Характер движения поршня

4.3 Характер движения поршня

На основании приведённого выше анализа диаграммы скорости можно сделать следующие выводы о характере движения поршня.

(1) Диаграмма скорости поршня состоит из двух треугольников: прямоугольного треугольника для диаграммы скорости рабочего хода и произвольного (непрямоугольного) треугольника для диаграммы скорости обратного хода.

(2) Поскольку рабочий ход равен обратному ходу, площади двух треугольников должны быть равны.

(3) Скорость во время тормозной фазы обратного хода и фазы рабочего хода изменяется по одной прямой линии на диаграмме скорости. Это объясняется тем, что после переключения поршневого клапана при обратном ходе в течение тормозной фазы обратного хода и фазы рабочего хода клапан остаётся в одном и том же положении, а сила, действующая на поршень, остаётся неизменной.

(4) Ключевой принцип проектирования гидравлических отбойных молотков: во всех допустимых конструкциях максимальная скорость поршня в _m (энергия удара В _H ) и время цикла Т (частота ударов к _H ) должны оставаться постоянными, поскольку они задаются техническим заданием на проектирование и не подлежат изменению.

(5) Кинематические параметры: расстояние ускорения при обратном ходе С _j , время ускорения при обратном ходе Т ₂^′и максимальная скорость при обратном ходе в _мо являются чрезвычайно полезными для управления гидравлическим отбойным молотком, поскольку все они определяются в точке переключения клапана при обратном ходе. Для гидравлических отбойных молотков с обратной связью по ходу, С _j является основой для определения положения отверстия обратной связи и чрезвычайно полезна при проектировании гидравлического отбойного молотка. Что касается Т ₂^′и в _мо , в настоящее время ни один из существующих гидравлических отбойных молотков не использует эти два параметра для управления работой молотка, однако данный метод является технически осуществимым и заслуживает дальнейшего исследования.

(6) Сравнение всех возможных конструкций с кинематической точки зрения (т.е. точка P и точка К в различных положениях), в _m и Т одинаковы во всех конструкциях. Единственное различие заключается в соотношении Т ₁до Т ₂в Т (P находится на Я ), а также в соответствующих различиях максимальных скоростей обратного хода в _мо .

На основе приведённого выше анализа, если рассматривать конструкцию с кинематической точки зрения, то, поскольку в _m и Т оба определяются эксплуатационными параметрами, у конструктора остаётся крайне мало свободы выбора. Так называемый «проект» сводится просто к правильному распределению Т ₁и Т ₂внутри Т при этом сохраняя в _m и Т фиксировано — и ничего больше. Таким образом, конструкция гидравлического отбойного молотка становится весьма простой: достаточно разделить цикл движения поршня Т на две части, и вы получите работоспособную конструкцию. Однако определение этого соотношения разделения требует значительной технической глубины, включая задачу оптимизационного проектирования. Как только это соотношение разделения определено, вся конструкция полностью задаётся. Поэтому отношение продолжительности рабочего хода α является единственным параметром, способным представлять работоспособную конструкцию и обладающим универсальной применимостью.

Отношение продолжительности рабочего хода α также часто называют коэффициентом кинематической характеристики. Поскольку коэффициент кинематической характеристики α безразмерен и выражает кинематические особенности, он определяется как абстрактная проектная переменная; каждое его конкретное значение представляет собой определённую конструкцию, а выражаемые им характеристики полностью применимы ко всем гидравлическим отбойным молоткам независимо от их размеров и моделей.

Приведённые выше исследования показывают, что все кинематические параметры являются функциями α ; аналогично, динамические параметры, конструктивные параметры и т.д. также могут быть выражены как функции от α самой α и какие у неё есть другие свойства, а также каков её диапазон значений? Из рис. 4-1 и уравнения (4.5) очевидно следующее:

1) Когда Т ₁= 0, α = 0; это показано на рис. 4-1 точкой P , совпадающей с точкой Е . Площадь треугольника △ENK, т.е. ход С = 0; движение с нулевым ходом ( α = 0) в действительности не существует — С = 0 не имеет физического смысла.

2) Когда в _мо = в _m , из уравнения (4.6), α = 0,5. На рис. 4-1 это показано точкой P , совпадающей с точкой M ; точка К точно делит отрезок О –Е пополам, т.е. Т ₁= ½ Т . На рис. 4-1 точка К совпадает с точкой О , что даёт Т ₂^′ = 0, т.е. время ускорения обратного удара равно нулю — это также невозможно и не имеет физического смысла.

3) Когда время ускорения при обратном ходе равно времени торможения при обратном ходе, т.е. Т ₂^′ = Т ₂^″, диаграмма скорости при обратном ходе, очевидно, представляет собой равнобедренный треугольник. Коэффициент кинематической характеристики для этой специальной формы диаграммы скорости равен α = 0,4142. Из рис. 4-1 α = 0,4142 может быть легко получено. Этот результат также находит применение при исследовании гидравлических взрывных отбойных молотков с использованием азота.

Из этого очевидно, что диапазон значений α составляет от 0 до 0,5; и поскольку значения α = 0 и α = 0,5 физического смысла не имеют, должно выполняться строгое неравенство 0 < α < 0,5. Оптимальная абстрактная проектная переменная, полученная при различных целевых функциях оптимизации, также должна удовлетворять условию 0 < α _u < 0,5.