Pagsusuri ng Paanong Gumagana ang Isang Hydraulic Rock Breaker

2.2 Pagsusuri ng Paanong Gumagana ang Isang Hydraulic Rock Breaker

Ang isang hydraulic rock breaker ay may maraming anyo ng istruktura. Simula sa prinsipyo ng paggana, inaabstract at isinasama ng mga may-akda ang pinakapundamental at pinakamahalagang mga ideya ng isang hydraulic rock breaker, at binabawasan ang mga ito sa tatlong pangunahing paraan ng paggana: purong hydraulic, kombinasyon ng hydraulic-pneumatic, at nitrogen-explosive.

2.2.1 Purong Hydraulic na Prinsipyo ng Paggana

Ang purong prinsipyo ng hidrauliko na paggana ay may tatlong anyo ng pagpapatupad: pare-parehong presyon sa harapang silid / bariabulong presyon sa likurang silid (maikliang tinatawag na 'prinsipyo ng pare-parehong presyon sa harapang silid'), pare-parehong presyon sa likurang silid / bariabulong presyon sa harapang silid (maikliang tinatawag na 'prinsipyo ng pare-parehong presyon sa likurang silid'), at bariabulong presyon sa parehong harapang at likurang silid (maikliang tinatawag na 'prinsipyo ng bariabulong presyon').

(1) Prinsipyo ng pare-parehong presyon sa harapang silid

Ito ang prinsipyo ng paggana na unang pinatupad noong simula ng pag-unlad ng hidraulikong rock breaker; lahat ng sumunod na teknikal na pag-unlad ay itinayo sa batayan nito. Ang hidraulikong rock breaker na gumagamit ng prinsipyong pare-parehong presyon sa harapang silid ay ipinakikita sa Fig. 2-1.

Mula sa Fig. 2-1, binubuo ng sistema ang katawan ng silindro, piston, control valve, at mga daanan ng langis. Ang katawan ng silindro at ang piston ang bumubuo sa mekanismo ng impact. Ang piston ay gumagalaw pabalik at pasulong sa loob ng katawan ng silindro na pinapagalaw ng hydraulic oil, na nagpapalabas ng impact energy sa labas at naglalapat ng malakas na impact force sa target, na nagbubunga ng epekto ng martilyo. Ang tungkulin ng control valve ay palitan ang direksyon ng langis na nagpapagalaw sa piston, upang makamit ang periodic na reciprocating motion ng piston.

Ang hydraulic rock breaker na ipinapakita sa Fig. 2-1 ay may piston na nasa punto ng impact; ang valve spool naman ay nasa posisyon kung saan ito ay kahapon lamang natapos na mag-switch mula sa power stroke patungo sa return stroke. Sa sandaling ito, pumapasok ang mataas na presyur na langis sa constant high-pressure chamber ng silindro (chamber a ) sa pamamagitan ng constant high-pressure port ng valve, na nagpapagalaw sa piston sa return stroke (pakanan). Ang langis naman sa variable-pressure chamber ng piston (chamber b ) ay ibinabalik sa tangke sa pamamagitan ng porthole 4 at ng porthole ng baryabul na presyon ng valve / porthole para sa pagbabalik ng langis. Kapag ang piston ay gumagalaw pabalik hanggang sa dumakip ang unahang balangkas nito sa porthole 2 sa katawan ng silindro, ang langis na may mataas na presyon ay dinidirekta sa porthole 5 ng push-valve, na nagdudulot ng paglipat ng valve (papakanan). Dahil ang constant high-pressure chamber ng valve ay ngayon nakakonekta sa intermediate variable-pressure chamber, ang langis na may mataas na presyon ay pumapasok sa likurang silid ng piston b sa pamamagitan ng porthole 4. Ang parehong panig ng piston ay nasa ilalim ng langis na may mataas na presyon, ngunit dahil ang area na kumukuha ng presyon sa likurang silid b ay mas malaki kaysa sa area ng harapang silid a , ang piston ay nagsisimulang mabagal sa pagbalik na paggalaw, bumababa ang bilis nito hanggang sa zero, at nagsisimula ang power stroke (papuntang kaliwa). Kapag ang sentral na palalim ng piston ay nakakakonekta sa mga port 2 at 3, ang piston ay kahapon lamang nakarating sa punto ng impact, kumpleto ang isang siklo; samantala, ang port 5 ng push-valve ay nakakakonekta sa return-oil line, kaya ang spool ay lumilipat papakanan, bumabalik sa posisyon na ipinapakita sa Fig. 2-1, kumpleto ang isang buong siklo at handa na para sa susunod na pagbalik na paggalaw ng piston. Sa ganitong paraan, ang piston ay nakakamit ng tuloy-tuloy na impact, patuloy na naglalabas ng impact energy. Air chamber c sa prinsipyong ito ng paggana ay binubuksan patungo sa atmospera.

