Hidraulisko akmeņu drupinātāju pamata darbības princips

1.3 Hidraulisko akmeņu lūzēju pamata darbības princips

Hidrauliskais akmeņu lūzuma aparāts ir ietekmes mašīna, kas pārvērš hidraulisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Tajā ir divi pamata kustīgi komponenti — sviru un sadalītājvārsta vārpstiņa — kas savstarpēji regulē viens otru: vārpstiņas svārstīgo kustību regulē svira komutācija, bet svira savukārt katras gājiena sākumā un beigās atver vai aizver vārsta vadības eļļas cauruli, īstenojot vārsta komutāciju — šādā veidā notiek cikliskā darbība… Hidrauliskā akmeņu lūzuma aparāta pamata darbības princips ir: šīs sviras un vārpstiņas savstarpējās regulēšanas rezultātā svira ātri svārstās zem hidrauliskās (vai gāzveida) spēka un ietekmē uzgali, lai veiktu darbu ārpusē.

Hidrauliskie akmeņu lūzuma aparāti ir daudz veidu un formu, ko detalizēti aprakstīs nākamajās nodaļās. Turpmāk kā piemēru tiek izmantots priekškameras pastāvīgā spiediena un aizkameras mainīgā spiediena hidrauliskais akmeņu lūzuma aparāts, lai aprakstītu tā darbības principu:

Kā parādīts diagrammā, kad sākas atgriezeniskais gaitiens, augstspiediena eļļa iekļūst cilindra priekšējā kamerā caur eļļas cauruli 1 un vienlaikus iedarbojas uz vada vārsta sviru zemāko galu, turinot sviru stabili stāvoklī, kas parādīts diagrammā (a). Šajā brīdī cilindra priekšējā kamerā ir augstspiediena eļļa; aizmugurējā kamera ir savienota ar atgriezenisko cauruli T caur eļļas cauruli 4. Priekšējās kameras eļļas spiediena ietekmē cilindrs paātrinās atgriezeniskajā gaitienā un saspiež slāpekli, kas uzglabāts slāpekļa kamerā (izņemot tikai hidrauliskā tipa akumulatorus); akumulators uzkrāj eļļu. Kad cilindra atgriezeniskais gaitiens sasniedz vadības cauruli 2, augstspiediena eļļa nonāk vada vārsta sviras augšgalā. Šajā brīdī gan sviras augšgals, gan apakšgals ir savienoti ar augstspiediena eļļu; tā kā konstrukcijā sviras augšgala efektīvais laukums ir lielāks nekā apakšgala efektīvais laukums, svira pārslēdzas uz stāvokli, kas parādīts diagrammā (b), augstspiediena eļļas ietekmē. Šajā brīdī gan cilindra priekšējā, gan aizmugurējā kamera ir savienotas ar augstspiediena eļļu; akumulators izplūda eļļu, lai papildinātu sistēmu. Kompozītās spēka F_q ietekmē cilindrs paātrinās darba gaitienā, ietriecas āmuru un nodrošina trieciena enerģiju. Kad cilindrs pagājies cauri trieciena punktam, vadības caurules 2 un 3 tiek savienotas un pieslēgtas atgriezeniskajai eļļai T; vada vārsta sviras augšgala eļļas spiediens samazinās; zemākā gala eļļas spiediena ietekmē vārsta svira ātri pārslēdzas atpakaļ uz stāvokli, kas parādīts diagrammā (a). Atgriežoties sākotnējam stāvoklim, cilindrs sāk atgriezenisko gaiti, ieejot nākamajā trieciena ciklā un tā tālāk cikliski. Šajā procesā cilindra un vārsta sviras saistība ir parādīta 1-2. attēlā.

No attēla 1-1 redzams, ka darba gaitā, ignorējot virzuļa smaguma spēku un berzes pretestību, spēks F_q, kas pārnes virzuli un veic darbu, galvenokārt ietver šķidruma spiedienu un slāpekļa gāzes spiedienu, t.i. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Vadības spēks F_q ir saistīts ar priekšējās un aizmugurējās kameru efektīvo laukumu starpību, eļļas spiedienu p un slāpekļa kameras spiedienu p_N. Pamatojoties uz dažādajām eļļas un gāzes veiktā darba attiecībām, var izveidot trīs darbības režīmus: tikai hidraulisko, hidrauliski-pneimatisko kombinēto un slāpekļa sprādzienveida.

