Pangunahing Prinsipyo ng Pagpapatakbo ng Hydraulic Rock Breaker

1.3 Pangunahing Prinsipyo ng Pagpapatakbo ng Hydraulic Rock Breakers

Ang isang hydraulic rock breaker ay isang impact machine na nagpapalit ng hydraulic energy sa mechanical energy. Kasama dito ang dalawang pangunahing gumagalaw na bahagi — ang isang piston at ang isang distribution valve spool — na kung saan ang bawat isa ay nagpapakontrol sa isa't isa sa pamamagitan ng feedback: ang pabalik-balik na galaw ng valve spool ang nagsisilbing kontrol sa piston commutation, at ang piston naman, sa simula at wakas ng bawat stroke, ay binubuksan o isinasara ang control oil passage ng valve, na nagpapabuti ng valve commutation — at umiikot sa ganitong paraan… Ang pangunahing prinsipyo ng paggana ng isang hydraulic rock breaker ay: sa pamamagitan ng feedback control na ito sa pagitan ng piston at spool, ang piston ay mabilis na gumagalaw pabalik-balik sa ilalim ng hydraulic (o gas) na puwersa at tumatama sa chisel upang magawa ang gawa sa labas.

May maraming uri at anyo ang hydraulic rock breakers, na tatalakayin nang detalyado sa mga sumusunod na kabanata. Sa ibaba, gagamitin ang front-chamber constant-pressure rear-chamber variable-pressure hydraulic rock breaker bilang halimbawa upang ilarawan ang kanyang prinsipyo ng paggana:

Kasama sa diagram, kapag nagsisimula ang pagbalik na stroke, pumapasok ang langis na may mataas na presyon sa harap na silindro ng piston sa pamamagitan ng butas ng langis na 1 at samultaneong kumikilos sa mababang dulo ng spool ng directional valve, na panatilihin ang spool sa matatag na estado na ipinapakita sa diagram (a). Sa kasong ito, ang harap na silindro ng piston ay may langis na may mataas na presyon; ang likod na silindro ay konektado sa return T sa pamamagitan ng butas ng langis na 4. Dahil sa presyon ng langis sa harap na silindro, ang piston ay nagpapabilis sa pagbalik na stroke at pinipiga ang nitrogen na nakaimbak sa nitrogen chamber (maliban sa purong hydraulic na uri); ang accumulator ay nag-iimbak ng langis. Kapag ang pagbalik na stroke ng piston ay umabot sa control port 2, ang langis na may mataas na presyon ay umaabot sa taas na dulo ng spool ng valve. Sa puntong ito, parehong ang taas at ang ibaba ng spool ay konektado sa langis na may mataas na presyon; dahil sa disenyo, ang epektibong lugar ng taas na dulo ng spool ay mas malaki kaysa sa epektibong lugar ng mababang dulo, kaya ang spool ay lumilipat sa estado ng diagram (b) sa ilalim ng aksyon ng langis na may mataas na presyon. Sa kasong ito, parehong ang harap at likod na silindro ng piston ay konektado sa langis na may mataas na presyon; ang accumulator ay nagpapalabas ng langis upang suplayin ang sistema. Sa ilalim ng aksyon ng kompositong puwersa na F_q, ang piston ay nagpapabilis sa power stroke, sumusugpo sa chisel, at nagpapalabas ng impact energy. Kapag ang piston ay pumasa sa punto ng impact, ang control ports 2 at 3 ay konektado at nakakabit sa return oil T; ang presyon ng langis sa taas na dulo ng spool ng valve ay bumababa; sa ilalim ng presyon ng langis sa mababang dulo, ang spool ng valve ay mabilis na bumabalik sa estado ng diagram (a). Pagbalik sa orihinal na estado, ang piston ay nagsisimula ng pagbalik na stroke, pumasok sa susunod na siklo ng pag-sugpo, at gayon pa ang patuloy na siklo. Sa prosesong ito, ang ugnayan ng pagkakabit sa pagitan ng piston at ng spool ng valve ay ipinapakita sa Fig. 1-2.

