Pangkalahatang Pagtingin sa Teoretikal na Pananaliksik Tungkol sa Hydraulic Rock Breaker

1.5 Pangkalahatang Pagtingin sa Teoretikal na Pananaliksik Tungkol sa Hydraulic Rock Breaker

Sa panahon ng operasyon ng hydraulic rock breaker, ang presyon ng langis sa working chamber ay nagbabago nang mataas na dalas sa ilalim ng kontrol ng directional valve; ang mga katangian ng likido sa oil passage ay hindi maaaring talakayin nang payak ayon sa teorya ng hydraulic transmission, at kailangang gamitin ang pagsusuri ng hydraulic vibration theory. Ang puwersang kumikilos sa piston at chisel ay tumataas mula sa zero hanggang sa sampu-sampung hanggang sa daan-daang megapascal sa loob lamang ng ilang sampung microsecond, pagkatapos ay bumababa muli sa zero; ang anyo ng energy transmission sa pamamagitan ng stress waves ang nagtutukoy na ang paglalarawan ng work process ay hindi maaaring gamitin nang payak ang statics, rigid body mechanics, at kinematics theory. Ang prinsipyo ng impact machine ay kabilang sa mga problema ng elastic body dynamics at kailangang gamitin ang wave theory upang tumpak na ilarawan ang proseso ng energy transmission.

Batay sa mga pagkakaiba sa pangunahing mga assumpyon at mathematical models, ang pananaliksik sa hydraulic rock breaker ay nahahati sa dalawang pangunahing kategorya: ang pananaliksik sa linear model at ang pananaliksik sa nonlinear model.

1.5.1 Mga Linear na Modelong Pananaliksik para sa mga Hydraulic Rock Breaker

Ang linear na pananaliksik ay isang idealisadong pananaliksik na isinagawa sa pamamagitan ng pagli-linearity sa mga hindi linear na hydraulic na rock breaker gamit ang mga pagsusuri — ang mga linear na modelo na nakukuha sa ilalim ng pagsusuri ng 'pare-parehong hydraulic oil pressure' at ang pag-i-ignora sa ilang mga kadahilanan. Ang batayan ng pananaliksik nito ay ang pananaw na inihain ng mga mananaliksik mula sa panahon ng Unyong Sobyet, sina OdAlimov at SAbasov, sa kanilang aklat na 'Teorya ng Istukturang Hydraulic Vibration Impact Machine': 'Sa ilalim ng kondisyon ng pagtitiyak ng isang tiyak na bilis sa dulo ng impact, ang pressure-fully-equal pressure control ang pinakamahusay na kontrol na may pinakamataas na kahusayan.' Sa batayan ng pagsusuri ng 'constant pressure control,' ang mga mananaliksik mula sa panahon ng Unyong Sobyet ay nagmungkahi ng pinakamahusay na disenyo para sa minimum na peak thrust force. Ang Hapones na mananaliksik na si Nakamai at iba pa, sa batayan nito at kasama ang pagsasaalang-alang sa pipeline resistance, ay isinagawa ang teoretikal at disenyo na pananaliksik tungkol sa adjustability ng piston stroke. Si Propesor Li Dazhi ng Beijing University of Science and Technology ay nagmungkahi ng ideya ng optimal stroke design. Sinuri nina Chen Yufan at iba pa ang mga linear na modelo ng impact device, gamit ang dimensionless analysis kasama ang optimal stroke method, upang isagawa ang dimensionless analysis sa mga parameter ng impact device, na nakakuha ng serye ng mga relational expression ng parameter para sa gabay sa gawain ng disenyo. Si Guro Chen Dingyuan ng Beijing University of Science and Technology, gamit ang C = S/S_m (kung saan ang S ay ang operating stroke at ang S_m ay ang maximum stroke) bilang variable sa disenyo, ay isinagawa ang dimensionless analysis sa hydraulic rock breakers at natuklasan na ang optimal efficiency zone ay C = 0.75 hanggang 0.850. Si Guro Wang Zheng ng Beijing University of Science and Technology, gamit ang oras na t ng piston return acceleration bilang variable sa disenyo, ay isinagawa ang komprehensibong parameter analysis at natuklasan na: kapag ang pagbabago sa dami ng accumulator ay minimum, t = 0.406T; at kapag ang hydraulic impact ay minimum, t = 0.5T. Si Guro He Qinghua ng Central South University ay gumamit ng structural characteristic coefficient ng impact device — ang ratio ng effective area ng harap at likod na silid ng piston — bilang dimensionless design variable upang isagawa ang optimisation design sa mga impact device. Dahil ang maraming linear na pag-aaral ay hindi isinasaalang-alang ang mutual restraint relationship sa pagitan ng piston at valve na direktang nakaaapekto sa impact performance at sa estado ng accumulator, hindi nila kayang tumpak na ipakita ang interrelationships sa pagitan ng maraming structural parameters sa mekanismo. Bagaman ang presisyon ng kanilang pananaliksik ay relatibong mababa, ang kanilang mga resulta ay kayang magpakita ng pangkalahatang ugnayan ng epekto ng iba't ibang kadahilanan sa performance, at kaya'y may tiyak na praktikal na halaga sa teoretikal at disenyo na pananaliksik.