Tikai hidrauliskais režīms: p_N = 0. Šajā režīmā hidrauliskajam akmeņu sagraužamajam mehānismam nav slāpekļa kameras, un virzuli pilnībā pārvieto augšējās un apakšējās kameras eļļas spiediena starpība. F_q = π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Šis režīms ir vecākais, kad hidrauliskie akmeņu sagraužamie mehānismi parādījās pirmoreiz.

Hidrauliski-pneimatiska kombinācija: Šajā formā d₁ < d₂, vienlaikus pie pistona astes pievienojot slāpekļa kameru, kurā ievada slāpekli, lai tas veiktu darbu, p_N > 0. Spēks F_q galvenokārt sastāv no divām daļām: priekšējās un aizmugurējās kameras eļļas spiediena starpības un slāpekļa kompresijas-un izplešanās spēka. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Šī forma pašlaik ir visizplatītākā hidrauliskā akmeņu lūzuma ierīču forma. Pamatojoties uz dažādām eļļas un gāzes darba proporcijām kopējā dzinējspēkā, t.i. dažādām gāzes–šķidruma darba attiecībām, var izveidot produktus ar atšķirīgām ekspluatācijas īpašībām.

Slāpekļa sprādziens: Šajā formā d₁ = d₂, p_N > 0. Augšējās un apakšējās kameras hidrauliskais spēks ir nulle; pistona darbs darba gaitā pilnībā tiek nodrošināts ar slāpekļa kameras gāzes spiedienu. F_q = π/4 · p_N · d₁². Šī forma ir jaunākā hidrauliskā akmeņu lūzuma ierīču forma.

Visām trim formām ir gan priekšrocības, gan trūkumi, taču to kopējā darbība uzlabojas no vienas paaudzes uz nākamo. Tīri hidrauliskais tips, kā visvecākais produkts, kas parādījās, kad pirmoreiz tika izstrādāti hidrauliskie akmeņu sagraužamie ierīces, ir vienkāršas konstrukcijas un uzticami darbojas, nepieprasot sākotnējo spiedes spēku, taču tam ir zems enerģijas izmantošanas koeficients un tas nav piemērots liela izmēra produktu ražošanai. Hidrauliski-pneimatiskais kombinētais tips ir būtisks progress salīdzinājumā ar tīri hidraulisko tipu: pievienojot slīdņa aizmugurē azota kameru, efektīvi izmanto atgrieziena gaitas enerģiju un ievērojami palielina trieciena spēku; tomēr konstrukcija ir sarežģītāka un darbībai nepieciešams sākotnējs spiedes spēks. Azota–eksplodējošais hidrauliskais akmeņu sagraužamais ierīce enerģijas viedokļa ziņā jaudas gaitā nepieprasa eļļas darbu un tāpēc ir energoefektīvāks; vienlaikus slīdņa priekšējās un aizmugurējās kameru diametri ir vienādi, kas efektīvi risina problēmu ar nepietiekamu momentāno eļļas piegādi slīdņa jaudas gaitā. Tomēr, ņemot vērā augsto sākotnējo azota uzpildes spiedienu, nepieciešamais spiedes spēks ir lielāks.

1.4 Hidraulisko akmeņu drupinātāju pamatstruktūra un klasifikācija

1.4.1 Hidraulisko akmeņu drupinātāju pamatstruktūra

Lai gan hidrauliskie akmeņu drupinātāji ir daudzveidīgi, tiem ir kopīgas strukturālas īpašības. Hidrauliskā akmeņu drupinātāja pamatsastāvs ietver: cilindra korpusu, pistonu, sadalītājvārstu, akumulatoru, slāpekļa kameru, āmura sēdekli, āmuru, augstas izturības skrūves un blīvēšanas sistēmas. Dažādu tipu hidrauliskie akmeņu drupinātāji strukturā nedaudz atšķiras, taču katrā akmeņu drupinātājā ir 2 pamata kustīgās sastāvdaļas — pistons un vārsta sviru. Tā pamatstruktūra parādīta 1–3. attēlā.

