Základné technické parametre

2.1 Základné technické parametre

2.1.1 Parametre hydraulického kameňolomu

(1) Prevádzkové parametre

W a frekvencia úderov f sú prevádzkové parametre, ktoré popisujú hydraulický kameňolom. W definuje pracovnú kapacitu kameňolomu; f definuje jeho pracovnú rýchlosť.

Výstupný výkon hydraulického kameňolomu možno vyjadriť ako:

N = W × f                                           (2.1)

Keďže dva parametre, ktoré popisujú výkon – úderná energia a frekvencia úderov – sú navzájom prepojené, pri návrhu hydraulického kameňolomu sa pomer W do f musí byť starostlivo vyvážené. Za podmienky minimálnej inštalovanej kapacity by sa mal dosiahnuť maximálny pracovný výkon. Pre hydraulický kameňolam je potrebná veľká nárazová energia W a nárazová frekvencia f by mala byť primerane znížená, aby boli splnené požiadavky na vysokú nárazovú silu a dobrý rozdrviací účinok. Pre hydraulický kameňový vŕtač, hoci ide tiež o hydraulický nárazový mechanizmus, je potrebná malá nárazová energia W a čo najvyššia nárazová frekvencia f , aby boli splnené požiadavky na rýchle vŕtanie.

(2) Prevádzkové parametre

Maximálna rýchlosť nárazu piesta v _m , prevádzkový prietok Q , prevádzkový tlak p , a optimálna tlačná sila F _T sú pracovné parametre hydraulického kameňolomu.

● Maximálna rýchlosť úderu piesta v _m : ide o okamžitú rýchlosť kontaktu, keď piest narazí na zadný koniec kladiva. Zodpovedajúca kinetická energia piesta sa definuje ako úderová energia hydraulického kladiva W . Keď sa kinetická energia piesta úplne prenesie na cieľ, úderová energia hydraulického kladiva je:

W = ½ mV ²_m                                            (2.2)

kde: m — hmotnosť piesta.

Z rovnice (2.2) vyplýva, že čím vyššia je rýchlosť úderu piesta, tým vyššia je úderová energia.

Avšak zvyšovanie v _m je obmedzené dvoma faktormi:

1) Materiálové vlastnosti piesta a kladiva. Rýchlosť koncového úderu v _m súvisí s kontaktovým napätím σ ; čím vyššie σ , tým viac to ovplyvňuje životnosť piesta a dláta. V rámci prípustného kontaktového napätia σ , typický výber je v _m = 9 až 12 m/s. So zlepšovaním materiálových vied sa hodnota v _m môže ďalej zvyšovať.

2) Frekvenčný limit nárazového mechanizmu. Keďže je štruktúra piesta a zdvih obmedzené, pri pevnom zdvihu piesta trvá zrýchlenie na požadovanú v _m veľmi krátky čas. Zrejmé je, že čím väčšie v _m , tým kratší je potrebný čas zrýchlenia.

Nízka frekvencia znamená, že cyklický čas aj čas zdvihu piesta sú dlhé, zatiaľ čo vysoká v _m nevyhnutne vedie k kratšiemu zdvihu a cyklovému času — t. j. vysokým frekvenciám nárazov — čo nespĺňa požiadavky nízkofrekvenčného návrhu.

● Pracovný tok Q : tok, ktorý hydraulická sústava dodáva hydraulickému kameňolomu počas prevádzky; ide o nezávislú premennú. Správanie a výkonové parametre hydraulického kameňolomu sú všetky úzko prepojené s pracovným tokom a sú funkciou pracovného toku; menia sa v závislosti od zmeny pracovného toku.

● Pracovný tlak p : tlak, ktorý hydraulická sústava vyžaduje počas prevádzky hydraulického kameňolomu — t. j. systémový tlak potrebný na dosiahnutie jeho výkonových parametrov. Pracovný tlak p je závislá premenná; mení sa v závislosti od vstupného toku Q a konštrukčných parametrov. Počas prevádzky, ak všetky ostatné parametre zostanú konštantné, tlak p nemôže byť aktívne menený. Pracovný tlak p a vstupný tok Q spĺňa základný princíp hydraulických technológií: tlak v systéme je určený vonkajšou zaťažením. Na základe tohto princípu návrh hydraulického kameňolomného zariadenia znamená použitie konštrukčných parametrov a pracovného prietoku, aby sa zabezpečil prevádzkový tlak systému p je dosiahnutý.