Mula sa Fig. 1-1, makikita na habang isinasagawa ang power stroke, kung hindi papansinin ang gravity at friction resistance ng piston, ang puwersang F_q na nagtutulak sa impact work ng piston ay pangunahing kinabibilangan ng hydraulic pressure at nitrogen gas pressure, i.e. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Ang puwersang nagtutulak na F_q ay nauugnay sa front-rear chamber effective area difference, oil pressure p, at nitrogen chamber pressure p_N. Batay sa iba't ibang ratio ng oil work sa gas work, tatlong working form ang maaaring mabuo: purong hydraulic, hydraulic-pneumatic combined, at nitrogen-explosive.

Purong hydraulic: p_N = 0. Sa anyong ito, ang hydraulic rock breaker ay walang nitrogen chamber at ang piston ay ganap na pinapagalaw ng pagkakaiba ng presyon ng langis sa upper at lower chamber. F_q = π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Ang anyong ito ang pinakasinaunang anyo nang unang lumitaw ang mga hydraulic rock breaker.

Hidroliko-pneumatiko na kombinasyon: Sa anyong ito, d₁ < d₂, at samultaneamente ay idinagdag ang isang silid ng nitrogen sa likod ng piston, kung saan ipinapasok ang nitrogen upang gumawa ng gawa, kaya p_N > 0. Ang F_q ay binubuo pangunahin ng dalawang bahagi: ang pagkakaiba ng presyon ng langis sa harap at likod na silid, at ang puwersa mula sa kompresyon at ekspansyon ng nitrogen. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Ang anyong ito ay kasalukuyang ang pinakakaraniwang anyo ng hidrolikong rock breaker. Batay sa iba’t ibang proporsyon ng ambag ng langis at gas sa kabuuang puwersang nagpapagalaw—ibig sabihin, sa iba’t ibang rasyo ng trabaho ng gas sa likido—maaaring makabuo ng mga produkto na may iba’t ibang performance.

Nitrogen-explosibo: Sa anyong ito, d₁ = d₂, at p_N > 0. Ang hidrolikong puwersa sa itaas at ibaba na silid ay zero; ang trabaho ng piston sa panahon ng power stroke ay ganap na pinapagalaw ng presyon ng gas sa silid ng nitrogen. F_q = π/4 · p_N · d₁². Ang anyong ito ay ang pinakabagong anyo ng hidrolikong rock breaker.

Ang lahat ng tatlong anyo ay may kanilang mga kalamangan at kahinaan, ngunit ang kanilang pangkalahatang pagganap ay sumusulong mula sa isang henerasyon patungo sa susunod. Ang purong hydraulic na uri, bilang pinakasimulang anyo ng produkto nang unang lumitaw ang hydraulic rock breakers, ay may simpleng istruktura at maaasahang operasyon nang walang kinakailangang paunang pwersang pampush, ngunit may mababang antas ng paggamit ng enerhiya at hindi angkop para sa paggawa ng mga produkto na may malaking sukat. Ang hydraulic-pneumatic na kombinadong uri ay isang pangunahing pag-unlad kumpara sa purong hydraulic na uri: sa pamamagitan ng pagdaragdag ng nitrogen chamber sa dulo ng piston, ito ay epektibong gumagamit ng enerhiya mula sa return-stroke at malaki ang pagpapabuti sa impact force; ngunit ang istruktura nito ay kumplikado at kinakailangan ang paunang pwersang pampush upang gumana. Ang nitrogen-explosive hydraulic rock breaker, mula sa pananaw ng enerhiya, ay walang kailangang gawin ng oil work sa panahon ng power stroke at kaya’y mas nakakatipid ng enerhiya; samantala, ang mga diameter ng harapan at likurang chamber ng piston ay pantay, na maaaring epektibong lutasin ang kahirapan sa kawalan ng sapat na agarang suplay ng langis sa panahon ng power stroke ng piston. Gayunpaman, dahil sa mataas na paunang presyon ng nitrogen charging, mas malaki ang kinakailangang pwersang pampush.