(2) Prinsipyo ng Parehong Presyon sa Likurang Silid

Dapat banggitin na ang prinsipyong ito ng paggana ay maaaring maisakatuparan lamang kung ang area ng piston na tumatanggap ng presyon sa harapang silid a ay mas malaki kaysa sa area ng likurang silid b , i.e. ang diameter ng harapang silid ng piston ay mas maliit kaysa sa diameter ng likurang silid ( d ₁ > d ₂).

Ang Fig. 2-2 ay nagpapakita ng schematic ng isang hydraulic rock breaker na may constant-pressure na rear-chamber at variable-pressure na front-chamber.

Kung ihahambing sa Fig. 2-1, ang tanging pagkakaiba ay ang port 1 sa katawan ng silindro ay konektado sa variable-pressure chamber ng valve imbes na sa constant-pressure (high-pressure) chamber; ang port 4 ay direktang konektado sa constant-pressure chamber ng valve; ang lahat ng iba pang oil passage ay pareho. Ang Fig. 2-2 ay nagpapakita ng sandali kung saan natapos na ang piston power stroke at nabaligtad na ang valve — ang sistema ay nasa eksaktong panahon kung kailan nagsisimula ang return stroke.

Ang katangian ng paggana ng prinsipyong ito ay ang hydraulic rock breaker ay hindi nagpapalabas ng langis habang nasa return stroke, ngunit nagpapalabas ng langis habang nasa power stroke; at ang pressure-bearing area ng front chamber a ay mas malaki kaysa sa area ng likurang silid b dahil maikli ang oras ng paglabas ng kapangyarihan sa power stroke at malaki ang daloy, mas mataas ang mga pagkawala ng hidraulikong presyon ng prinsipyong ito kaysa sa prinsipyong constant-pressure ng harapang silid.

(3) Prinsipyo ng Variable-Pressure ng Harapan at Likurang Silid

Ang prinsipyo ng variable-pressure ng harapan at likurang silid ay ipinapakita sa Fig. 2-3. Mula sa eskuematikong ito, madaling makita na ang uri ng hidraulikong impact device na ito ay may kumplikadong istruktura na may maraming daanan, na nagpapataas sa gastos sa paggawa. Kaya naman, hindi ito ginagamit sa mga hidraulikong rock breaker ngayon; ginagamit pa rin ito sa ilang brand ng hidraulikong rock drill.

