Основные технические параметры

2.1 Основные технические параметры

2.1.1 Параметры гидравлического отбойного молотка

(1) Эксплуатационные параметры

Ш и частота ударов f являются эксплуатационными параметрами, характеризующими гидравлический отбойный молоток. Ш определяет рабочую мощность молотка; f определяет его рабочую скорость.

Выходная мощность гидравлического отбойного молотка может быть выражена следующим образом:

N = Ш × f                                           (2.1)

Поскольку два параметра, характеризующие эксплуатационные свойства — энергия удара и частота ударов — взаимосвязаны, при проектировании гидравлического отбойного молотка соотношение между Ш к f должен быть тщательно сбалансирован. При минимальной установленной мощности необходимо достичь максимальной рабочей эффективности. Для гидравлического отбойного молотка требуется большая энергия удара Ш и частота ударов f должна быть соответствующим образом снижена, чтобы обеспечить высокую ударную силу и хороший эффект дробления. Для гидравлического бурильного молотка, хотя он также представляет собой гидравлический ударный механизм, требуется небольшая энергия удара Ш и как можно более высокая частота ударов f для обеспечения высокоскоростного бурения.

(2) Рабочие параметры

Максимальная скорость удара поршня v _м , рабочий расход Q , рабочее давление p , и оптимальное усилие подачи F _T являются рабочими параметрами гидравлического отбойного молотка.

● Максимальная скорость удара поршня v _м : это мгновенная скорость соприкосновения, с которой поршень ударяет по хвостовику зубила. Соответствующая кинетическая энергия поршня определяется как ударная энергия гидравлического молотка Ш . Когда кинетическая энергия поршня полностью передаётся объекту воздействия, ударная энергия гидравлического молотка равна:

Ш = ½ мВ ²_м                                            (2.2)

где: м — масса поршня.

Из уравнения (2.2) следует, что чем выше скорость удара поршня, тем выше ударная энергия.

Однако повышение v _м ограничено двумя факторами:

1) Пределы прочностных свойств материала поршня и зубила. Конечная скорость удара v _м связано с контактным напряжением σ ; чем выше σ , тем сильнее это влияет на срок службы поршня и боека. При допустимом контактном напряжении σ , типичный выбор составляет v _м = 9–12 м/с. По мере развития материаловедения значение v _м можно дополнительно увеличить.

2) Частотный предел ударного механизма. Поскольку конструкция поршня и его ход ограничены, при фиксированной длине хода поршня время разгона до требуемой v _м оказывается очень небольшим. Очевидно, что чем больше v _м , тем короче требуется время разгона.

Низкая частота означает, что цикловое время и время хода поршня оба велики, тогда как высокая v _м неизбежно приводит к уменьшению хода и времени цикла, то есть к высокой частоте ударов, что не позволяет удовлетворить требованиям проектирования для низкочастотного режима работы.

● Рабочий поток Q : поток жидкости, подаваемый гидравлическим насосом на гидравлический отбойный молоток в процессе эксплуатации; это независимая переменная. Поведение и эксплуатационные параметры гидравлического отбойного молотка тесно связаны с рабочим потоком и являются его функциями; они изменяются при изменении рабочего потока.

● Рабочее давление p : давление, требуемое гидравлической системой при работе гидравлического отбойного молотка — это системное давление, необходимое для достижения заданных эксплуатационных параметров. Рабочее давление p является зависимой переменной; оно изменяется при изменении входного потока Q и конструктивных параметров. В процессе эксплуатации, когда все остальные параметры остаются неизменными, давление p нельзя изменять активно. Рабочее давление p и входной поток Q удовлетворяют основному принципу гидравлической техники: давление в системе определяется внешней нагрузкой. Исходя из этого принципа, проектирование гидравлического отбойного молотка означает использование конструктивных параметров и рабочего расхода для обеспечения заданного рабочего давления в системе p достигается.

