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 в _m . Иными словами, при исследовании кинематики в _m является постоянной величиной; независимо от закона движения поршня его скорость в момент удара по хвостовику боека должна составлять заданную максимальную скорость в _m . Только при соблюдении этого условия гидравлический отбойный молоток сможет обеспечить требуемую энергию удара В _H .

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

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

Легко показать, что площади этих двух треугольников равны, т.е. △OPK = △ENK, откуда следует, что в _мо Т ₂ / 2 = в _m Т ₁- Второй. Очевидно, что в в –т 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 О –P –К представляет собой изменение скорости поршень на обратном ходе; кривая К –Н –Е представляет собой изменение скорости поршень на ходу мощности.

Кривая О –P –К –Н –Е представляет собой изменение скорости поршень во время цикла движения Т - Я не знаю. Прокат начинает обратный ход от точки удара О где он соприкоснулся с хвостом дюбеля, ускоряясь от в = 0 до точки P переключение клапана (когда скорость поршень достигает максимальной скорости обратного хода) в _мо поршень начинает замедляться, и его скорость постепенно падает до в = 0, достигая верхней мёртвой точки (окончание обратного хода). Затем поршень начинает ускорение на рабочем ходе; когда его скорость возрастает до в = в _m , он точно ударяет по хвостовику долота, и скорость сразу же падает до нуля ( в = 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 в _мо должна лежать на M –Е вспомогательной прямой, то есть в точке P . Можно представить, что на прямой P имеется бесконечное множество точек M –Е , что означает бесконечное множество возможных значений максимальной скорости обратного хода в _мо , 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:

в _m / в _мо = Т / ( Т ₁ + Т ₂^″) (4.1)

Из подобия треугольников △PFK ∞ △ENK:

в _m / в _мо = Т ₁ / Т ₂^″                                                                   (4.2)

Следовательно:

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

После перегруппировки:

Т ₁ / Т = в _мо / ( в _m + в _мо ) (4.4)

Из уравнения (4.1) очевидно, что при фиксированном цикле движения поршня Т и заданной максимальной скорости в _m так называемые различные характеры движения имеют различные кривые изменения скорости; отличительной особенностью является различное значение максимальной скорости обратного хода в _мо и продолжительности рабочего хода Т 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 = Т ₁ / Т                                                                                    

Тогда время рабочего хода составляет:

Т ₁ = αT                                                                                (4.5)

Подставляя в уравнение (4.4):

α = в _мо / ( в _m + в _мо ) (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 Т постоянна и определяется частотой к _H . Итак α неизбежно изменяется при изменении Т ₁, в то время как Т ₁изменяется в зависимости от положения точки P . Чем ближе точка P к точке M , тем больше Т ₁и тем больше α . И наоборот, чем ближе точка P к точке Е , тем меньше Т ₁и тем меньше α . Тот же вывод можно сделать из уравнения (4.3). В этом уравнении в _мо является переменной, в то время как в _m является постоянной величиной, определяемой энергией удара. Следовательно α меняется в зависимости от в _мо , в то время как в _мо меняется в зависимости от положения точки P . Чем ближе точка P к точке M , тем больше в _мо и тем больше α является, и наоборот.

Таким образом, достигается следующее понимание: при фиксированных в _m и Т , величина в _мо 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 .