Kinematisch onderzoek van hydraulische rotsonderbrekers

4.1 Kinematische kenmerken en kenmerkcoëfficiënt α

Dit gedeelte bestudeert voornamelijk de geometrische aard en kenmerken van de beweging van de zuiger van een hydraulische rotsslaghamer, zodat de zuigerbeweging rationeler wordt en verloopt volgens het door ons gespecificeerde bewegingspatroon, waardoor de beste bewegingsresultaten worden bereikt.

Om de kinematica van de zuiger van een hydraulische rotsslaghamer te bestuderen, moeten twee voorwaarden duidelijk worden vastgesteld:

(1) De snelheid van de zuiger bij het raken van de uiteinde van het beitel moet gegarandeerd worden op de gespecificeerde maximale snelheid v _m . Met andere woorden, bij het bestuderen van de kinematica is v _m een constante; ongeacht het bewegingspatroon dat de zuiger volgt, moet zijn snelheid bij het raken van de uiteinde van het beitel gelijk zijn aan de gespecificeerde maximale snelheid v _m . Alleen op deze manier kan de hydraulische rotsslaghamer de vereiste slagenergie leveren. W _H .

(2) De zuigerbewegingscyclus T is eveneens een constante, om zo de slagfrequentie f _H van de hydraulische rotsslaghamer te waarborgen.

Figuur 4-1 toont het gelinialiseerde diagram van de werksnelheid van de zuiger. Punt M heeft coördinaten ( v _m , 0); punt E heeft coördinaten (0, T ); punt N heeft coördinaten (− v _m , T ). Door de punten M en E te verbinden ontstaat driehoek △MOE in het v –t coördinatensysteem, waarvan de twee rechthoekszijden respectievelijk de maximale snelheid van de zuigerbeweging naar het impactpunt en de zuigerbewegingscyclus zijn T . Neem een willekeurig punt P (v _mo , T ₂^′) op de lijn Ik , en het verbinden van PO en PN, waarna PN de t -as snijdt in K . Punt K op de tijdas verdeelt de zuigerbewegingscyclus T in twee delen: T ₁en T ₂. Duidelijk T ₁ + T ₂ = T , waardoor twee driehoeken △OPK en △ENK ontstaan.

Het is eenvoudig aan te tonen dat de oppervlakten van deze twee driehoeken gelijk zijn, d.w.z. △OPK = △ENK, wat geeft v _mo T ₂/ 2 = v _m T ₁/ 2. Duidelijk is dat, in de v –t figuur, het gebied ingesloten door △OPK de terugslag van de zuiger is, en het gebied ingesloten door △ENK de arbeidsslag van de zuiger. De arbeidsslag is gelijk aan de terugslag — dit is een gegeven. Met andere woorden, de kromme O –P –K vertegenwoordigt de variatie van de zuigersnelheid tijdens de terugslag; de kromme K –N –E vertegenwoordigt de variatie van de zuigersnelheid tijdens de arbeidsslag.

Curve O –P –K –N –E vertegenwoordigt de variatie van de zuigersnelheid gedurende de volledige bewegingscyclus T . De zuiger begint de terugslag vanaf het impactpunt O waar hij in contact kwam met de beitelstaart, en versnelt van v = 0 naar punt P — klepomkanteling (wanneer de zuigersnelheid de maximale snelheid tijdens de terugslag bereikt, v _mo ) — waarna de zuiger begint te vertragen en zijn snelheid geleidelijk daalt tot v = 0, bereikt het bovenste doodpunt (eind van de terugslag). De zuiger begint vervolgens met versnelling tijdens de arbeidsslag; wanneer de snelheid toeneemt tot v = v _m , raakt deze precies de steel van het beitelstuk, en daalt de snelheid onmiddellijk tot nul ( v = 0), waarna de zuiger terugkeert naar het startpunt van zijn beweging, waarmee één cyclus is voltooid.

