Hidrauliskā akmeņu drupinātāja darbības analīze

2.2 Hidrauliskā akmeņu drupinātāja darbības analīze

Hidrauliskam akmeņu drupinātājam ir daudz strukturālu formu. Izходojot no darbības principa, autori izolē un apkopo hidrauliskā akmeņu drupinātāja fundamentālākos un būtiskākos aspektus un reducē tos līdz trim pamata darbības režīmiem: tikai hidrauliskajam, hidrauliski-pneimatiskajam kombinētajam un slāpekļa sprādzienrežīmam.

2.2.1 Tikai hidrauliskais darbības princips

Tīrā hidrauliskā darbības princips ir trīs realizācijas formās: priekškambara konstantais spiediens / aizkambara mainīgais spiediens (saīsināti — «priekškambara konstanta spiediena princips»), aizkambara konstantais spiediens / priekškambara mainīgais spiediens (saīsināti — «aizkambara konstanta spiediena princips») un priekškambara un aizkambara mainīgais spiediens (saīsināti — «mainīgā spiediena princips»).

(1) Priekškambara konstanta spiediena princips

Šis bija darbības princips, ko pirmo reizi izmantoja hidraulisko akmeņu drupinātāju attīstības sākumā; visi turpmākie tehniskie uzlabojumi balstījās uz šo principu. Priekškambara konstanta spiediena hidrauliskais akmeņu drupinātājs parādīts 2-1. attēlā.

No attēla 2-1 redzams, ka sistēma sastāv no cilindra korpusa, virzuļa, vadības vārsta un eļļas caurulēm. Cilindra korpusu un virzuli veido trieciena mehānisms. Virzulis pārvietojas iekšēji cilindra korpusā, tiekot dzīts ar hidraulisko eļļu, ārēji izvada trieciena enerģiju un pieliek lielu trieciena spēku mērķim, radot āmura efektu. Vadības vārsta funkcija ir mainīt eļļas virzienu, kas dzīš virzuli, tādējādi panākot virzuļa periodisku svārstīgo kustību.

Hidrauliskais akmeņu lūzuma aparāts, kas parādīts attēlā 2-1, ir novietots tā, ka virzulis atrodas trieciena punktā; vārsta stienis atrodas pozīcijā, kurā tas tikko ir pabeidzis pārslēgšanos no darba gaitas uz atgriešanās gaitu. Šajā brīdī augstspiediena eļļa iekļūst cilindra pastāvīgā augstspiediena kamerā (kameras a ) caur vārsta pastāvīgā augstspiediena atveri, dzīsdama virzuli atgriešanās gaitā (pa labi). Eļļa virzuļa mainīgā spiediena kamerā (kameras b ) atgriežas atpakaļ uz tvertni caur atveri 4 un vārsta mainīgā spiediena / atgaitas eļļas atveri. Kad sviruļa priekšējais plecs pārvietojas atpakaļ līdz tam, ka tas pagājās gar atveri 2 cilindra korpusā, augstspiediena eļļa tiek novirzīta uz spiediena vārsta atveri 5, izraisot vārsta pārslēgšanos (pa kreisi). Tā kā vārsta pastāvīgā augstspiediena kamera tagad savienota ar starpkameru ar mainīgo spiedienu, augstspiediena eļļa iekļūst sviruļa aizmugures kamerā b caur atveri 4. Tagad abas sviruļa puses ir pakļautas augstspiediena eļļai, taču, tā kā spiedienu izturīgā laukuma lielums aizmugures kamerā b ir lielāks nekā priekšējās kameras a pistons sāk bremzēties atgriezeniskā gaitā, tā ātrums samazinās līdz nullei, un tas sāk darba gaitu (pa kreisi). Kad pistona centrālā iedobe savieno caurules 2 un 3, pistons tikko ir sasniedzis trieciena punktu, pabeidzot vienu ciklu; vienlaikus spiediena vārsta caurule 5 savienojas ar atgriezeniskās eļļas līniju, tāpēc sviru elements pārslēdzas pa labi, atgriežoties pozīcijā, kas parādīta 2-1. attēlā, pabeidzot vienu pilnu ciklu un sagatavojoties pistona nākamajai atgriezeniskajai gaitai. Šādā veidā pistons nodrošina nepārtrauktu triecienu un nepārtraukti izvada trieciena enerģiju. Gaisa kamera c šajā darbības principā tiek izvadīta atmosfērā.

(2) Aizkameras pastāvīgā spiediena princips

Jānorāda, ka šo darbības principu var realizēt tikai tad, ja pistona priekškameras spiediena virsmas laukums a ir lielāks nekā aizkameras spiediena virsmas laukums b , t.i. pistona priekškameras diametrs ir mazāks nekā aizkameras diametrs ( d ₁ > d ₂).

2.2. attēlā parādīts aizmugurējās kamerās pastāvīgā spiediena / priekšējās kamerās mainīgā spiediena hidrauliskā akmeņu sirdzis shematiskais zīmējums.