(1) Uztrieces mehānisms

Hidrauliskam akmeņu lūzumiekāram ir salīdzinoši garš un tievs svirulements, kas ir svarīgākais komponents. Pamatojoties uz sprieguma viļņu pārneses teoriju, lai maksimāli pārnestu svirulementa trieciena enerģiju, trieciena svirulementa diametrs parasti ir aptuveni vienāds vai tuvs celtņa astes galējam diametram, nodrošinot pilnīgu kontaktu trieciena virsmā un sasniedzot efektīvas enerģijas pārneses mērķi. Savienojuma sprauga starp trieciena svirulementu un cilindra korpusu vai iekšējo apvalku ir ļoti svarīgs tehnisks parametrs. Ja sprauga ir pārāk liela, rodas ļoti liela iekšējā noplūde, kas samazina trieciena spēku un pat var izraisīt akmeņu lūzumiekāra normālas darbības pārtraukumu; ja sprauga ir pārāk maza, svirulementa kustība var būt lēna vai var rasties berze, vienlaikus strauji paaugstinot ražošanas izmaksas.

(2) Sadalīšanas mehānisms

Hidrauliskais akmeņu lūzuma ierīce parasti ir aprīkota ar sadalītājvārstu, kas maina hidrauliskā eļļas plūsmas virzienu un tādējādi regulē un piedriva trieciena pistona svārstīgo kustību. Sadalītājvārsta konstrukcijas formas ir daudzveidīgas; tās vispārīgi var iedalīt divās galvenās kategorijās: vārsta stieņa vārstos un vārsta mētelīša vārstos. Vārsta stieņa vārsti parasti ir viegli, patērē mazāk eļļas, ir mazāka diametrā un to savienojuma sprauga un noplūde ir mazākas, taču lielākoties tiem ir pakāpju veida konstrukcija, salīdzinoši sliktāka konstrukcijas apstrādājamība un lielākas throttling zaudējumi. Vārsta mētelīša vārsti ir smagāki, lielāka diametrā, un to savienojuma sprauga un noplūde arī ir salīdzinoši lielākas; tomēr to konstrukcijas apstrādājamība ir laba, atvēršanas laukuma gradients ir liels un throttling zaudējumi mazi. Savienojuma sprauga starp vārsta stieņu un vārsta korpusu vai vārsta mētelīti ir vēl viens svarīgs tehnisks parametrs hidraulisko akmeņu lūzuma ierīču ražošanā; pārāk liela vai pārāk maza sprauga abos gadījumos izraisīs vārsta neiespēju normāli darboties.

(3) Akumulatora spiediena stabilizācijas mehānisms

Vairumā hidrauliskajiem akmeņu drupinātājiem ir viens vai vairāki akumulatori, kuru funkcija ir enerģijas uzkrāšana un spiediena stabilizācija. Hidrauliskais akmeņu drupinātājs ārēji veic darbu tikai darba gaitā; atgriešanās gaita ir sagatavošanās darba gaitai. Kad sviru atgriež, hidrauliskā eļļa iekļūst akumulatorā ar spiedienu, kas ir lielāks par uzlādes kamerā esošo spiedienu, un tiek uzkrāta kā potenciālā enerģija akumulatorā esošajā eļļā. Šī enerģija tiek atbrīvota svira darba gaitas laikā, pārvēršot lielāko daļu atgriešanās gaitas enerģijas trieciena enerģijā. Šādā veidā akumulators uzlabo sistēmas darbības efektivitāti, kā arī samazina spiediena triecienus un plūsmas pulsācijas, ko izraisa sadalītājvārsta sviras pārslēgšanās.

(4) Darbināšanas mehānisms

Kaltis ir hidrauliskā akmeņu sagraužamā ierīces darbinātājs, kas veic ārējo darbu, tieši iedarbojoties uz darba objektu; tas ir nodiluma elements, kam nepieciešama laba nodilumizturība, ārpusē cietāks un iekšpusē izturīgāks, ar cietību, kas pakāpeniski mainās no ārpuses uz iekšu. Lai pielāgotos dažādām darba apstākļu un darba objektu prasībām, kalši pieejami asiem, kvadrātveida, lāpstiņveida un plakanajiem variantiem.

