Kinematisk studie av hydrauliske bergbrytere

4.1 Kinematiske egenskaper og karakteristisk koeffisient α

Dette avsnittet studerer hovedsakelig den geometriske naturen og egenskapene til bevegelsen til støtteren i en hydraulisk bergbryter, slik at støtterbevegelsen blir mer rasjonell og følger det bevegelsesmønsteret vi har spesifisert, for å oppnå de beste bevegelsesresultatene.

For å studere kinematikken til støtteren i en hydraulisk bergbryter må to betingelser tydelig defineres:

(1) Farten til støtteren når den treffer borerens bakre ende må garanteres å nå den angitte maksimalfarten v _m . Med andre ord, når kinematikken studeres, v _m er en konstant; uansett hvilket mønster støtteren følger, må farten til støtteren ved treffet mot borerens bakre ende være den angitte maksimalfarten v _m . Kun på denne måten kan den hydrauliske bergbryteren oppnå den nødvendige støtenergien W _H .

(2) Støtterens bevegelsesperiode T er også en konstant, for å sikre støtfrekvensen f _H til den hydrauliske bergbryteren.

Fig. 4-1 viser den lineariserte diagrammet for stempelens arbeidsfart. M har koordinater ( v _m , 0); punkt E har koordinater (0, T ); punkt N har koordinater (− v _m , T ). Ved å forbinde punktene M og E danner man trekanten △MOE i v –t -koordinatsystemet, hvis to kateter henholdsvis tilsvarer maksimal fart til stempelbevegelsen mot støtpunktet og stempelbevegelsens syklus T . Velg et vilkårlig punkt P (v _mo , T ₂^′) på linjen JEG , og ved å koble sammen PO og PN, krysser deretter PN t -aksen ved K . Punkt K på tidsaksen deler sylinderrørelsesperioden T i to deler: T ₁og T ₂. Tydeligvis T ₁ + T ₂ = T , og danner to trekanter △OPK og △ENK.

Det er lett å vise at arealene til disse to trekantene er like store, dvs. △OPK = △ENK, hvilket gir v _mo T ₂⁄ 2 = v _m T ₁/ 2. Det er sjølvinnlysande at v –t diagrammet viser at området som er omringa av △OPK er returnstrøket til kolven, og området som er omringa av △ENK er kraftstrøket til kolven. Strømstrøyet er det same som returstrøyet dette er eit gitt. Med andre ord: kurve O –P –K representerer endring i kolvhastigheten på returstrøket; kurve K –N –E representerer forskjellen på kolvhastigheten på kraftstreken.

Kurve O –P –K –N –E representerer endring i kolvhastigheten under bevegelsessyklusen T du kan ikkje. Pistonen startar tilbake slaget frå slagpunktet O der det kom i kontakt med meselen, og akselererte frå v = 0 til punkt P ventilskifting (når kolvhastigheten når den maksimale farten for returstrøket) v _mo kolven byrjar å bryte ned, og farten sin går gradvis ned til v = 0, når det er den øvste dødt sentrum (enda av returstrøket). Stikken startar deretter kraft-stroke akselerasjon; når farten aukar til v = v _m , slår han akkurat på meslet, og farten går umiddelbart ned til null ( v = 0), og kolven vender tilbake til utgangspunktet for rørsla, og fullfører ein syklus.

Det må merkjast at når den maksimale farten og syklusen til hydraulisk steinbrytarkolv er begge faste, er den maksimale farten til returstrøket v _mo må falla på M –E ei hjelpelinje, dvs. i ein punkt P du kan ikkje. Ein kan tenkja på at det er uendeleg mange punkter. P på linje M –E , som tyder uendeleg mange maksimale farta til tilbaketrekking v _mo , dvs. uendeleg mange rørskursar for pistoncykelen pistonen har uendeleg mange rørsmønster å velja mellom. Vi må sjølvsagt velja kva som er det beste for oss. Dette er optimaliseringsdesignproblemet som skal studerast i seinare kapittel.

En grundigere undersøkelse av stempelbevegelsesmønsteret kan gjøres ved å analysere figur 4-1. For å gjøre dette får vi fra △MOE ∞ △PFE:

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

Fra △PFK ∞ △ENK:

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

Derfor:

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

Etter omstilling:

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

Fra likning (4.1) kan det tydelig ses: gitt en fast stempelbevegelsesperiode T og maksimal hastighet v _m , har de såkalte ulike bevegelsesmønstrene ulike kurver for hastighetsvariasjon; den karakteristiske forskjellen uttrykkes ved ulike verdier for maksimal tilbakestrøkningshastighet v _mo og kraftstrøkstid T ₁. Derfor innehar disse to parameterne egenskapen å karakterisere bevegelsesegenskapene til en bestemt hydraulisk bergbryter.

Men vårt mål kan ikke begrenses til én bestemt hydraulisk bergbryter; vi må gå videre og finne en mer abstrakt karakteristisk indeks som gjelder for alle hydrauliske bergbrytere. Denne abstrakte karakteristiske indeksen gjelder for alle hydrauliske bergbrytere (hydrauliske støttemekanismer) og uttrykker deres bevegelsesegenskaper og driftsytelse.

I likning (4.1), la:

α = T ₁ / T                                                                                    

Da er effektslagstiden:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Ved innsetting i likning (4.4):

α = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.6)

Ved å kombinere figur 4-1 og likningene (4.5) og (4.6) ser man lett at α er et forhold og en variabel – dimensjonsløst. For en hydraulisk bergbryter med faste ytelseskrav er T konstant, bestemt av frekvensen f _H . Så α endrer nødvendigvis seg med endringen av T ₁, mens T ₁endrer seg med posisjonen til punktet P . Jo nærmere punktet P er punktet M , jo større er T ₁og jo større er α . Omvendt, jo nærmere punktet P er punktet E , jo mindre er T ₁og jo mindre er α . Samme konklusjon kan nås fra likning (4.3). I likningen v _mo er en variabel, mens v _m er en konstant som bestemmes av støtenergien. Derfor α varierer med v _mo , mens v _mo varierer med posisjonen til punktet P . Jo nærmere punktet P er punktet M , jo større er v _mo og jo større er α er, og omvendt.

Derfor nås følgende forståelse: gitt fast v _m og T , kan størrelsen på v _mo spesifikt representere bevegelsesegenskapene til stempelet, mens α som en variabel abstrakt representerer bevegelsesegenskapene til alle hydrauliske bergbryterstempler. Av denne grunnen definerer vi α som den kinematiske egenskapskoeffisienten for den hydrauliske bergbryteren. For visse optimaliseringskrav til en hydraulisk bergbryter, α må ha en tilsvarende optimal verdi α _u .