niðurstöðum um hreyfiframvindu kerfisins einungis með því að prófa vörur brotinn. Rannsakendur hófu að nota ýmsa aðferðir til að setja upp stærðfræðilíkön sem lýsa hydraulískri titringi og áhrifavélum, greindu breytingar á breytum hydraulískra bergbrotavéla með því að nota samföldunar- (eða „simulering“) tækni og notaðu tækni fyrir virkilega frumgerð („virtual prototype technology“) til að samfölduna hreyfiprocessana áhrifavéla. Þegar hönnunarniðurstöður eru ákvarðaðar er hægt að skilja hreyfingu kerfisins vel og reikna út viðeigandi afköstamál, sem veitir góða leið til að stytta tíma þróunar nýrra vara, bæta hönnun og framkvæma greiningu á dynamískum afköstum.

Á 1960- og 1970-töllum hófu erlendir rannsakendur að nota tölva til að líkja eftir áhrifavélum. Þessi verk notaðu þrýsting í framan- og aftanherbergjum sem breytu, reiknuðu upp flæði inn í og út úr hverju gátt, réttu með flæðisstuðlum; síðan voru notuð jafnan um ástand gas og jafnan um orðabaráttu til að setja upp litlar mismunajöfnur sem lýsa breytingum á ástandi safnara og pistons; eftir að ákveðin nálgunargildi voru gerð fyrir hreyfingu klapparinnar var notað finnita mismunaaðferðin til að leysa jöfnurnar tölulega. Framlagssímulagarnir, sérstaklega framleiðsluparametrarnir, voru mjög nálægt mældum gildum og niðurstöðurnar voru ánægjugar. Á Japan var lagt áhersla á að setja upp tölvulíkanir fyrir ákveðna hydraulíska bergbrotavélar til rannsókna og innleiddu rannsakendur viðskiptavörur úr tilraunum í líkana til að framkvæma val á byggingarþáttum, áhrifaparametrum og afköstum hydraulískra bergbrotavéla, og fengu þannig optimala flatarmál á afturflæðisgátt, optimala rúmmál á safnara og optimala þrýstiflatarmál aftanherbergis fyrir viðkomandi hydraulíska bergbrotavél. Þegar þessi líkana voru framkvæmd voru japanskir rannsakendur meira áhugadir af því að bera saman niðurstöður líkana við niðurstöður tilraunanna og réttu tölvulíkana samkvæmt prófunargögnum. Fyrirtækið Sandvik, eftir að hafa tekið tillit til áhrifa myndar áhrifapistonsins á orkuflæðið, hannaði og þróaði líka tölvusímulagunarforrit í þessum sviði. Með þessu forriti: ① er hægt að líkja eftir orkuflæðinu í hverjum hluta áhrifavélarinnar; ② er hægt að líkja eftir mismunandi hönnun á hverjum hluta kerfisins; ③ er hægt að líkja eftir áhrifum mismunandi hönnunar á orkuflæðið undir mismunandi skilyrðum áhrifavirka. Tölvuforritið hjá Sandvik veitir ekki aðeins tryggð áframleiðslu bestu vörurna heldur getur það einnig mælt og skiljað hvernig allir þættir áhrifa áhrifakerfið og hvernig breytingar á ákveðnum þáttum áhrifa áframleiðslueffekt, og veitir það notendum sem ávinna og áhrifaríkt reikniforrit.

Eftir 1980-töluna hófst einnig innlend rannsókn á framleiðslutækni og notkun hennar. Kínverskir fræðimenn, svo sem Tian Shujun, Chen Yufan og aðrir, settu upp stærðfræðilíkön með þeim aðferðum sem þeir notaðu. Tian Shujun og aðrir notuðu orku-bond-graf – háþróaða tækni fyrir lýsingu á dýnamíkum kerfum – í samspili við aðferðir til greiningar á staða-rúmi, og gerðu aðallega rannsóknir á dýnamískri framleiðslu hugbúnaðar fyrir hydraulíska bergbrotna sem stýrðust af skjöldgáttum. Þessi rannsókn rannsakaði dýnamískt framleiðslulíkan og forritun hydraulískra bergbrotna, og veitti aðferð og leiðbeiningar fyrir margar síðari framleiðsluforritara, svo sem prófessor Zhou Zhihong við Háskólann í vísindum og tækni í Pekín, sem leiðtogi nemendur eins og Yan Yong og aðra í notkun orku-bond-grafa til að setja upp dýnamískar jöfnur fyrir nokkra tegundir hydraulískra bergbrotna pistla, stýrigáttar og hverjar hydraulískar flæðisjöfnur og gasstöðujöfnur; síðan voru framleiðsluforrit samsett í tölvumáli til að framkvæma greiningu á helstu breytingum á stöðum, svo sem öryggis- og afturhlutaþrýstingi, flæði, staðsetningu og hraða pistils hydraulískra bergbrotna, og veittu þannig grunn fyrir frekari rannsóknir á áhrifum breytinga á stillingum hydraulískra bergbrotna á árangur þeirra. Með hröðu þróun tölvu- og hugbúnaðartækni hefur verið beitt Matlab- og AMEsim-hugbúnaði við líkönun og framleiðslu á kerfum hydraulískra bergbrotna, og veitt þannig fræðilegt stuðning við að stytta rannsóknar- og þróunarvinnu og bæta hönnunargæði nýrra líkana.