(5) Tukšā šaušanas novēršanas mehānisms

Tā kā hidrauliskajam akmeņu lūžņotājam ir liela trieciena enerģija, ja ķīliem tiek atļauts tieši triekties pret cilindra korpusu, tas nopietni bojās akmeņu lūžņotāja korpusu — rodas tukšā strādāšana. Tukšās strādāšanas novēršanas struktūra sastāv no hidrauliskā amortizācijas kameru pievienošanas cilindra korpusa priekšpusē. Kad ķīlis vēl nav saskāries ar akmeni un pārvietojas uz priekšu, trieciena ķīlis ieej amortizācijas kamerā, saspiež tajā esošo eļļu un absorbē trieciena enerģiju, nodrošinot maigu aizsardzību mašīnas korpusam. Tajā pašā laikā priekšējās kameras eļļas ieeja tiek aizvērta, lai smaguma spēka un aizmugurējās daļas slāpekļa iedarbības rezultātā ķīlis nevarētu atgriezties atpakaļ; tikai tad, kad ķīlis atkal saskaras ar akmeni un ar lielāku rokas spiedienu to atgrūž atpakaļ, trieciena ķīlis izspiež amortizācijas kamerā esošo eļļu un augstspiediena eļļa var ienākt priekšējā kamerā, tādējādi atsākot normālu darbību. Kā parādīts 1–4. attēlā, pēc tam, kad hidrauliskais akmeņu lūžņotājs ir izlauzis cauri apstrādāmajam objektam, ķīlis var veikt tukšu strādāšanu visvairāk 1–2 reizes, pirms apstājas. Operators ir jāizvēlas jauns trieciena punkts, jāpiespiež ķīlis cieši pret virsmu, jāpieliek spiediens, un ķīlis atgrūž trieciena ķīli no apakšējās kameras eļļas ieejas, lai darbs varētu sākties atkal.

(6) Citas mehānismu sistēmas

Hidrauliskā akmeņu lūzuma mehānismu citi komponenti ietver: savienojošo rāmi, vibrāciju slāpēšanas mehānismu, noslēgšanas sistēmu, automātisko smērēšanas sistēmu utt.

1.4.2 Hidraulisko akmeņu lūzumu klasifikācija

Ir daudz veidu hidraulisko akmeņu lūzumu un daudz klasifikācijas metožu. Galvenās klasifikācijas metodes ir šādas:

(1) Klasifikācija pēc darbības veida

Hidrauliskos akmeņu lūzumus pēc darbības veida klasificē kā uzstādāmos uz transportlīdzekļiem un rokas lietojumam paredzētos. Rokas lietojumam paredzētie akmeņu lūzumi ir mazi, tos sauc arī par hidrauliskajiem āmuriem; to masa parasti ir zem 30 kg, tie darbojas rokās, tiek baroti no speciālas hidrauliskās sūkņu stacijas un var plaši aizvietot pneimatisko āmuru darbību. Uzstādāmie uz transportlīdzekļiem akmeņu lūzumi ir vidēja un liela izmēra, tie tiek tieši uzstādīti hidraulisko ekskavatoru, kravnešu un citu hidraulisko transportlīdzekļu rokās, izmantojot transportlīdzekļa enerģijas sistēmu, hidraulisko sistēmu un rokas kustību sistēmu darbībai.

(2) Klasifikācija pēc darba vides

Hidrauliskie akmeņu drupinātāji pēc darba vides tiek klasificēti trīs galvenās kategorijās: tikai hidrauliskie, hidrauliski-pneimatiskie kombinētie un slāpekļa sprādzienveida. Tikai hidrauliskie tipi pilnībā balstās uz hidrauliskā eļļas spiedienu, lai pārvietotu dzinēja pistoni; hidrauliski-pneimatiskie kombinētie tipi balstās vienlaikus uz hidrauliskās eļļas un aizmugurējās daļas kompresētā slāpekļa spiedienu, lai pārvietotu dzinēja pistoni; slāpekļa sprādzienveida tipi pilnībā balstās uz slāpekļa momentāno izplešanos aizmugurējā slāpekļa kamerā, lai pārvietotu pistoni.

