Kinematisk studie av hydrauliska bergbrytare

4.1 Kinematiska egenskaper och karakteristisk koefficient α

Detta avsnitt studerar främst den geometriska karaktären och egenskaperna hos kolvens rörelse i en hydraulisk bergborrare, så att kolvrörelsen blir mer rationell och följer den rörelsemönster vi specificerar, vilket ger optimala rörelseresultat.

För att studera kolvens kinematik i en hydraulisk bergborrare måste två villkor tydligt fastställas:

(1) Kolvens hastighet vid slaget mot mejselns ände måste garanteras nå den specificerade maximala hastigheten v _m . Med andra ord, när kinematiken studeras, v _m är det en konstant; oavsett vilket mönster kolven följer måste dess hastighet vid slaget mot mejselns ände vara den specificerade maximala hastigheten v _m . Endast på detta sätt kan den hydrauliska bergborraren uppnå den krävda slagenergin W _H .

(2) Kolvrörelsecykeln T är också en konstant, vilket säkerställer slagfrekvensen f _H för den hydrauliska bergborraren.

Fig. 4-1 visar den linjäriserade kolvrörelshastighetsdiagrammet. Punkten M har koordinaterna ( v _m , 0); punkten E har koordinaterna (0, T ); punkten N har koordinaterna (− v _m , T ). Genom att förbinda punkterna M och E bildas triangeln △MOE i det v –t koordinatsystemet, vars två rätvinkliga sidor motsvarar kolvens maximala rörelshastighet mot stödpunkten respektive kolvrörelsens cykel T . Välj en godtycklig punkt P (v _mo , T ₂^′) på linjen Jag , och ansluter PO och PN, varpå PN skär t -axeln vid K . Punkten K på tidsaxeln delar upp kolvrörelsecykeln T i två delar: T ₁och T ₂. Tydligtvis T ₁ + T ₂ = T , vilket bildar två trianglar △OPK och △ENK.

Det är lätt att visa att areorna av dessa två trianglar är lika stora, dvs. △OPK = △ENK, vilket ger v _mo T ₂/ 2 = v _m T ₁- 2 stycken. Det är klart att v –t i diagrammet är det område som omges av △OPK kolvets retursträcka och det område som omges av △ENK kolvets effektsträcka. Strömstrålet är lika med returstrålet det är givet. Med andra ord, kurvan O –P –K representerar variationen i kolvhastigheten vid retursträckan; kurva K –N –E representerar variationen av kolvhastigheten vid strömsträckan.

Kurva O –P –K –N –E representerar variationen i kolvhastigheten under rörelsesyklusen T - Jag är inte rädd. Kolven startar återgångsslag från slagpunkten O där den kom i kontakt med mejselsvansen, accelererar från v = 0 till punkt P Ventilövergång (när kolvhastigheten når den maximala återgångshastigheten) v _mo ) kolven börjar sakta ner och hastigheten sjunker gradvis till v = 0, nått övre dödläge (slutet av returströken). Kolven börjar sedan acceleration under kraftströken; när hastigheten ökar till v = v _m , träffar den exakt chiselens ände, och hastigheten sjunker omedelbart till noll ( v = 0), och kolven återvänder till startpunkten för sin rörelse, vilket slutför en cykel.

Det måste påpekas att när både den maximala hastigheten och cykeln för kolven i en hydraulisk bergborrare är fasta, måste den maximala returströkhastigheten v _mo ligga på den M –E hjälplinjen, dvs. i punkt P . Man kan föreställa sig att det finns oändligt många punkter P på linjen M –E , vilket innebär oändligt många maximala returströkhastigheter v _mo , dvs. oändligt många rörelsekurvor för kolven – kolven har oändligt många rörelsemönster att välja mellan. Vi måste naturligtvis välja det optimala rörelsemönstret. Detta är optimeringsdesignproblemet som kommer att studeras i senare kapitel.

En djupare undersökning av kolvrörelsemönstret kan göras genom att analysera Fig. 4-1. För att göra detta får vi från △MOE ∞ △PFE:

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

Från △PFK ∞ △ENK:

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

Alltså:

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

Efter omordning:

T ₁ / T = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.4)

Från ekvation (4.1) framgår tydligt: T och maximal hastighet v _m , har de så kallade olika rörelsemönstren olika kurvor för hastighetsvariation; den skiljande egenskapen uttrycks som olika värden för maximal återstöthastighet v _mo och kraftstöttid T ₁. Därför bär dessa två parametrar egenskapen att karaktärisera rörelseegenskaperna hos en specifik hydraulisk bergborr.

Men vårt mål kan inte begränsas till en enda specifik hydraulisk bergbrytare; vi måste gå längre och hitta ett mer abstrakt karaktäristiskt index som är tillämpbart på alla hydrauliska bergbrytare. Detta abstrakta karaktäristiska index gäller för alla hydrauliska bergbrytare (hydrauliska slagmekanismer) och uttrycker deras rörelseegenskaper och driftprestanda.

I ekvation (4.1) låt:

α = T ₁ / T                                                                                    

Då är kraftslagstiden:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Genom att substituera i ekvation (4.4):

α = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.6)

Genom att kombinera figur 4-1 och ekvationerna (4.5) och (4.6) framgår det lätt att α är en kvot och en variabel – dimensionslös. För en hydraulisk bergbrytare med fasta prestandakrav är T konstant och bestäms av frekvensen f _H . Så α ändras nödvändigtvis med förändringen av T ₁, medan T ₁ändras med positionen för punkten P . Ju närmare punkten P är punkten M , desto större är T ₁och desto större är α . Omvänt, ju närmare punkten P är punkten E är, desto mindre är T ₁och desto mindre är α . Samma slutsats kan dras från ekvation (4.3). I ekvationen v _mo är en variabel medan v _m är en konstant som bestäms av stötningsenergin. Så α varierar med v _mo , medan v _mo varierar med punktens position P . Ju närmare punkten P är punkten M , desto större är v _mo och desto större är α är, och vice versa.

Därför nås följande förståelse: givet fast v _m och T , kan storleken på v _mo specifikt representera kolvens rörelseegenskaper, medan α som en variabel abstrakt representerar rörelseegenskaperna för alla hydrauliska bergborrpistoner. Av detta skäl definierar vi α som den kinematiska karaktäristiska koefficienten för den hydrauliska bergborren. För vissa optimeringskrav på en hydraulisk bergborr, α måste ha ett motsvarande optimalt värde α _u .