1.4 Pangunahing Isturktura at Klasipikasyon ng mga Hydraulic Rock Breaker

1.4.1 Pangunahing Isturktura ng mga Hydraulic Rock Breaker

Bagaman maraming uri ng hydraulic rock breaker, ang mga ito ay may karaniwang katangian sa istruktura. Ang pangunahing komposisyon ng isang hydraulic rock breaker ay kinabibilangan ng: katawan ng silindro, piston, distribution valve, accumulator, nitrogen chamber, upuan ng chisel, chisel, mataas na lakas na bolts, at mga sistema ng pag-seal. May kaunting pagkakaiba ang istruktura ng iba’t ibang uri ng hydraulic rock breaker, ngunit ang bawat rock breaker ay naglalaman ng 2 pangunahing gumagalaw na bahagi — ang piston at ang valve spool. Ang pangunahing istruktura nito ay ipinapakita sa Fig. 1-3.

(1) Mekanismo ng Impact

Ang isang hydraulic rock breaker ay may relatibong mahabang at payat na piston, na ang pinakamahalagang bahagi nito. Batay sa teorya ng transmisyon ng stress wave, upang lubos na maipasa ang impact energy ng piston, karaniwang halos katumbas o malapit sa diameter ng dulo ng ulo ng chisel ang diameter ng impact piston, upang matiyak ang buong kontak sa ibabaw ng pag-impact at makamit ang layunin na maipasa nang mahusay ang enerhiya. Ang clearance ng pagkakasunod-sunod (mating clearance) sa pagitan ng impact piston at ng katawan ng cylinder o ng liner sleeve ay isang napakahalagang teknikal na parameter. Kung sobrang malaki ang clearance, magdudulot ito ng napakalaking internal leakage, na magreresulta sa kawalan ng sapat na impact force at maaaring kahit hindi na gumana nang normal ang rock breaker; kung naman sobrang maliit ang clearance, maaaring maging mabagal ang paggalaw ng piston o mangyari ang galling, na sabay-sabay ding magdudulot ng malaking pagtaas sa mga gastos sa produksyon.

(2) Mekanismo ng Distribusyon

Ang isang hydraulic rock breaker ay karaniwang mayroong distribution valve na nagbabago ng direksyon ng daloy ng hydraulic oil, kung saan ito kontrol at pinapagalaw ang balik-balik na galaw ng impact piston. Maraming anyo ng distribution valve; pangkalahatan ito ay nahahati sa dalawang pangunahing kategorya: ang spool valves at ang sleeve valves. Ang spool valves ay karaniwang magaan ang timbang, mababa ang pagkonsumo ng langis, mas maliit ang diameter, at may mas maliit na mating clearance at leakage, ngunit kadalasan ay may step-shaped na istruktura, mas mahina ang structural machinability, at mas malaki ang throttling losses. Ang sleeve valves naman ay mas mabigat, mas malaki ang diameter, at ang mating clearance at leakage ay mas malaki rin; ngunit ang kanilang structural machinability ay mabuti, malaki ang opening area gradient, at maliit ang throttling losses. Ang mating clearance sa pagitan ng valve spool at valve body o valve sleeve ay isa pang mahalagang teknikal na parameter sa paggawa ng hydraulic rock breaker; ang sobrang laki o sobrang kaliit ng clearance ay parehong magdudulot ng hindi normal na pagganap ng valve.

(3) Mekanismo ng Pagpapabilis ng Presyon ng Accumulator

Karamihan sa mga hydraulic rock breaker ay may isa o higit pang accumulator, na gumaganap bilang imbakan ng enerhiya at pagpapabilis ng presyon. Ang isang hydraulic rock breaker ay nagpapagawa lamang nang panlabas sa panahon ng power stroke; ang return stroke naman ay paghahanda para sa power stroke. Kapag bumabalik ang piston, pumapasok ang hydraulic oil sa accumulator sa presyon na mas mataas kaysa sa presyon ng charging chamber, at iniimbak bilang potensyal na enerhiya ng oil sa loob ng accumulator. Ito ay inilalabas naman sa panahon ng power stroke ng piston, kung saan ang karamihan sa enerhiya mula sa return stroke ay nababago sa impact energy. Sa ganitong paraan, ang accumulator ay gumaganap bilang tagapagpabuti ng kahusayan ng paggana ng sistema, habang binabawasan din ang pressure shocks at flow pulsations na dulot ng switching ng distribution valve spool.