Salīdzinot ar 2.1. attēlu, vienīgā atšķirība ir tā, ka cilindra korpusa ports 1 ir savienots ar vārsta mainīgā spiediena kameru, nevis ar pastāvīgā spiediena (augstspiediena) kameru; ports 4 tieši savienots ar vārsta pastāvīgā spiediena kameru; visas pārējās eļļas caurules ir tādas pašas. 2.2. attēlā parādīts moments, kad pistona darba gaita tikko beigusies un vārsts jau pārslēdzies — sistēma atrodas tieši tajā brīdī, kad sākas atgriezeniskā gaita.

Šī principa darbības raksturlielums ir tāds, ka hidrauliskais akmeņu sirdzis atgriezeniskās gaitas laikā neizplūdo eļļu, bet darba gaitas laikā izplūdo eļļu; un priekšējās kameras spiediena pievērsto virsmu a ir lielāks nekā aizkameras spiediena virsmas laukums b tā kā spēka gājiena izlādes laiks ir īss un plūsma liela, šī principa hidrauliskās zuduma spiediena vērtības ir lielākas nekā priekškameras pastāvīgā spiediena principa. Pašlaik lielākā daļa hidraulisko akmeņu sagraužamo ierīču neizmanto šo principu.

(3) Priekšējās un aizmugurējās kameras mainīgā spiediena princips

Priekšējās un aizmugurējās kameras mainīgā spiediena princips parādīts 2.–3. attēlā. No šī shēmatiskā attēla viegli redzams, ka šāda veida hidrauliskai trieciena ierīcei ir sarežģīta struktūra ar daudziem caurumiem, kas palielina ražošanas izmaksas. Tāpēc to pašlaik neizmanto hidrauliskajās akmeņu sagraužamajās ierīcēs; to joprojām izmanto dažu zīmolu hidrauliskajos akmeņu urbjos.

2.–3. attēlā parādīta stāvoklis spēka gājiena beigās un atgriešanās gājiena sākumā. Kad sākas atgriešanās gājiens, augsta spiediena eļļa no vārsta starpkameras iekļūst pistona priekšējā kamerā a caur kreiso kameru un cilindra atveri Nr. 1, virzot pistoni pa labi. Eļļa aizmugurējā kamerā b iztukšojas eļļas tvertnē caur cilindra atveri 5 un vārsta labo kameru. Atgriezeniskā gaitā, kad pistona kreisais plecs pagājās gar cilindra korpusa atveri 2, augstspiediena eļļa caur atveri 7 nospiež vārsta slīdni, lai tas pārslēgtos pa labi; vārsta slīdnis momentāni pārslēdz cilindra korpusa piegādes un iztukšošanas eļļas ceļus — cilindra atvere 5 nonāk augstspiediena režīmā, bet cilindra atvere 1 tiek novadīta uz eļļas tvertni — tādējādi pistons sāk bremzēties, tā ātrums ātri samazinās līdz nullei un pārslēdzas uz spēka gaitas paātrināšanu. Kad pistona spēka gaita sasniedz trieciena punktu, pistona centrālā iedobe savieno cilindra atveres 2 un 3, atveres 4 un 5 tiek savienotas, vārsta slīdņa kreisā puse caur atveri 7 savienojas ar atverēm 2 un 3, lai novadītu eļļu atpakaļ, bet vārsta slīdņa labās puses atvere 6 caur atverēm 4 un 5, vārsta labo pusi un starpkameru savienojas ar augstspiediena eļļu, kas izraisa slīdņa pārslēgšanos pa kreisi, mainot cilindra piegādes un iztukšošanas eļļas ceļus un pabeidzot vienu pistona darba ciklu. Hidrauliskā trieciena ierīces pistons un slīdnis atgriežas stāvoklī, kas parādīts 2-3. attēlā — atgriezeniskās gaitas sākumā. Šādā veidā hidrauliskais akmeņu sagraužamais instruments, izmantojot nepārtrauktu pistona svārstīgo kustību, nepārtraukti ārēji izvada trieciena enerģiju un efektīvi veic trieciena darbu.

Visi trīs augstāk aprakstītie tīri hidrauliskie darbības principi pašlaik tiek izmantoti hidrauliskajos akmeņu urbīšanas instrumentos, hidrauliskajos akmeņu sagraušanas mehānismos un citos hidrauliskajos trieciena mehānismos, taču hidrauliskie akmeņu sagraušanas mehānismi joprojām biežāk izmanto kombinēto hidrauliski-pneimatisko darbības principu.

2.2.2 Kombinētais hidrauliski-pneimatiskais darbības princips

No tīri hidrauliskā darbības principa analīzes redzams, ka visu tīri hidrauliska trieciena mehānisma trieciena enerģiju nodrošina tikai hidraulika. Tomēr, palielinoties tīro hidraulisko akmeņu sagraušanas mehānismu izmantošanai un attīstoties pētījumiem, tika konstatēts, ka hidrauliskās zuduma vērtības ir diezgan lielas, kas ierobežoja tālāku efektivitātes uzlabošanu. Šķidrumam, kas plūst caur cilindra korpusa iekšējām caurulēm, jāberzējas pret caurules sienām, un hidrauliskie zudumi, ko izraisa līkumi, diametra izmaiņas un plūsmas virziena maiņa, ir ievērojami; jo lielāka ir plūsma, jo lielāki ir zudumi, un tas ir īpaši smags strāvas gaitas laikā.

