Augstas frekvences hidrauliskais akmeņu urbītājs: ātra urbšanas ātruma nodrošināšana, būtiski uzlabojot projekta izpildes efektivitāti

Sestdesmit herci skan ātri. Hidrauliskā akmeņurbuma urbīšanā tas nozīmē, ka trieciena pistons pabeidz pilnu uz priekšu un atpakaļ kustību ciklu 60 reizes sekundē — taču vai katrs no šiem 60 cikliem patiešām nodrošina noderīgu enerģiju akmeņa virsmai, ir pilnīgi cita jautājuma lieta. Ierobežojošais faktors nav ne pistona masa, ne hidrauliskais spiediens; tas ir sviru vārsta spēja pārslēgties pietiekami ātri, lai atbilstu pistona kustībai, nepieļaujot, ka abas mehānismu daļas izkristu no fāzes.

Kad spule vārsts pārslēdzas agrīni — pirms dzinēja virzulis ir veicis pilnu paredzēto gaitu — virzulis piedzīvo otrreizēju triecienu pret cauruma aizmuguri, nevis skar kātu tīri. Šis iekļautās eļļas parādības rezultātā enerģija izkliedējas kā siltums un vibrācijas, nevis noderīgs trieciena darbs. Urbis darbojas ar 60 Hz frekvenci, bet nodrošina trieciena enerģiju, kas atbilst aptuveni 45 Hz. Tāpēc augstfrekvences dizains nav tikai par to, lai virzulis darbotos ātrāk; tas ir arī par to, lai saglabātu virzulim–spule vārstam savstarpējo sinhronizāciju augstākā frekvencē, lai katrs cikls pārvērstos reālā urbšanā.

Virzulim–spule vārsta savienojums: kas nosaka frekvences augšējo robežu

Katram hidrauliskajam percusijas sistēmai ir viena un tā pati pamata ierobežojuma: trieciena pistona priekšējā un aizmugurējā kamerā spiediens mainās starp augstu spiedienu un atgaitas līnijas spiedienu ar frekvenci, ko kontrolē sviru vārsts. Pats sviru vārsts tiek pārvietots hidrauliski — pilotkanāls, kuru spiediena paaugstina pistona stāvoklis, izraisa vārsta pārslēgšanos. Ja pilotkanāls tiek spiediena paaugstināts pārāgri (priekšlaide pārāga), pistons pārslēdzas, pirms tas sasniedz projektēto trieciena punktu. Ja pārāgi vēlu, pistons pārsniedz mērķi, saspiežot eļļu priekšējā kamerā un radot otrreizējo triecienu, kas izšķiež enerģiju.

Pētījumi, kuros izmanto lāzera pamatotu pistonu ātruma mērīšanu ar frekvenci 60 Hz, apstiprina, ka iepriekšgaitas daudzums—cik agrīni atgriezeniskā signāla kamerā sākas paaugstināta spiediena veidošanās pirms pistona sasniedz galējo stāvokli—un augstspiediena akumulatora gāzes priekšuzpildes spiediens kopā nosaka, vai trieciena sistēma paliek stabila perioda viens kustībā vai novirzās uz perioda divi haosa režīmu. Optimālais augstspiediena akumulatora priekšuzpildes spiediens apvalka vārsta augstfrekvences konstrukcijām ir diapazonā no 80 līdz 90 bar. Šī diapazona apakšā akumulators nespēj kompensēt momentāno plūsmas pieprasījumu. Virs šī diapazona membrāna pakļaujas paātrinātai nogurumam, ko izraisa pārpildes cikli.

Īss pistons pret garu pistoni augstfrekvences režīmā

Divas pistona ģeometrijas dominē augstas frekvences konstrukcijās, un tās piedāvā dažādus kompromisu risinājumus. Īsie pistoni rada augstāku maksimālo trieciena enerģiju katrā triecienā — kontrolētās stresa viļņu pārbaudēs pie vienāda darba spiediena vidējā vērtība bija 346 J — un sasniedz augstāku enerģijas izmantošanas efektivitāti (aptuveni 57% no hidrauliskā ievada). Garie pistoni darbojas augstākā frekvencē (tajā pašā testu sērijā vidējā maksimālā frekvence bija 62 Hz), bet katrā triecienā nodrošina zemāku maksimālo enerģiju, turklāt viļņa impulsa forma ir piemērotāka ilgstošai kontaktēšanai ar akmeni dziļos urbumos, kur vārpstas virknes berze samazina efektīvo enerģiju urbuma galā.

