Badanie kinematyki hydraulicznych młotów do skał

4.1 Charakterystyki kinematyczne i współczynnik charakterystyczny α

Niniejszy rozdział dotyczy głównie natury geometrycznej oraz cech ruchu tłoka hydraulicznego młota do skał, aby ruch tłoka był bardziej racjonalny i przebiegał zgodnie z określonym przez nas wzorcem ruchu, osiągając optymalne efekty ruchowe.

Aby zbadać kinematykę tłoka hydraulicznego młota do skał, należy jednoznacznie określić dwa warunki:

(1) Prędkość tłoka w chwili uderzenia w tył klinu musi być zapewniona na poziomie określonej maksymalnej prędkości v _m . Innymi słowy, przy badaniu kinematyki v _m jest wartością stałą; niezależnie od wzorca ruchu tłoka jego prędkość w chwili uderzenia w tył klinu musi wynosić określoną maksymalną prędkość v _m . Tylko w ten sposób hydrauliczny młot do skał może osiągnąć wymaganą energię uderzeniową. W _H .

(2) Cykl ruchu tłoka T jest również wartością stałą, co zapewnia stałą częstotliwość uderzeń f _H hydraulicznego młota do skał.

Na rys. 4-1 przedstawiono liniowy schemat prędkości pracy tłoka. Punkt M ma współrzędne ( v _m , 0); pkt Ciem do góry ma współrzędne (0, T ); pkt N ma współrzędne (− v _m , T )). Punkty łączenia M i Ciem do góry kształtuje trójkąt △MOE w v –t układ współrzędnych, którego dwie strony pod kątem prostym są odpowiednio maksymalną prędkością ruchu tłoka do punktu uderzenia i cyklem ruchu tłoka T - Nie. /Zaczynając każdy punkt P (v _mo , T ₂^′) na linii ME , a następnie łącząc PO i PN, przy czym PN przecina t -oś w punkcie K punkt K na osi czasu dzieli cykl ruchu tłoka T na dwie części: T ₁i T ₂jasne jest, że T ₁ + T ₂ = T , tworząc dwa trójkąty △OPK i △ENK.

Łatwo pokazać, że pola powierzchni tych dwóch trójkątów są równe, tj. △OPK = △ENK, co daje v _mo T ₂ / 2 = v _m T ₁/ 2. W rzeczywistości v –t na diagramie, obszar objęty △OPK jest biegiem powrotnym tłoka, a obszar objęty △ENK jest biegiem mocy tłoka. Uderzenie mocy jest równe uderzeniu zwrotnemu to jest dane. Innymi słowy, krzywa O –P –K reprezentuje zmianę prędkości tłoka w czasie ruchu powrotnego; krzywa K –N –Ciem do góry reprezentuje zmianę prędkości tłoka w czasie ruchu mocy.

Krzywa O –P –K –N –Ciem do góry reprezentuje zmianę prędkości tłoka podczas cyklu ruchu T - Nie. tłok rozpoczyna uderzenie zwrotne od punktu uderzenia O gdzie wchodzi w kontakt z ogonem dęta, przyspieszając z v = 0 do punktu P przełączanie zaworu (gdy prędkość tłoka osiąga maksymalną prędkość powrotnego uderzenia v _mo ) tłok zaczyna się spowalniać, a jego prędkość stopniowo spada do v = 0, osiągając górny martwy punkt (koniec suwu zwrotnego). Następnie tłok rozpoczyna przyspieszanie w suwie roboczym; gdy jego prędkość wzrasta do v = v _m , uderza dokładnie w tył dłuta, a jego prędkość natychmiast spada do zera ( v = 0), po czym tłok wraca do punktu początkowego swojego ruchu, kończąc jeden cykl.