(4) Mekanismo ng Paggalaw

Ang paikot ay ang bahaging nagpapagalaw ng hidraulikong breaker ng bato na gumagawa ng panlabas na gawa, na kumikilos nang direkta sa bagay na pinagtratrabaho; ito ay isang bahaging pumapasok sa pagkasira na nangangailangan ng mabuting pagtutol sa pagkakalbo, matigas sa labas at matibay sa loob, at may kahigpitang gradwal na nagbabago mula sa labas patungo sa loob. Upang makaangkop sa iba't ibang kondisyon ng paggawa at mga bagay na pinagtratrabaho, ang mga paikot ay may anyo ng puntod, parisukat, pala, at patag na ulo.

(5) Mekanismo para maiwasan ang pagpaputok nang walang bala

Dahil ang hydraulic rock breaker ay may malaking impact energy, kung papayagan ang piston na direktang sumalo sa katawan ng cylinder, ito ay magdudulot ng matinding pinsala sa katawan ng rock breaker—na nagreresulta sa blank-firing. Ang istruktura para maiwasan ang blank-firing ay binubuo ng pagdaragdag ng isang hydraulic buffer chamber sa harap ng katawan ng cylinder. Kapag ang chisel ay hindi pa nakakasalubong sa bato at gumagalaw pasulong, pumapasok ang impact piston sa buffer chamber, pinipiga ang langis sa loob nito, at sumisipsip ng impact energy, na nagpapabuti ng cushioned protection sa katawan ng makina. Kasabay nito, isinasara ang inlet ng langis sa harap na silid, upang sa ilalim ng gravity at aksyon ng nitrogen sa likurang bahagi, hindi makabalik ang piston; tanging kapag muli nang sumalubong ang chisel sa bato at tumulak pabalik gamit ang mas mataas na arm pressure lamang ang impact piston ang tutulak palabas mula sa buffer chamber at ang high-pressure oil ang maaaring pumasok sa harap na silid, kaya nagpapatuloy ang normal na operasyon. Tulad ng ipinapakita sa Fig. 1-4, pagkatapos ng hydraulic rock breaker na sirain ang bagay na sinusira, ang piston ay maaaring mag-blank-fire ng hindi hihigit sa 1 hanggang 2 beses bago tumigil. Kailangan ng operator na muling pumili ng impact point, ipindot nang mahigpit ang chisel, ilagay ang presyon, at ang chisel ang magtutulak sa piston palayo sa inlet ng langis sa lower chamber, upang magsimula muli ang gawain.

(6) Iba pang mekanismo

Ang iba pang mekanismo ng hydraulic rock breaker ay kinabibilangan ng: connecting frame, vibration damping mechanism, sealing system, automatic lubrication system, atbp.

1.4.2 Pag-uuri ng Hydraulic Rock Breaker

Maraming uri ng hydraulic rock breaker at maraming paraan ng pag-uuri nito. Ang pangunahing paraan ng pag-uuri ay ang mga sumusunod:

(1) Pag-uuri ayon sa paraan ng pagpapatakbo

Ang hydraulic rock breaker ay nahahati sa dalawang uri batay sa paraan ng pagpapatakbo nito: carrier-mounted at handheld. Ang handheld na uri ay mga maliit na rock breaker, na tinatawag ding hydraulic chisels; ang timbang nito ay karaniwang nasa ilalim ng 30 kg, pinapatakbo ng kamay, at pinapagana ng isang hiwalay na hydraulic pump station, at maaaring palawakin ang paggamit nito bilang kapalit ng pneumatic chisel. Ang carrier-mounted na uri ay mga katamtamang sukat at malalaking rock breaker na direktang inilalagay sa boom ng hydraulic excavator, loader, at iba pang hydraulic carrier machine, gamit ang power system, hydraulic system, at boom motion system ng carrier machine upang maisagawa ang operasyon.

(2) Pag-uuri ayon sa pamamagitan ng gumagana na daluyan

Ang mga hydraulic rock breaker ay nahahati sa tatlong pangunahing kategorya ayon sa gumagana na daluyan: ang purong hydraulic, ang hydraulic-pneumatic na kombinasyon, at ang nitrogen-explosive. Ang mga purong hydraulic ay umaasa nang buo sa presyon ng hydraulic oil upang ipagalaw ang piston; ang mga hydraulic-pneumatic na kombinasyon ay umaasa sa parehong hydraulic oil at compressed nitrogen sa likurang bahagi upang sabay-sabay na ipagalaw ang piston; samantalang ang mga nitrogen-explosive ay umaasa nang buo sa agarang pagpapalawak ng nitrogen sa likurang nitrogen chamber upang itulak ang piston at gawin ang trabaho.