Ang Fig. 2-3 ay nagpapakita ng posisyon sa dulo ng power stroke ng piston at simula ng return stroke. Kapag nagsimula ang return stroke, pumapasok ang mataas na presyong langis mula sa gitnang silid ng valve sa harapang silid ng piston a sa pamamagitan ng kaliwang silid at ng cylinder port 1, na nagpupush sa piston pakanan. Ang langis naman sa likurang silid b ay inilalabas sa tangke ng langis sa pamamagitan ng port ng silindro na 5 at ng kanang kamerang ng balbula. Sa panahon ng pagbalik na stroke, kapag ang kaliwang balangkas ng piston ay dumaan sa port 2 sa katawan ng silindro, ang mataas na presyong langis sa pamamagitan ng port 7 ay pumipilit sa spool ng balbula upang lumipat sa kanan; ang spool ng balbula ay agad na binabago ang mga landas ng suplay at paglabas ng langis ng katawan ng silindro — ang port 5 ng silindro ay naging mataas na presyon at ang port 1 ng silindro ay naging return sa tangke — kaya nagsisimula ang piston na bumagal, mabilis na bumababa ang bilis nito hanggang sa zero, at lumilipat sa acceleration ng power-stroke. Kapag ang power stroke ng piston ay umabot sa punto ng impact, ang sentral na palangkeng bahagi ng piston ay nag-uugnay sa mga port 2 at 3 ng silindro, ang mga port 4 at 5 ay nag-uugnay, ang kaliwang gilid ng spool ng balbula ay nag-uugnay sa pamamagitan ng port 7 sa mga port 2 at 3 para sa return ng langis, at ang kanang gilid ng port 6 ng spool ng balbula ay nag-uugnay sa pamamagitan ng mga port 4 at 5, ng kanang gilid ng balbula at ng intermedyang kamerang, sa mataas na presyon, na nagdudulot ng paglipat ng spool patungo sa kaliwa, binabago ang mga landas ng suplay at paglabas ng langis ng silindro, at natatapos ang isang buong working cycle ng piston. Ang piston at spool ng hydraulic impact device ay bumabalik sa estado na ipinapakita sa Fig. 2-3 — ang simula ng return stroke. Sa ganitong paraan, ang hydraulic rock breaker, sa pamamagitan ng patuloy na reciprocating motion ng piston, ay patuloy na nag-o-output ng impact energy sa labas, na epektibong natatapos ang impact work.

Ang lahat ng tatlong purong hydraulic na prinsipyo ng paggana na inilarawan sa itaas ay kasalukuyang ginagamit sa mga hydraulic na rock drill, hydraulic na rock breaker, at iba pang hydraulic na impact mechanism, ngunit ang hydraulic na rock breaker ay gumagamit pa rin nang mas karaniwan ng hydraulic-pneumatic na pinagsamang prinsipyo ng paggana.

2.2.2 Hydraulic-Pneumatic na Pinagsamang Prinsipyo ng Paggana

Mula sa pagsusuri ng purong hydraulic na prinsipyo ng paggana, makikita natin na ang buong impact energy ng isang purong hydraulic na impact mechanism ay ipinapadala ng hydraulic system. Gayunpaman, habang dumarami ang paggamit ng mga purong hydraulic na rock breaker at umuunlad ang pananaliksik, natuklasan na malaki ang hydraulic losses, na naglilimita sa karagdagang pagpapabuti ng kahusayan. Ang langis na dumadaloy sa loob ng mga pasukan ng cylinder body ay kailangang magpakalat sa mga pader ng tubo, at ang hydraulic losses na dulot ng mga baluktot, pagbabago ng diameter, at pagbabago ng direksyon ng daloy ay napakalaki; mas malaki ang daloy, mas malaki ang mga nawawala, at lalo itong lumalala sa panahon ng power stroke.

Sa kasalukuyan, ang pinagsamang prinsipyo ng paggana ng hidrauliko at pneumatiko ay ginagamit pangunahin para sa mga hidraulikong breaker ng bato na nangangailangan ng malaking enerhiya ng impact at mababang dalas, at para sa mga hidraulikong pile driver.

Upang mapabuti ang kahusayan, matapos ang malawakang pananaliksik, natuklasan ng mga tao ang isang simpleng at epektibong paraan: ang paggamit ng gas at langis nang sabay-sabay upang magbigay ng enerhiya ng impact para sa hidraulikong breaker ng bato. Ito ay binabawasan ang daloy na kailangan sa panahon ng power stroke—binabawasan ang mga hydraulic losses at pinapabuti ang kahusayan ng paggana—kaya’t tinatawag itong pinagsamang hidrauliko-pneumatikong hidraulikong breaker ng bato.