Praktiskā ietekme: īsa stūmņa augstas frekvences konstrukcijas ir piemērotas virsmas darba vietas urbšanai un tunelīšanas galas lietojumiem, kur urbuma dziļums ir neliels un enerģija katrā sitienā nosaka ieduršanās ātrumu. Garā stūmņa konstrukcijas, lai gan katrā sitienā nodrošina zemāku enerģiju, nodrošina stabilitāku enerģijas piegādi 30 metrus garās urbuma caurulēs, kur saspiešanas viļņa slāpēšana ir svarīgāka nekā maksimālā spēka vērtība. Stūmņa ģeometrijas pielāgošana konkrētajam lietojumam ir izvēles solis, ko visbiežāk pārlaidīgi ignorē iepirkumu komandas.

Augstas frekvences pret standarta frekvenci: operacionāla salīdzināšana

Iekļūšanas ātruma priekšrocība ir reāla, taču ierobežota. Zem 60 MPa standarta frekvences urbjmašīnas jau iekļūst pietiekami ātri, tāpēc augstas frekvences priekšrocība pazūd pie griestu efektiem — ierobežojošais faktors kļūst izurbto materiālu noņemšana, nevis trieciena enerģija. Virs 250 MPa neviena no konstrukcijām neiekļūst efektīvi; urbjgalvas karbīda kalpošanas laiks ir šaurākā vieta. 80–180 MPa diapazons ir tas, kur augstas frekvences aprīkojums attaisno savu augstāko cenу.

Divkāršā amortizācijas sistēma: uztur bita kontakts ar akmeni starp triecieniem

Augstas frekvences dizaini, kas darbojas ar 60 Hz frekvenci, starp sitieniem nodrošina 16,7 milisekunžu intervālu. Šajā laika posmā urbšanas galviņai jāpaliek saskarē ar akmeņa virsmu — ja galviņa pacelās starp sitieniem, nākamais sits iekrīt gaisā, nevis akmenī, un trieciena enerģija atstarojas atpakaļ uz urbšanas mehānismu. Tieši šo problēmu risina divkāršā amortizācijas sistēma. Tā izmanto amortizācijas pistoni un akumulatoru, lai urbšanas rīku turētu piespiestu pret akmeņa virsmu atgriezeniskā gaitā, saglabājot saskares spiedienu starp sitieniem. Pētījumi par amortizācijas plūsmas un barošanas spēka kombinācijām parādīja, ka maksimālo trieciena jaudu virs 400 J var sasniegt ar amortizācijas plūsmu 8–9 L/min diapazonā un barošanas spēku 15–20 kN. Ārpus šī diapazona dažās kombinācijās trieciena enerģija samazinājās zem 250 J.

Sandvik RD930 norāda stabilizatora akumulatoru 40 bar spiedienā un regulējamu stabilizatora spiedienu no 60 līdz 110 bar—šie nav patvaļīgi diapazoni. Tie atspoguļo darba režīmu, kurā kātu adapteris paliek optimālā pozīcijā pret cilindra virsmu visā frekvences cikla laikā. Urbšana ārpus šiem robežiem ne tikai samazina efektivitāti, bet arī pārvieto nodilumu uz vadības cilindru un kāta seju, nevis izkliedē to vienmērīgi pa kontaktvirsmu.

Blīvējuma apkopes intervāla pārrēķins augstas frekvences vienībām

Drifteris, kas darbojas ar 60 Hz frekvenci, vienā darbības stundā veic 216 000 pistona ciklus — aptuveni par trešdaļu vairāk nekā 45 Hz drifteris tajā pašā perkusijas stundu skaitā. Standarta 500 stundu blīvējuma pārbaudes intervāls, kas piemērojams vidējās frekvences aprīkojumam, tika izstrādāts zemākiem ciklu ātrumiem. Ja augstas frekvences drifteris tiek ekspluatēts līdz 500 stundām pirms pirmās perkusijas blīvējuma pārbaudes, tas pieņem par 108 miljoniem vairāk pistona ciklu nekā tas pats intervāls 45 Hz drifterim. Abrazīvā klints vidē vai paaugstinātās eļļas temperatūras apstākļos pirmās pārbaudes racionālāks termiņš ir 350–400 stundas.

HOVOO piegādā blīvējumu komplektus augstas frekvences driftieriem, tostarp Sandvik RD sērijas, Epiroc COP augstas frekvences modeļiem un Ķīnā ražotiem augstas frekvences driftieriem — ar HNBR savienojumiem karstām raktuvju lietojumprogrammām, kur eļļas atgriešanās temperatūra pārsniedz 80 °C. Modeļu atsauces vietnē hovooseal.com.