(3) Pag-uuri ayon sa paraan ng feedback

Ang mga hidraulikong breaker ng bato ay nakakalasify depende sa paraan ng feedback sa dalawang uri: stroke feedback at pressure feedback. Ang pagkakaiba ay nasa paraan kung paano kinokolekta ang feedback signal para sa commutation ng distribution valve. Ang mga hidraulikong breaker ng bato na gumagamit ng stroke feedback ay umaasa sa pagbukas at pagsara ng mga butas para sa high-pressure oil feedback sa piston habang ito ay gumagalaw upang kontrolin ang commutation ng distribution valve; ang posisyon ng mga feedback hole ay maaaring itakda lamang nang pilit, at dahil sa mga limitasyon sa istruktura, ang maximum na bilang ng maaaring itakda ay tatlo; kaya naman, ang mga hidraulikong breaker ng bato na gumagamit ng stroke feedback ay hindi kayang magbigay ng stepless adjustment sa impact frequency. Samantala, ang mga hidraulikong breaker ng bato na gumagamit ng pressure feedback ay umaasa sa pagkuha ng system pressure o nitrogen chamber pressure sa likod ng piston upang kontrolin ang commutation ng distribution valve; habang pumasok ang piston sa nitrogen chamber, patuloy na nagbabago ang presyon sa loob ng nitrogen chamber, at kapag nadetektahan ng pressure sensor na naka-install sa loob ng chamber ang isang pre-set na presyon, ang valve ay gumagawa ng commutation sa pamamagitan ng microcomputer control; dahil ang commutation pressure ay maaaring itakda nang arbitrary, ang mga hidraulikong breaker ng bato na gumagamit ng pressure feedback ay kayang magbigay ng stepless adjustment.

(4) Pag-uuri ayon sa paraan ng distribusyon

Batay sa anyo ng distribusyon na balbula, maaari silang iuri sa dalawang pangunahing kategorya: ang 3-way valve na single-face return oil at ang 4-way valve na double-face return oil. Ang mga istrukturang anyo ng single-face return oil ay may mga pakinabang tulad ng simpleng mga daanan ng langis at madaling kontrol; sa praktika, ang mga ito ay mas karaniwang ginagamit. Ang single-face return oil ay maaaring hatiin sa dalawang uri: ang front-chamber return oil at ang rear-chamber return oil; sa mga ito, ang front-chamber return oil ay may mga kahinaan tulad ng malaking suction at mataas na resistance sa return oil, kaya ang pinakakaraniwang anyo ngayon ay ang front-chamber constant-pressure, rear-chamber return oil. Ang 4-way valve double-face return oil ay tinatawag din na double-acting type; ang katangian nito ay walang constant pressure chamber, kung saan ang presyon sa harap at likod na silid ay pumapalit-palit sa pagiging mataas at mababa; ngunit dahil sa kumplikadong mga daanan ng langis ng double-face return oil na istrukturang anyo, ito ay hindi karaniwan.

(5) Pag-uuri ayon sa layout ng distribution valve

Batay sa layout ng distribution valve, maaari silang iuri sa dalawang uri: internal-mount at external-mount. Ang internal-mount type ay maaari pa ring iuri sa spool type at sleeve type. Ang internal-mount na distribution valve ay isinasama sa katawan ng cylinder bilang iisang yunit, na may kompakto at nakapipigil na istruktura; samantala, ang external-mount na distribution valve ay nasa labas ng katawan ng cylinder bilang hiwalay na bahagi, na may simpleng istruktura at madaling pagpapanatili at pagpapalit.

Bukod dito, batay sa antas ng ingay, maaari silang iuri sa low-noise at standard na uri; batay sa anyo ng panlabas na kabalatan, maaari silang iuri sa triangular, tower-shaped, at enclosed rock breakers, at iba pa. Ang iba’t ibang paraan ng pag-uuri ay binubuod sa Fig. 1-5.