Er dient op gewezen te worden dat, wanneer zowel de maximale snelheid als de cyclus van de hydraulische rotshamerzuiger vastliggen, de maximale terugslagsnelheid v _mo noodzakelijkerwijs op de M –E hulplijn moet liggen, d.w.z. in punt P . Men kan zich voorstellen dat er oneindig veel punten P op lijn M –E liggen, wat betekent dat er oneindig veel maximale terugslagsnelheden v _mo bestaan, d.w.z. oneindig veel bewegingscurven van de zuigercyclus — de zuiger heeft dus oneindig veel bewegingspatronen om uit te kiezen. Uiteraard moeten we het optimale bewegingspatroon kiezen. Dit is het optimalisatieontwerpprobleem dat in latere hoofdstukken zal worden bestudeerd.

Een dieper onderzoek van het zuigerbewegingspatroon kan worden uitgevoerd door figuur 4-1 te analyseren. Hiervoor volgt uit △MOE ∞ △PFE:

v _m / v _mo = T \/ ( T ₁ + T ₂^″) (4.1)

Uit △PFK ∞ △ENK:

v _m / v _mo = T ₁ / T ₂^″                                                                   (4.2)

Daarom:

T \/ ( T ₁ + T ₂^″) = T ₁ / T ₂^″                                                           (4.3)

Na herschikking:

T ₁ / T = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.4)

Uit vergelijking (4.1) blijkt duidelijk: T en maximale snelheid v _m , hebben de zogenaamde verschillende bewegingspatronen verschillende snelheidsvariatiecurven; het onderscheidende kenmerk wordt uitgedrukt in verschillende waarden van de maximale terugslagsnelheid v _mo en de tijd van de werkstoot T ₁. Daarom dragen deze twee parameters de eigenschap om de bewegingskenmerken van een bepaalde hydraulische rotshamer te karakteriseren.

Maar ons doel kan zich niet beperken tot een enkele, specifieke hydraulische rotsbreekhamer; we moeten verder gaan en een meer abstracte kenmerkindex vinden die van toepassing is op alle hydraulische rotsbreekhamers. Deze abstracte kenmerkindex geldt voor alle hydraulische rotsbreekhamers (hydraulische slagmechanismen) en geeft hun bewegingskenmerken en bedrijfsprestaties weer.

In vergelijking (4.1) stellen we:

α = T ₁ / T                                                                                    

Dan is de kracht-slagtijd:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Vervangen in vergelijking (4.4):

α = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.6)

Uit figuur 4-1 en vergelijkingen (4.5) en (4.6) blijkt duidelijk dat α een verhouding en een variabele is — dimensieloos. Voor een hydraulische rotsbreekhamer met vaste prestatievereisten is T constant en wordt bepaald door de frequentie f _H . Dus α verandert noodzakelijkerwijs met de verandering van T ₁, terwijl T ₁verandert met de positie van punt P . Hoe dichter punt P bij punt M ligt, hoe groter T ₁is en hoe groter α is. Omgekeerd, hoe dichter punt P bij punt E ligt, hoe kleiner T ₁is en hoe kleiner α is. Dezelfde conclusie kan worden getrokken uit vergelijking (4.3). In de vergelijking v _mo is een variabele, terwijl v _m is een constante die wordt bepaald door de impactenergie. Dus α varieert met v _mo , terwijl v _mo varieert met de positie van punt P . Hoe dichter punt P bij punt M ligt, hoe groter v _mo is en hoe groter α is, en omgekeerd.

Daarom wordt het volgende inzicht bereikt: gegeven een vaste v _m en T , kan de grootte van v _mo specifiek de bewegingskenmerken van de zuiger weergeven, terwijl α als een variabele abstract de bewegingskenmerken van alle hydraulische rotsbreekzuigers weergeeft. Om deze reden definiëren wij α als de kinematische kencoëfficiënt van de hydraulische rotsbreekzuiger. Voor bepaalde optimalisatievereisten van een hydraulische rotsbreekzuiger, α moet een overeenkomstige optimale waarde hebben α _u .