Wzorce ruchu tłoka

4.3 Wzorce ruchu tłoka

Na podstawie powyższej analizy wykresu prędkości można sformułować następujące wnioski dotyczące wzorców ruchu tłoka.

(1) Wykres prędkości tłoka składa się z dwóch trójkątów: trójkąta prostokątnego dla wykresu prędkości suwu roboczego oraz trójkąta ogólnego (nieprostokątnego) dla wykresu prędkości suwu zwrotnego.

(2) Ponieważ suw roboczy jest równy suwowi zwrotnemu, pola powierzchni obu trójkątów muszą być równe.

(3) Prędkość w fazie hamowania przy ruchu zwrotnym i w fazie ruchu roboczego jest przedstawiana na wykresie prędkości jako pojedyncza linia prosta. Wynika to z faktu, że po przełączeniu zaworu tłokowego w trakcie ruchu zwrotnego zawór pozostaje w tej samej pozycji zarówno w fazie hamowania przy ruchu zwrotnym, jak i w fazie ruchu roboczego, a siła działająca na tłok jest stała.

(4) Kluczowa zasada projektowania hydraulicznych młotów górniczych: we wszystkich możliwych projektach maksymalna prędkość tłoka v _m (energia uderzenia W _H ) oraz czas cyklu T (częstotliwość uderzeń f _H ) muszą być wielkościami stałymi, ponieważ są one określone w zadaniu projektowym i nie mogą zostać zmienione.

(5) Parametry kinematyczne: droga przyspieszenia przy ruchu zwrotnym S _j , czas przyspieszenia przy ruchu zwrotnym T ₂^′oraz maksymalna prędkość przy ruchu zwrotnym v _mo są szczególnie przydatne do sterowania hydraulicznym młotem górnim, ponieważ wszystkie te parametry odnoszą się bezpośrednio do punktu przełączenia zaworu w trakcie ruchu zwrotnego. W przypadku hydraulicznych młotów górniczych z sprzężeniem zwrotnym położenia tłoka, S _j stanowi podstawę do określenia położenia otworu zwrotnego i jest bardzo przydatne przy projektowaniu hydraulicznego młota skalnego. T ₂^′i v _mo , obecnie żadne produkty hydraulicznych młotów skalnych nie wykorzystują tych dwóch parametrów do sterowania działaniem młota, jednak metoda ta jest możliwa do zastosowania i wartą badań.

(6) Porównanie wszystkich możliwych rozwiązań z punktu widzenia kinematyki (tj. punktu P oraz punktu F w różnych położeniach), v _m i T są takie same we wszystkich rozwiązaniach. Jedyną różnicą jest stosunek T ₁po T ₂w T (P znajduje się na ME ), a także wynikające z tego różne maksymalne prędkości ruchu zwrotnego v _mo .

Na podstawie powyższej analizy, jeśli spojrzeć na projekt z punktu widzenia kinematyki, to ponieważ v _m i T są oba określone przez parametry eksploatacyjne, projektant ma bardzo niewiele swobody pozostającej do wykorzystania. Tzw. projekt polega po prostu na prawidłowym doborze T ₁i T ₂w ciągu T podczas gdy v _m i T stały — nic więcej. W ten sposób projekt hydraulicznego młota do skał staje się bardzo prosty: wystarczy podzielić cykl ruchu tłoka T na dwie części, aby uzyskać realizowalny projekt. Jednak ustalenie tego stosunku podziału wiąże się z istotną głębią techniczną, w tym z problemem optymalizacji projektowej. Gdy tylko określi się stosunek podziału, cały projekt staje się w pełni określony. Zatem stosunek czasu fazy roboczej α jest jednym parametrem, który może reprezentować realizowalny projekt i ma uniwersalne zastosowanie.

Stosunek czasu fazy roboczej α nazywany jest również współczynnikiem charakterystycznym kinematycznym. Ponieważ współczynnik charakterystyczny kinematyczny α jest wielkością bezwymiarową i wyraża cechy kinematyczne, definiuje się go jako abstrakcyjną zmienną projektową; każda jego konkretna wartość reprezentuje określony projekt, a opisane przez niego cechy mają zastosowanie do wszystkich hydraulicznych młotów do skał, niezależnie od ich rozmiaru i modelu.

Badania powyższe pokazują, że wszystkie parametry kinematyczne są funkcjami α ; podobnie parametry dynamiczne, parametry konstrukcyjne itd. można wyrazić jako funkcje α co jeszcze charakteryzuje α samego oraz jaki jest zakres jego wartości? Z rys. 4-1 i równania (4.5) wynika wyraźnie:

1) Gdy T ₁ = 0, α = 0; przedstawiono to na rys. 4-1 jako pokrywanie się punktu P z punktem Ciem do góry . Powierzchnia trójkąta △ENK, czyli skok S = 0; ruch o zerowym skoku ( α = 0) nie występuje w rzeczywistości — S = 0 nie ma znaczenia fizycznego.

2) Gdy v _mo = v _m , z równania (4.6), α = 0,5. Na rys. 4-1 przedstawiono to punktem P z punktem M ; punkt K dokładnie dzieli odcinek O –Ciem do góry na pół, tj. T ₁= ½ T . Na rys. 4-1 punkt F pokrywa się z punktem O , co daje T ₂^′= 0, tj. czas przyspieszania ruchu zwrotnego wynosi zero — jest to również niemożliwe i nie ma sensu fizycznego.

3) Gdy czas przyspieszania ruchu zwrotnego jest równy czasowi hamowania ruchu zwrotnego, tj. T ₂^′ = T ₂^″, wykres prędkości ruchu zwrotnego jest oczywiście trójkątem równoramiennym. Współczynnik charakterystyki kinematycznej dla tego szczególnego kształtu wykresu prędkości wynosi α = 0,4142. Z rys. 4-1 α = 0,4142 można wyprowadzić bez trudności. Ten wynik znajduje również zastosowanie przy badaniach hydraulicznych młotów skalnych działających na bazie azotu wybuchowego.

Z tego wynika wyraźnie, że zakres wartości α wynosi od 0 do 0,5; a ponieważ α = 0 oraz α = 0,5 nie mają żadnego sensu fizycznego, musi zachodzić nierówność 0 < α < 0,5. Optymalna, uogólniona zmienna projektowa uzyskana z różnych celów optymalizacji musi również spełniać nierówność 0 < α _u < 0,5.