● Толкающее усилие F _T при работе гидравлического отбойного молотка ускорение поршня на рабочем ходе вызывает отдачу корпуса машины, в результате чего боёк теряет контакт с обрабатываемым объектом и удар не может осуществляться нормально. Для преодоления отдачи необходимо приложить силу вдоль оси корпуса отбойного молотка — так называемую силу поджима. Эта сила должна быть достаточной для обеспечения надёжного контакта бойка с обрабатываемым объектом. При этом сила поджима должна быть оптимальной. Иными словами, возникает задача определения оптимальной силы поджима, которая тесно связана с габаритным классом несущей машины. Если несущая машина слишком мала, то она не способна обеспечить требуемую силу поджима; если же она слишком велика, то, хотя требуемая сила поджима и достигается, возрастает капитальная стоимость несущей машины, что также нежелательно. В проектировании гидравлических отбойных молотков достижение высокой энергии удара при малой силе поджима всегда являлось одной из целей оптимизации. Это позволяет использовать гидравлический отбойный молоток с высокой энергией удара в паре с более компактной несущей машиной, формируя эффективную рабочую комбинацию и снижая эксплуатационные расходы.

(3) Конструктивные параметры

Три диаметра поршня d ₁, d ₂, и d ₃, рабочая масса м , и рабочий ход S являются конструктивными параметрами гидравлического отбойного молотка. Конструктивные параметры определяют его эксплуатационные параметры. Проектирование гидравлического отбойного молотка по существу сводится к определению конструктивных параметров d ₁, d ₂, d ₃, м , и S , которые обеспечивают достижение требуемых эксплуатационных параметров. После фиксации конструктивных параметров все эксплуатационные и рабочие параметры изменяются в зависимости от входного расхода и являются функциями входного расхода.

2.1.2 Рабочее давление масла и номинальное давление

(Номинальное давление обозначается p _H на протяжении данного раздела)

При работе гидравлического отбойного молотка гидравлическое масло создаёт давление, приводящее поршень в движение; характер движения поршня определяется характером изменения этой движущей силы — это кинематика и динамика поршня.

Учитывая массу поршня м , ускорение а , а также силу инерции поршня F _К , второй закон Ньютона даёт:

F _К = mA                                              (2.3)

Движущая сила F равна F _К по величине, но направлена противоположно. Движущая сила F действующая на поршень, создаётся давлением масла p в полости и может быть выражена как:

p = F _К / А = mA / А = ( м / А ) · d v / d t             (2.4)

где: м — масса поршня, постоянная величина;

 А — площадь поршня, воспринимающая давление, постоянная величина;

 v — скорость поршня; мгновенный расход q движения ведущего поршня удовлетворяет уравнению:

AV = q                                               (2.5)

С тех пор v и q в уравнении (2.5) являются функциями времени, дифференцирование v и q по времени даёт:

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

Подстановка уравнения (2.6) в уравнение (2.4) даёт:

p = ( м / А ²) · d q / d t                              (2.7)

В уравнении (2.7), м / А ²является константой; d q / d t представляет собой скорость изменения потока системы.

Из уравнений (2.3)–(2.7) следует, что давление в системе формируется на основе изменения входного потока в масляную камеру. Другими словами, изменение расхода гидравлического масла вызывает ускорение поршня и силу инерции, которые, в свою очередь, создают давление в масляной камере p .

Давление масла в системе p пропорциональна массе поршня м и скорости изменения расхода d q /dt , и обратно пропорциональна квадрату площади поршня, воспринимающей давление А . Для снижения давления масла в системе p увеличение площади поршня, воспринимающей давление, А является наиболее эффективным методом, однако это также увеличивает габариты корпуса машины, поэтому при проектировании необходимо учитывать оба этих фактора.

Давление масла в системе p является функцией расхода и представляет собой зависимую переменную; её нельзя активно изменять в процессе эксплуатации — она изменяется только при изменении входного расхода. Поскольку поток масла в масляную камеру является функцией времени при работе гидравлического отбойного молотка, давление масла p также изменяется со временем и не имеет постоянного значения. Давление масла, указанное в техническом описании изделия и называемое авторами номинальным давлением масла, обозначается p _H . При этом давлении эксплуатационные параметры гидравлического отбойного молотка достигают своих номинальных значений. p _H является виртуальным параметром — он фактически не существует — однако играет чрезвычайно важную роль при проектировании и эксплуатации гидравлического отбойного молотка. На стадии проектирования p _H используется в качестве основы для расчёта эксплуатационных, рабочих и конструктивных параметров, а также для подбора компонентов гидравлической системы. На практике он становится важным ориентиром для оператора при оценке нормальности работы системы. Параметр p _H будет рассмотрен подробнее в последующих главах.