● Tlačná sila F _T pri prevádzke hydraulického kameňolomného zariadenia spôsobuje zrýchlenie piesta počas pracovného zdvihu odraz tela stroja, čo má za následok stratenie kontaktu kladiva s cieľovým objektom a bráni normálnemu pôsobeniu úderu. Na prekonanie tohto odrazu je potrebné pôsobiť silou pozdĺž osi tela kameňolomného zariadenia – tzv. tlačnou silou. Tlačná sila musí byť dostatočne veľká na to, aby udržala kladivo v pevnom kontakte s objektom, do ktorého sa úder aplikuje. Tlačná sila musí byť optimálna. Inými slovami, vzniká problém optimálnej tlačnej sily, ktorý je úzko prepojený s veľkosťovou triedou nosného stroja. Ak je nosný stroj príliš malý, nedokáže poskytnúť dostatočnú tlačnú silu; ak je príliš veľký, hoci požadovaná tlačná sila je splnená, stúpajú investičné náklady na nosný stroj, čo je tiež nežiaduce. Pri návrhu hydraulických kameňolomných zariadení je vždy cieľom optimalizácie dosiahnuť vysokú údernú energiu pri malej tlačnej sile. To umožňuje spojiť hydraulické kameňolomné zariadenie s vysokou údernou energiou s menším nosným strojom, čím vznikne efektívna pracovná kombinácia a znížia sa prevádzkové náklady.

(3) Konštrukčné parametre

Tri priemery piestov hĺbka ₁, hĺbka ₂a hĺbka ₃, pracovná hmotnosť m , a pracovný zdvih S sú konštrukčné parametre hydraulického kameňolomu. Konštrukčné parametre určujú jeho prevádzkové parametre. Návrh hydraulického kameňolomu je v podstate určenie konštrukčných parametrov hĺbka ₁, hĺbka ₂, hĺbka ₃, m a S ktoré zabezpečia dosiahnutie požadovaných prevádzkových parametrov. Keď sú konštrukčné parametre jednoznačne stanovené, všetky prevádzkové a pracovné parametre sa menia v závislosti od vstupného prietoku a sú funkciou vstupného prietoku.

2.1.2 Pracovný tlak oleja a menovitý tlak

(Menovitý tlak je označený p _H v celej tejto časti)

Pri prevádzke hydraulického kameňolomu hydraulický olejový tlak uvádza piest do pohybu a pohybový režim piestu je určený charakterom zmeny tejto pohonnej olejovej sily – to je kinematika a dynamika piestu.

S ohľadom na hmotnosť piesta m , zrýchlenie a , a zotrvačnú silu piesta F _K , druhý Newtonov zákon dáva:

F _K = mA                                              (2.3)

Poháňajúca sila F sa rovná F _K veľkosťou, ale má opačný smer. Poháňajúca sila F pôsobiaca na piest je generovaná tlakom oleja p v komore a môže byť vyjadrená ako:

p = F _K / A = mA / A = ( m / A ) · d v / d t             (2.4)

kde: m — hmotnosť piesta, konštanta;

 A — plocha piesta vystavená tlaku, konštanta;

 v — rýchlosť piesta; okamžitý prietok q ovládajúci pohyb piesta spĺňa:

AV = q                                               (2.5)

Od r v a q v rovnici (2.5) sú funkcie času, derivovaním v a q podľa času dostaneme:

A hĺbka v / d t = d q / d t                                  (2.6)

Dosadením rovnice (2.6) do rovnice (2.4) dostaneme:

p = ( m / A ²) · d q / d t                              (2.7)

V rovnici (2.7) m / A ²je konštanta; d q / d t predstavuje rýchlosť zmeny prietoku systému.

Z rovníc (2.3) – (2.7) sa tlak v systéme stanovuje na základe meniaceho sa vstupného prietoku do olejovej komory. Inými slovami, zmena prietoku hydraulického oleja spôsobuje zrýchlenie piesta a zotrvačnú silu, ktoré následne tvoria tlak v olejovej komore. p .

Tlak oleja v systéme p je úmerný hmotnosti piesta m a rýchlosti zmeny prietoku d q /dt , a nepriamo úmerný štvorcu plochy piesta, ktorá je vystavená tlaku A . Na zníženie tlaku oleja v systéme p sa zväčší plocha piesta vystavenej tlaku A je najúčinnejšou metódou, ale zároveň spôsobuje zväčšenie veľkosti strojového tela, preto sa pri návrhu musia zohľadniť oba faktory.

Tlak oleja v systéme p je funkciou prietoku a je závislou premennou; počas prevádzky sa nemôže aktívne meniť, ale mení sa len v závislosti od zmeny vstupného prietoku. Keďže olej prúdiaci do olejovej komory je funkciou času pri prevádzke hydraulického kladiva, tlak oleja p sa tiež mení v čase a nemá konštantnú hodnotu. Tlak oleja uvedený v technickom liste výrobku, ktorý autori označujú ako menovitý tlak oleja, sa označuje p _H . Pri tomto tlaku dosahujú prevádzkové parametre hydraulického kladiva svoje menovité hodnoty. p _H je virtuálnym parametrom – v skutočnosti neexistuje – avšak je extrémne dôležitý pri návrhu a používaní hydraulického kladiva. Pri návrhu, p _H sa používa ako základ pre výpočet výkonnostných parametrov, prevádzkových parametrov a konštrukčných parametrov, ako aj pre výber komponentov hydraulického systému. V praxi sa stáva dôležitým referenčným bodom pre obsluhu pri posudzovaní toho, či systém pracuje normálne alebo nie. Parameter p _H bude podrobnejšie diskutovaný v neskorších kapitolách.