Basis technische parameters

2.1 Basis technische parameters

2.1.1 Parameters van een hydraulische rotsbreekhamer

(1) Prestatieparameters

W en slagfrequentie f zijn de prestatieparameters die een hydraulische rotsbreekhamer beschrijven. W definieert de werkkapaciteit van de rotsbreekhamer; f definieert het werkniveau ervan.

Het uitgangsvermogen van een hydraulische rotsbreekhamer kan worden uitgedrukt als:

N = W × f                                           (2.1)

Omdat de twee parameters die de prestaties beschrijven — slagenergie en slagfrequentie — onderling gekoppeld zijn, is bij het ontwerpen van een hydraulische rotsbreekhamer de verhouding van W tot f moet zorgvuldig in evenwicht worden gebracht. Onder de voorwaarde van minimale geïnstalleerde capaciteit moet een maximale werkefficiëntie worden bereikt. Voor een hydraulische steenbreker is een grote slagenergie W vereist en de slagfrequentie f moet passend worden verlaagd om te voldoen aan de behoefte aan een hoge slagkracht en een goed brekend effect. Voor een hydraulische steenboor, hoewel ook een hydraulisch slagmechanisme, is een kleine slagenergie W vereist en een zo hoog mogelijke slagfrequentie f , om te voldoen aan de behoefte aan snelle boren.

(2) Werkparameters

Maximale slagpistonsnelheid v _m , werkdebiet Q , werkdruk p , en optimale duwkracht F _T zijn de werkparameters van een hydraulische rotshamer.

● Maximale slagpistonsnelheid v _m : dit is de momentane contactsnelheid wanneer de piston de staart van het beitelstuk raakt. De bijbehorende kinetische energie van de piston wordt gedefinieerd als de slagenergie van de hydraulische hamer W . Wanneer de kinetische energie van de piston volledig wordt overgedragen aan het doel, is de slagenergie van de hydraulische hamer:

W = ½ mV ²_m                                            (2.2)

waarbij: m — massa van de piston.

Uit vergelijking (2.2) blijkt dat hoe hoger de slagpistonsnelheid, hoe hoger de slagenergie.

Echter, het verhogen van v _m is beperkt door twee factoren:

1) Materiaaleigenschapsbeperkingen van de piston en het beitelstuk. Eindsnelheid bij impact v _m is gerelateerd aan contactspanning σ ; hoe hoger σ , des te meer het de levensduur van de zuiger en het beitelstuk beïnvloedt. Onder de toelaatbare contactspanning σ , is de gebruikelijke keuze v _m = 9 tot 12 m/s. Naarmate de materiaalkunde vordert, kan de waarde van v _m verder worden verhoogd.

2) Frequentiegrens van het slagmechanisme. Omdat de zuigerconstructie en slaglengte beperkt zijn, duurt het bij een vaste zuigerslag zeer weinig tijd om de vereiste v _m te bereiken. v _m hoe groter

Is, des te korter de benodigde versnellingstijd. Een lage frequentie betekent dat zowel de cyclusduur als de slagduur van de zuiger lang zijn, terwijl een hoge v _m die noodzakelijkerwijs leidt tot kortere slag- en cyclustijd d.w.z. een hoge slagfrequentie die niet kan voldoen aan de ontwerpvereisten voor lage frequenties.

● Werkstroom Q : de door de hydraulische pomp aan de hydraulische steenbreker tijdens de werking geleverde stroom; het is een onafhankelijke variabele. De gedragings- en prestatieparameters van de hydraulische steenbreker zijn allemaal nauw verbonden met de werkstroom en zijn functies van de werkstroom; zij veranderen naarmate de werkstroom verandert.

● Werkdruk p de druk die het hydraulische systeem nodig heeft wanneer de hydraulische rotsenbreker werkt de druk die het systeem nodig heeft om de prestatieparameters te bereiken. Werkdruk p is een afhankelijke variabele; het verandert naarmate de inputstroom Q de structuurparameters veranderen. Tijdens de werking, wanneer alle andere parameters vast blijven, wordt de druk p kan niet actief worden gewijzigd. Werkdruk p en inputstroom Q voldoen aan het basisprincipe van hydraulische technologie: de systeemdruk wordt bepaald door de externe belasting. Op basis van dit principe betekent het ontwerp van een hydraulische rotsbreekmachine het gebruik van structurele parameters en werkdebiet om ervoor te zorgen dat de werkdruk van het systeem p wordt bereikt.