(3) Klasifikācija pēc atgriezeniskās saites metodes

Hidrauliskie akmeņu lūzuma mehānismi pēc atgriezeniskās saites metodes tiek klasificēti kā strobātās atgriezeniskās saites un spiediena atgriezeniskās saites mehānismi. Atšķirība ir atgriezeniskās saites signāla savākšanas veidā, lai pārslēgtu sadalīšanas vārstu. Strobātās atgriezeniskās saites hidrauliskie akmeņu lūzuma mehānismi balstās uz pistona atvēršanu un aizvēršanu augsta spiediena eļļas atgriezeniskās saites caurumos strobā, lai kontrolētu sadalīšanas vārsta pārslēgšanu; atgriezeniskās saites caurumu novietojumu var stingri iestatīt tikai vienā vietā, un strukturālo apstākļu dēļ atgriezeniskās saites caurumus var izveidot ne vairāk kā trīs; tāpēc strobātās atgriezeniskās saites hidrauliskie akmeņu lūzuma mehānismi nespēj sasniegt bezpakāpju trieciena frekvences regulēšanu. Spiediena atgriezeniskās saites hidrauliskie akmeņu lūzuma mehānismi balstās uz sistēmas spiediena vai slāpekļa kamerā spiediena savākšanu pie pistona gala, lai kontrolētu sadalīšanas vārsta pārslēgšanu; kad pistons ieej slāpekļa kamerā, slāpekļa kamerā spiediens nepārtraukti mainās, un kad kamerā uzstādītais spiediena sensors reģistrē iepriekš noteikto spiedienu, vārsts pārslēdzas, izmantojot mikrodatora vadību; tā kā pārslēgšanas spiedienu var iestatīt patvaļīgi, spiediena atgriezeniskās saites hidrauliskie akmeņu lūzuma mehānismi spēj sasniegt bezpakāpju regulēšanu.

(4) Klasifikācija pēc izplatīšanas metodes

Pamatojoties uz sadalītājvārsta formu, tos var klasificēt divās lielās kategorijās: trīsceļu vārsts ar vienpusēju atgriezto eļļu un četrceļu vārsts ar divpusēju atgriezto eļļu. Vienu pusē atgrieztās eļļas konstrukcijas formām ir priekšrocības — vienkārši eļļas caurumi un viegla vadība; praksē tās tiek salīdzinoši bieži izmantotas. Vienu pusē atgrieztās eļļas sistēmas var iedalīt priekškameras atgrieztās eļļas un aizkameras atgrieztās eļļas tipos; no šiem tipiem priekškameras atgrieztās eļļas formas ir ar trūkumu — liels sūkšanas un atgrieztās eļļas pretestības līmenis, tāpēc pašlaik visbiežāk izmantotā forma ir priekškameras pastāvīgā spiediena un aizkameras atgrieztās eļļas forma. Četrceļu vārsta ar divpusēju atgriezto eļļu sistēmu sauc arī par divvirziena darbības tipu; tās raksturīgā iezīme ir trūkums pastāvīgā spiediena kamerai, kur priekškameras un aizkameras spiediens mainās alternējoši — augsts un zems; tomēr, ņemot vērā divpusējas atgrieztās eļļas konstrukcijas sarežģītos eļļas caurumus, šo tipu praktiski reti izmanto.

(5) Klasifikācija pēc sadalītājvārsta izkārtojuma

Pamatojoties uz sadalītājvārsta izkārtojumu, tos var klasificēt divos veidos — iebūvētos un ārējos. Iebūvētais tips var tālāk tikt klasificēts kā vārsta vārpstas tips un kā vārsta čaulas tips. Iebūvētie sadalītājvārsti ir integrēti vienā korpusā ar cilindru, tādējādi nodrošinot kompaktu konstrukciju; ārējie sadalītājvārsti atrodas neatkarīgi no cilindra korpusa, tādējādi nodrošinot vienkāršu konstrukciju un ērtu apkopi un nomaiņu.

Turklāt, pamatojoties uz trokšņa līmeni, tos var klasificēt kā zemtrokšņa un standarta tipus; pamatojoties uz ārējā korpusa formu, tos var klasificēt kā trīsstūrveida, torņveida un noslēgtus akmeņu sagraušanas mehānismus utt. Dažādās klasifikācijas metodes ir apkopotas 1–5. attēlā.