Pašlaik hidrauliski-pneimatiskā kombinētā darbības princips galvenokārt tiek izmantots hidrauliskajiem akmeņu sagraušanas ierīcēm, kuriem nepieciešama liela trieciena enerģija un zema frekvence, kā arī hidrauliskajiem dzelzsbetona pīlāru iedzenamajiem iekārtām.

Lai uzlabotu efektivitāti, pēc plašas pētniecības cilvēki atrada vienkāršu un efektīvu metodi: izmantot gāzi un eļļu kopā, lai nodrošinātu hidrauliskās akmeņu sagraušanas ierīces trieciena enerģiju. Tas samazina plūsmu, kas nepieciešama darba gaitā — samazinot hidrauliskās zudumu un uzlabojot darba efektivitāti — tādējādi rodas hidrauliski-pneimatiskā kombinētā hidrauliskā akmeņu sagraušanas ierīce.

Hidrauliski-pneimatiskās kombinētās hidrauliskās akmeņu sagraušanas ierīces strukturālais princips ir ļoti vienkāršs: pietiek tikai uzpildīt gaisa kameru c uzskaitītajos trīs tīri hidrauliskajos principos ar slāpekli noteiktā spiedienā. Tā kā tagad ir klāt slāpeklis, kad sviru veic atgriezenisko gājienu, slāpeklis tiek saspiests un enerģija tiek uzkrāta; kad notiek darba gājiens, šī enerģija tiek atbrīvota kopā ar eļļu, lai dzītu sviru, panākot kinētisko enerģiju trieciena punktā un pārvēršot to par trieciena enerģiju. Acīmredzami slāpekļa loma nepārprotami samazina eļļas daudzumu, ko izmanto darba gājiena laikā, tādējādi samazinot eļļas patēriņu un sasniedzot zemākas hidrauliskās zudumus un augstāku efektivitāti.

Salīdzinot ar tīri hidraulisko akmeņu drupinātāju, svira aizmugurējās kameras efektīvā spiediena virsmas laukums b hidrauliski-pneimatiskā kombinētā hidrauliskā akmeņu sirdzītājā tiek samazināts. Šis efektīvā spiediena uzlādes laukuma samazinājums nozīmē mazāku eļļas patēriņu darba gaitā un zemākas hidrauliskās zudumu vērtības — tas ir galvenais iemesls, kāpēc hidrauliski-pneimatiskie kombinētie hidrauliskie akmeņu sirdzītāji pēdējos gados ir ātri attīstījušies. Hidrauliski-pneimatiskie kombinētie hidrauliskie akmeņu sirdzītāji gandrīz visi izmanto priekškameras pastāvīgā spiediena darbības principu; tas ir arī šī hidrauliski-pneimatiskā kombinētā tipa būtisks raksturlielums.

2.2.3 Slāpekļa–eksplodējošais darbības princips

Slāpekļa–eksplodējošā hidrauliskā akmeņu sirdzītāja darbības princips nav būtiski atšķirīgs no hidrauliski-pneimatiskā kombinētā hidrauliskā akmeņu sirdzītāja darbības principa; vienkārši atšķiras dzinēja konstrukcijas parametri. Galvenā atšķirība ir tāda, ka priekšējā un aizmugurējā dzinēja diametrs ir vienāds, t.i., d ₂ = d ₁, un visu trieciena enerģiju nodrošina slāpeklis.

Vienādi priekšējo un aizmugurējo pistona diametri ir galvenā slāpekļa sprādzienbāzētā hidrauliskā akmenkaldes ierīces īpašība. Darba gaitā aizmugurējā kamerā netiek patērēts eļļas šķidrums, un visu trieciena enerģiju var nodrošināt ar slāpekli. Protams, slāpekļa uzkrātā enerģija darba gaitas laikā tiek nodrošināta ar hidraulisko sistēmu atgriešanas gaitā un pārvērsta par darba gaitas kinētisko enerģiju. Tāpēc galīgajā analīzē joprojām ir hidrauliskā enerģija, kas tiek pārveidota — tomēr, izmantojot gāzes vidēs kompresiju un enerģijas uzkrāšanu, uzkrātā slāpekļa enerģija tiek atbrīvota darba gaitas laikā un pārvērsta par pistona mehānisko enerģiju.

Jānorāda, ka tikai priekškameras pastāvīgā spiediena princips var tikt piemērots slāpekļa sprādzienam pakļautajam hidrauliskajam akmeņu lūzumiekārtam; neviens no abiem citiem principiem — ne aizkameras pastāvīgā spiediena princips, ne priekš- un aizkameras mainīgā spiediena princips — nevar tikt izmantots slāpekļa tipa hidrauliskajam akmeņu lūzumiekārtam. Iemesls kļūst skaidrs, kad saprotiet pistona īpašību, ka d ₂ = d ₁.