● Duwkracht F _T wanneer de hydraulische rotsslaghamer in werking is, veroorzaakt de versnelling van de zuiger tijdens de krachtstroke een terugslag van het machineframe, waardoor de beitel contact verliest met het doelobject en de slag niet normaal kan worden overgebracht. Om deze terugslag te compenseren, moet er een kracht worden uitgeoefend langs de as van het slaghamerframe — deze wordt de duwkracht genoemd. De duwkracht moet groot genoeg zijn om de beitel stevig in contact te houden met het object dat wordt geslagen. De duwkracht moet optimaal zijn. Met andere woorden, er bestaat een probleem van optimale duwkracht, dat nauw samenhangt met de grootteklasse van de draagmachine. Indien de draagmachine te klein is, is de door haar leverbare duwkracht onvoldoende; indien ze te groot is, wordt weliswaar aan de eis voor duwkracht voldaan, maar stijgen de investeringskosten voor de draagmachine, wat eveneens ongewenst is. Bij het ontwerp van hydraulische rotsslaghamers is het altijd een optimalisatiedoel geweest om een hoog slagenergie-niveau te bereiken met een zo klein mogelijke duwkracht. Dit maakt het mogelijk om een hydraulische rotsslaghamer met hoge slagenergie te combineren met een kleinere draagmachine, waardoor een efficiënte werkingseenheid ontstaat en de bedrijfskosten worden verlaagd.

(3) Constructieparameters

De drie zuigerdiameters d ₁, d ₂, en d ₃, werkende massa m , en werkend slag S zijn de constructieparameters van een hydraulische rotsbreekmachine. De constructieparameters bepalen de prestatieparameters. Het ontwerpen van een hydraulische rotsbreekmachine komt in wezen neer op het bepalen van de constructieparameters d ₁, d ₂, d ₃, m , en S die waarborgen dat de vereiste prestatieparameters worden bereikt. Zodra de constructieparameters zijn vastgesteld, veranderen alle prestatieparameters en werkbare parameters met de ingaande stroming en zijn zij functies van de ingaande stroming.

2.1.2 Werkolie-druk en nominale druk

(Nominale druk wordt aangegeven p _H in deze gehele sectie)

Wanneer de hydraulische rotsbreekmachine in bedrijf is, drijft de hydraulische olie-druk de zuiger in beweging, en wordt het bewegingspatroon van de zuiger bepaald door het patroon van verandering van deze olie-aandrijvende kracht — dit is de kinematica en dynamica van de zuiger.

Rekening houdend met de zuigermassa m , versnelling een , en de traagheidskracht van de zuiger F _K , geeft de tweede wet van Newton:

F _K = mA                                              (2.3)

De aandrijfkracht F is gelijk aan F _K in grootte, maar tegengesteld van richting. De aandrijfkracht F die op de zuiger werkt, wordt gegenereerd door de oliedruk p in de cilinderkamer en kan worden uitgedrukt als:

p = F _K / Een = mA / Een = ( m / Een ) · d v / d t             (2.4)

waarbij: m — zuigmassa, constant;

 Een — zuigdrukoppervlak, constant;

 v — zuigsnelheid; de momentane stroming q die de zuigbeweging aandrijft, voldoet aan:

AV = q                                               (2.5)

Sinds v en q in vergelijking (2.5) zijn functies van de tijd; differentiëren v en q ten opzichte van de tijd geeft:

Een d v / d t = D q / d t                                  (2.6)

Vervanging van vergelijking (2.6) in vergelijking (2.4) geeft:

p = ( m / Een ²) · d q / d t                              (2.7)

In vergelijking (2.7), m / Een ²is een constante; d q / d t vertegenwoordigt de veranderingssnelheid van de systeemstroom.

Uit vergelijkingen (2.3)–(2.7) volgt dat de systeemdruk wordt opgebouwd op basis van de veranderende instroom naar de olieholte. Met andere woorden, de verandering in de stroming van hydraulische olie leidt tot versnelling van de zuiger en traagheidskracht, waardoor op zijn beurt de druk in de olieholte ontstaat p .

Oliedruk van het systeem p is evenredig met de zuigermassa m en de veranderingssnelheid van de stroomsnelheid d q /dt , en omgekeerd evenredig met het kwadraat van het drukdragende oppervlak van de zuiger Een . Om de systeemoliedruk te verlagen p , is het vergroten van het drukdragende oppervlak van de zuiger Een de meest effectieve methode, maar dit maakt het machine- of apparaatlichaam ook groter, zodat bij het ontwerp rekening moet worden gehouden met beide factoren.

Oliedruk van het systeem p is een functie van de stroom en is een afhankelijke variabele; deze kan tijdens bedrijf niet actief worden gewijzigd, maar verandert uitsluitend als gevolg van wijzigingen in de instroom. Aangezien de olie die in de olieholte stroomt, tijdens het functioneren van de hydraulische rotatiebreker een functie van de tijd is, is de o liedruk p varieert ook met de tijd en heeft geen constante waarde. De oliedruk die op een productgegevensblad wordt vermeld, die de auteurs de nominale oliedruk noemen, wordt aangegeven met p _H . Bij deze druk bereiken de prestatieparameters van de hydraulische rotsbreekmachine hun nominale waarden. p _H is een virtuele parameter — deze bestaat in feite niet — maar is uiterst belangrijk bij het ontwerp en het gebruik van een hydraulische rotsbreekmachine. Bij het ontwerp wordt p _H gebruikt als basis voor het berekenen van prestatieparameters, werkparameters en constructieparameters, en voor de keuze van componenten van het hydraulische systeem. Op locatie wordt het een belangrijke referentie voor de operator om te beoordelen of het systeem normaal werkt of niet. De parameter p _H wordt verder besproken in latere hoofdstukken.