Należy zaznaczyć, że gdy maksymalna prędkość i okres cyklu tłoka hydraulicznego młota skalnego są stałe, maksymalna prędkość suwu zwrotnego v _mo musi leżeć na M –Ciem do góry linii pomocniczej, tj. w punkcie P . Można sobie wyobrazić, że na linii P znajduje się nieskończenie wiele punktów M –Ciem do góry , co oznacza nieskończenie wiele możliwych maksymalnych prędkości suwu zwrotnego v _mo , czyli nieskończenie wiele krzywych ruchu tłoka — tłok może przyjąć nieskończenie wiele różnych wzorców ruchu. Oczywiście musimy wybrać optymalny wzorzec ruchu. Jest to problem projektowania optymalizacyjnego, który zostanie omówiony w kolejnych rozdziałach.

Szczegółowe badanie wzorca ruchu tłoka można przeprowadzić, analizując Rys. 4-1. Aby to zrobić, z podobieństwa trójkątów △MOE ∞ △PFE otrzymujemy:

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

Z podobieństwa trójkątów △PFK ∞ △ENK:

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

Zatem:

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

Po przekształceniu:

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

Z równania (4.1) wynika wyraźnie: przy ustalonym cyklu ruchu tłoka T i maksymalnej prędkości v _m , tzw. różne wzorce ruchu mają różne krzywe zmiany prędkości; charakterystyczną cechą różnicującą jest wartość maksymalnej prędkości ruchu zwrotnego v _mo oraz czas ruchu roboczego T ₁. Dlatego właśnie te dwa parametry charakteryzują właściwości ruchowe konkretnego hydraulicznego młota skalnego.

Jednak naszym celem nie może być ograniczenie się do jednego konkretnego hydraulicznego młota skalnego; musimy pójść dalej i znaleźć bardziej abstrakcyjny wskaźnik charakterystyczny, który można zastosować do wszystkich hydraulicznych młotów skalnych. Ten abstrakcyjny wskaźnik charakterystyczny odnosi się do wszystkich hydraulicznych młotów skalnych (hydraulicznych mechanizmów uderzeniowych) i wyraża ich cechy ruchowe oraz parametry pracy.

W równaniu (4.1) przyjmijmy:

α = T ₁ / T                                                                                    

Wówczas czas cyklu pracy (czasu uderzenia) wynosi:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Po podstawieniu do równania (4.4):

α = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.6)

Łącząc rysunek 4-1 oraz równania (4.5) i (4.6), łatwo zauważyć, że α jest stosunkiem i zmienną — bezwymiarową. Dla hydraulicznego młota skalnego o ustalonych wymaganiach dotyczących wydajności T jest stałą, wyznaczoną przez częstotliwość f _H . Zatem α koniecznie zmienia się wraz ze zmianą T ₁, podczas gdy T ₁zmienia się wraz z położeniem punktu P im bliżej punktu P znajduje się punkt M , tym większe jest T ₁i tym większe jest α im bliżej punktu P znajduje się punkt Ciem do góry , tym mniejsze jest T ₁i tym mniejsze jest α . Taki sam wniosek można wyciągnąć z równania (4.3). W tym równaniu v _mo jest zmienną, podczas gdy v _m jest stałą wyznaczaną przez energię uderzenia. Zatem α zmienia się wraz z v _mo , podczas gdy v _mo zmienia się wraz położeniem punktu P im bliżej punktu P znajduje się punkt M , tym większe jest v _mo i tym większe jest α jest, i odwrotnie.

W związku z tym osiągnięto następujące wnioski: przy ustalonych v _m i T , wartość bezwzględna v _mo może konkretnie przedstawiać cechy ruchu tłoka, podczas gdy α jako zmienna abstrakcyjnie reprezentuje cechy ruchu wszystkich tłoków hydraulicznych młotków górniczych. Z tego powodu definiujemy α jako współczynnik charakterystyki kinematycznej hydraulicznego młotka górniczego. W przypadku określonych wymagań optymalizacyjnych dotyczących hydraulicznego młotka górniczego, α musi mieć odpowiadającą optymalną wartość α _u .