Ang prinsipyo ng istruktura ng pinagsamang hidrauliko-pneumatikong hidraulikong breaker ng bato ay napakasimple: i-charge lamang ang silid ng hangin. c sa tatlong purong prinsipyo ng hidrauliko na nabanggit sa itaas na may nitrogen sa isang tiyak na presyon. Dahil ang nitrogen ay kasalukuyang naroroon, kapag gumawa ang piston ng return stroke, ang nitrogen ay kinokompress at ang enerhiya ay naiimbak; kapag naganap ang power stroke, ang enerhiyang ito ay nilalabas kasama ng langis upang ipagalaw ang piston, na nagreresulta sa kinetic energy sa punto ng impact, at binabago ito sa impact energy. Malinaw na ang papel ng nitrogen ay kailangang bawasan ang dami ng langis na ginagamit sa panahon ng power stroke, na nagpapababa ng pagkonsumo ng langis at kaya’y nagkakaroon ng mas mababang hydraulic losses at mas mataas na kahusayan.

Kumpara sa isang purong hidraulikong rock breaker, ang epektibong lugar ng presyon na tinatanggap ng likod na silid ng piston b sa isang hydraulic-pneumatic na pinagsamang hydraulic rock breaker ay nababawasan. Ang pagbawas sa epektibong lugar ng pagpapadala ng presyon ay nangangahulugan ng mas kaunting paggamit ng langis sa panahon ng power stroke at mas mababang hydraulic losses — ito ang pangunahing dahilan kung bakit mabilis na umunlad ang mga hydraulic-pneumatic na pinagsamang hydraulic rock breaker sa mga nakaraang taon. Ang halos lahat ng hydraulic-pneumatic na pinagsamang hydraulic rock breaker ay gumagamit ng prinsipyo ng front-chamber constant-pressure working; ito rin ang pangunahing katangian ng hydraulic-pneumatic na pinagsamang uri.

2.2.3 Prinsipyo ng Pagpapatakbo Gamit ang Nitrogen-Explosive

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nitrogen-explosive hydraulic rock breaker ay hindi lubos na iba sa prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang hydraulic-pneumatic na pinagsamang hydraulic rock breaker; ang mga parametero ng istruktura ng piston ay nagkakaiba lamang. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang parehong sukat ng diameter ng harapang at likurang piston, i.e. d ₂ = d ₁, at ang buong impact energy ay ipinapadala ng nitrogen.

Ang pantay na diameter ng mga piston sa harap at likuran ang pangunahing katangian ng hydraulic rock breaker na gumagamit ng nitrogen-explosive. Sa panahon ng power stroke, ang likurang silindro ay hindi gumagamit ng langis, at ang buong impact energy ay maaaring ipasok ng nitrogen. Syempre, ang nakaimbak na enerhiya ng nitrogen ay ipinapadala ng hydraulic system sa panahon ng return stroke at kinokonberte sa kinetic energy ng power stroke. Kaya't sa huling pag-uusapan, ang hydraulic energy pa rin ang kinokonberte — ngunit sa pamamagitan ng compression at energy storage sa gas medium, ang nakaimbak na enerhiya ng nitrogen ay inilalabas sa panahon ng power stroke at kinokonberte sa mechanical energy ng piston.

Dapat banggitin na ang prinsipyo ng pare-parehong presyon sa harap na silid lamang ang maaaring gamitin sa hydraulic rock breaker na gumagamit ng nitrogen-explosive; ang parehong prinsipyo ng pare-parehong presyon sa likurang silid at ang prinsipyo ng bariabulong presyon sa harapan at likurang silid ay hindi maaaring gamitin sa isang hydraulic rock breaker na may nitrogen. Malinaw ang dahilan kapag nauunawaan mo na ang katangian ng piston na d ₂ = d ₁.