1.5.6 Tilraunavísindaleg rannsóknaraðferðir

Tilraun er grunnurinn fyrir það hvernig menn skilja náttúruna og umbreyta hlutverulegum heimi — með því að sameina og alhæfa áfanga sem athugast og gögn sem mælist í tilraunum, finna innri tengsl og mynstur og mynda kenningar. Tilraun er uppruni kenninga; tilraun er eini dómari um staðfestingu kenninga.

Þýkkunarþrýstingur á steinbrotunaraðgerðum er mikilvægur vísbendingarmarkmiður fyrir mat á hönnun, framleiðslu og gæðum. Aðalvísbendingarmarkmiðurnar má mæla með tilraunum og niðurstöðurnar eru settar fram sem tölfræðigildi, ferlar eða grafi. Framleiðsluprófun felur í sér aðallega mælingu á þrýstingorku, þrýstingfrekvensu, kerfisþrýstingi og rás. Það eru ekki til staðar sameinuð alþjóðleg tilraunastöndard fyrir mælingu á þessum vísbendingarmarkmiðum. Núverandi algengustu aðferðir til að prófa þýkkunarþrýsting á steinbrotunaraðgerðum eru: spennubylgjuaðferðin, ljósrafeindreifingaraðferðin, rafmagnsinduktionaraðferðin, snertiaðferðin, hraðmyndavél, vísitafelagsaðferðin og orkaaðferðin, o.fl.

Aðferðin með spennubylgju er aðferð til að mæla áhrifanergíu með því að mæla spennubylgju sem myndast á skerfnum þegar áhrifapístonn hræður skerfið. Lýsishvítuljós-aðferðin notar prinsippið um lýsishvítuljós-umbreytingu; með því að nota lýsishvítuljós-sensara, þar sem staða áhrifapístonsins er bein mæling, er hreyfingu pístonsins mæld og síðan reiknaðar allar áhrifavélarinnar áfrýjunareiginleikaprófunar. Lýsishvítuljós-aðferðin, sem er óbein prófunaraðferð, er mjög viðeigandi fyrir áhrifavélar eins og vatnsdregin steinbrotnar sem hafa langa pístonshreyfingu, stóra þvermál og háa hraða. Aðferðin með rafsegulinduktion notar rafsegulinduktionssensara kerfi sem samanstendur af segulstöngu sem er sett í áhrifapístoninn og snúðu kringlunni sem er sett í hús vélarinnar; hún notar innbyggða rafspennu sem myndast þegar kringlan sker segullínurnar þegar segulstöngin fer fram og til baka með pístonnum og fær hraða pístonsins út frá kalibrerunarsambandi milli rafspennunnar og áhrifahraðans, og út frá því er áhrifanergía pístonsins reiknuð.

Samskiptaaðferðin er aðferð til útreiknings á áhrifajöfnu með því að nota endanlega hraða pistilsins þegar hann rekst á hlutinn sem verið er að slá á. Í prófun á afkastum bergbrotara eru ofangreindar fjórar aðferðir tiltölulega algengar; aðrar aðferðir, hvort sem vegna starfsfæri og hárra kostnaðar eða vegna ófullkominnar endurspeglingar á hreyfistöðu pistilsins, eru sjaldan notaðar í raunverulegum notkunum.

