Кинематическое исследование гидравлических отбойных молотков

4.1 Кинематические характеристики и коэффициент характеристики α

В этом разделе в основном исследуются геометрическая природа и особенности движения поршня гидравлического отбойного молотка, с тем чтобы движение поршня стало более рациональным и происходило в соответствии с заданным нами законом движения, обеспечивая наилучшие результаты движения.

Для исследования кинематики поршня гидравлического отбойного молотка необходимо чётко определить два условия:

(1) Скорость поршня в момент удара по хвостовику боека должна гарантированно достигать заданной максимальной скорости v _м . Иными словами, при исследовании кинематики v _м является постоянной величиной; независимо от закона движения поршня его скорость в момент удара по хвостовику боека должна составлять заданную максимальную скорость v _м . Только при соблюдении этого условия гидравлический отбойный молоток сможет обеспечить требуемую энергию удара Ш _H .

(2) Цикл движения поршня T также является постоянной величиной, что обеспечивает стабильную частоту ударов f _H гидравлического отбойного молотка.

На рис. 4-1 показана линейная схема рабочей скорости поршня. Пункт М имеет координаты ( v _м , 0); пункт Е имеет координаты (0, T ); пункт N имеет координаты (− v _м , T )). Стыковочные точки М и Е образует треугольник △MOE в v –t система координат, две прямоугольные стороны которой составляют соответственно максимальную скорость движения поршень до точки удара и цикл движения поршень T - Я не знаю. Принимать любую точку P (v _mo , T ₂^′) на линии Я , и соединяя точки PO и PN, затем PN пересекает t -ось в точке К . Точка К на оси времени делит цикл движения поршня T на две части: T ₁и T ₂. Очевидно, что T ₁ + T ₂ = T , образуя два треугольника △OPK и △ENK.

Легко показать, что площади этих двух треугольников равны, т.е. △OPK = △ENK, откуда следует, что v _mo T ₂ / 2 = v _м T ₁- Второй. Очевидно, что в v –t на диаграмме, площадь, окруженная △OPK, - это обратный ход поршневого двигателя, а площадь, окруженная △ENK, - это ход мощности поршневого двигателя. Силовой ход равен обратному ходу это данное. Другими словами, кривая O –P –К представляет собой изменение скорости поршень на обратном ходе; кривая К –N –Е представляет собой изменение скорости поршень на ходу мощности.

Кривая O –P –К –N –Е представляет собой изменение скорости поршень во время цикла движения T - Я не знаю. Прокат начинает обратный ход от точки удара O где он соприкоснулся с хвостом дюбеля, ускоряясь от v = 0 до точки P переключение клапана (когда скорость поршень достигает максимальной скорости обратного хода) v _mo поршень начинает замедляться, и его скорость постепенно падает до v = 0, достигая верхней мёртвой точки (окончание обратного хода). Затем поршень начинает ускорение на рабочем ходе; когда его скорость возрастает до v = v _м , он точно ударяет по хвостовику долота, и скорость сразу же падает до нуля ( v = 0), после чего поршень возвращается в исходную точку своего движения, завершая один цикл.

Следует отметить, что при фиксированных максимальной скорости и цикле движения поршня гидравлического отбойного молотка максимальная скорость обратного хода v _mo должна лежать на М –Е вспомогательной прямой, то есть в точке P . Можно представить, что на прямой P имеется бесконечное множество точек М –Е , что означает бесконечное множество возможных значений максимальной скорости обратного хода v _mo , то есть бесконечное множество кривых циклического движения поршня — поршень может выбирать из бесконечного числа вариантов своего движения. Разумеется, необходимо выбрать оптимальный вариант движения. Эта задача оптимизационного проектирования будет рассмотрена в последующих главах.

Более детальное исследование характера движения поршня можно провести, проанализировав рис. 4-1. Для этого из подобия треугольников △MOE ∞ △PFE получаем:

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

Из подобия треугольников △PFK ∞ △ENK:

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

Следовательно:

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

После перегруппировки:

T ₁ / T = v _mo / ( v _м + v _mo ) (4.4)

Из уравнения (4.1) очевидно, что при фиксированном цикле движения поршня T и заданной максимальной скорости v _м так называемые различные характеры движения имеют различные кривые изменения скорости; отличительной особенностью является различное значение максимальной скорости обратного хода v _mo и продолжительности рабочего хода T ₁. Следовательно, эти два параметра характеризуют особенности движения конкретного гидравлического отбойного молотка.

Однако наша цель не может ограничиваться одним конкретным гидравлическим отбойным молотком; необходимо пойти дальше и найти более абстрактный характеристический показатель, применимый ко всем гидравлическим отбойным молоткам. Этот абстрактный характеристический показатель применим ко всем гидравлическим отбойным молоткам (гидравлическим ударным механизмам) и отражает их кинематические особенности и эксплуатационные характеристики.

В уравнении (4.1) примем:

α = T ₁ / T                                                                                    

Тогда время рабочего хода составляет:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Подставляя в уравнение (4.4):

α = v _mo / ( v _м + v _mo ) (4.6)

Сопоставляя рис. 4-1 и уравнения (4.5) и (4.6), легко заметить, что α является отношением и переменной — безразмерной величиной. Для гидравлического отбойного молотка с фиксированными требованиями к эксплуатационным характеристикам T постоянна и определяется частотой f _H . Итак α неизбежно изменяется при изменении T ₁, в то время как T ₁изменяется в зависимости от положения точки P . Чем ближе точка P к точке М , тем больше T ₁и тем больше α . И наоборот, чем ближе точка P к точке Е , тем меньше T ₁и тем меньше α . Тот же вывод можно сделать из уравнения (4.3). В этом уравнении v _mo является переменной, в то время как v _м является постоянной величиной, определяемой энергией удара. Следовательно α меняется в зависимости от v _mo , в то время как v _mo меняется в зависимости от положения точки P . Чем ближе точка P к точке М , тем больше v _mo и тем больше α является, и наоборот.

Таким образом, достигается следующее понимание: при фиксированных v _м и T , величина v _mo конкретно характеризует кинематические особенности движения поршня, тогда как α как переменная абстрактно представляет кинематические особенности движения всех поршней гидравлических отбойных молотков. По этой причине мы определяем α как кинематический характеристический коэффициент гидравлического отбойного молотка. Для выполнения определённых требований по оптимизации гидравлического отбойного молотка, α должно иметь соответствующее оптимальное значение α _u .