Það verður að benda á að ofangreindur áspennugolfsaðferðin er eingöngu hentug til prófunar á áhrifatæknimyndum með tiltölulega lítinn áhrifahöfði, svo sem vatnsdýrkuhjóla og loftdrifna tól, og hefur hún stærri erfðir við prófun á háum áhrifahöfðum vatnsdýrkuþrotara. Prófunargetgildi sérstakra rannsóknareininga sem rannsaka áspennugolfa er almennt ekki mikil og getur því ekki unnið með prófun á stórum vatnsdýrkuþroturum; hljóðið og skjálftarnir sem myndast við innanstofnuprófun eru líka ekki samþykkt. Hins vegar er snertisáferðin, þótt hún sé einföld í uppsetningu, ekki nóg nákvæm til að gefa rétt niðurstöður og er því ekki hægt að mæla hana. Aðeins rafsegulvirkjunaráferðin fyrir prófun á vatnsdýrkuþroturum er talin fullnægjandi í öllum tillitum: hún er notuð bæði fyrir vatnsdýrkuhjóla með lítinn áhrifahöfði og fyrir stóra vatnsdýrkuþrotura með háan áhrifahöfði; hún mælir beint hraðakurfu pistonsins og þar með fær maður pistonsfærslu og hröðun, sem er mjög gagnlegt fyrir þá sem rannsaka hreyfimynstur pistonsins. Eina vandamálið er að segulstöngin er auðveldlega skemmd undir háfrekvenziskjálftum pistonsins.

Dr. Ding Wensi frá Háskólanum í Miðsuður-Kína, í doktorsritgerðinni „Rannsókn á nýrri þrýstifæðingar-tilbakaðri köfnunarspýtur með rafmagns- og vökvaþrýstikerfi fyrir steinbrotna“, lagði fram nýja aðferð til að prófa úttakssvið á áhrifavélinni — þrýstiluftaraðferðina. Þessi aðferð notar þrýstisensara til að greina áhrif á þrýstiluftu í lokaðri köfnunarspýtur í stiklunni sem er sett í endann á pistóninum á meðan pistóninn er í hreyfingu, og á meðan tölvu er notað til að ákvarða ferð pistónsins og hraða hans, og þannig eru fengin tvö mikilvæg úttakssvið á áhrifavélinni — áhrifavirkni og áhrifatíðni. Samanborið við hefðbundnar prófunaraðferðir hefur ótengda þrýstiluftaraðferðin kosti eins og sterka móttölu gegn skjálftum, lítinn undirbúningur, samhliða mælingu á áhrifavirkni og áhrifatíðni, auðvelt viðmiðun, lítil villa í áhrifavirkni og há nákvæmni. Hún getur ekki einungis verið notuð sem mælinga- og auðkenningar aðferð fyrir vörur í rannsóknarstofu, heldur er hún einnig hæfileg til notkunar í raunverulegri vinnu fyrir netmælingar. Hún hefur verið notuð í vatnsþrýstiprófunarforriti Jingye-fyrirtækisins og er innifalin í iðnaðarstaðla „Vatnsþrýstisteinbrotni“.

1.5.7 Rannsókn á vagnun, hávaða og stjórnun

Auk áhrifannafræði, áhrifsháttar og massu eru víðværir þættir við mat á afköstum hydraulískra áhrifsvélja einnig hljóð, vagnhljóð (vibrations) og notkun á orku, sem eru mikilvægar aðstæður við mat á heildarafköstum. Með því að umhverfisvitundin vex hafa þróuðu lönd stöðugt strangari takmarkanir á hljóði tæknisins. Til að skilast við markaðsþörf er hljóð og vibrering hydraulískra áhrifsvélja, ásamt dustsamdrætti, að verða sífellt mikilvægri mælitöl fyrir viðskiptakeppni; stjórntækni þessara þátta er nú mikilvægt rannsóknarefni. Fræðimenn úr ýmsum löndum rannsaka þessa efni frá uppbyggingar- og efnafræðilegum sjónarmiðum; uppbyggingarlega eru tekin ráð til dæmis með innbyggðum innsteikum, hljóðdæmendum tæki eða með því að setja saman stálplötur sem dampar vibreringu. Krupp-félagið hefur sett hljóðdæmandi efni í allar miðlungs stórar og minni vörur sínar. Rammer-félagið setur háþrýstisvatnsdílur og sprautur á nýþróuðum vörum til að ná fram áhrif við dustsamdrætti. Auk þess er notað snertitækni til að ná nákvæmri staðsetningu á hydraulískum bergbrotavélum, sjálfvirkum holuboringum, stöðvun á kylfum og dragningu kylfa inn, og sjálfvirkri stillingu á áhrifannafræði og áhrifsháttar miðað við vinnumiðilinn o.s.frv.