1.5.2 Mga Di-Linyar na Modelong Panghidrauliko para sa mga Pambasag Bato

Bilang isang kahalintulad at kumplikadong sistema ng mekanikal na feedback tracking na may iisang katawan, ang panghidraulikong pambasag bato—tulad ng mga di-linyar na sistema sa iba pang larangan—ay may maraming di-linyar na pangyayari at pattern. Ang pananaliksik tungkol sa mga di-linyar na aspeto ay mas kumpleto nang isinasaalang-alang ang mga salik na nakaaapekto sa galaw ng panghidraulikong pambasag bato, at mas kumpleto ring pinanalisis ang estado ng stress nito, na humantong sa pagkuha ng mga hanay ng di-linyar na diperensiyal na ekwasyon ng mataas na orden upang ilarawan ang mga pattern ng kanyang galaw. Gayunpaman, mahirap lutasin ang mga ekwasyong ito, hindi madaling intindihin ang kanilang paglalarawan, at maaari lamang nilang malutas gamit ang mga kompyuter sa pamamagitan ng numerikal na paraan. Sa mga nakaraang taon, kasabay ng pag-unlad ng agham at teknolohiya ng kompyuter at ng pagkalat ng mga mikrokompyuter, ang pananaliksik tungkol sa mga di-linyar na matematikal na modelo ay sumisigla ng mas malaking atensyon mula sa mga tao.

Mula pa noong maagang bahagi ng dekada 1970, ginamit na ng mga dayuhang mananaliksik ang mga digital na kompyuter sa pagsasaliksik sa simulasyon ng mga makina ng impact sa pneumatic rock drills, kung saan nakamit nila ang mga resulta na medyo tumpak. Noong 1976, si Masao Masabuchi, isang Hapones na mananaliksik, ang unang gumamit ng matematikal na komputasyon upang pag-aralan ang mga hydraulic rock breaker, kung saan iniharap niya ang isang matematikal na modelo para sa isang hydraulic impact test device at gumamit ng iterative computation upang mahanap ang bilis at dalas ng power stroke, at kung paghambingin ito sa mga sukat na tunay na nakuha. Sa dekada 1980, pinag-aralan naman ng mga Hapones na mananaliksik na sina Takauchi Yoshio at Tanimata Shu at iba pa ang nonlinear na aspeto ng performance at disenyo ng hydraulic rock breaker, kung saan iniharap nila ang mga analytical model na angkop para sa pagtataya at disenyo ng performance ng hydraulic rock breaker, pati na rin ang teorya ng derivation at paraan ng pagsusuri para sa analytical model. Noong 1980, sina Li Dazhi at Chen Dingyuan ng Beijing University of Science and Technology ang nagmungkahi ng isang nonlinear na matematikal na modelo na gumagamit ng presyon ng accumulator bilang working pressure, at humanap ng mga stable numerical solutions. Noong 1983, si He Qinghua ng Central South Industrial University, sa kanyang aklat na 'Hydraulic Rock Breaker Numerical Simulation Research', ay gumamit ng state switching method upang magtatag ng isang komprehensibong matematikal na modelo, iniharap ang 'Quasi-uniform acceleration calculation method' (PUA method), tinama ang mga error sa mga state transition points, at pinabuti ang katumpakan ng simulasyon. Noong 1987, si Propesor Chen Xiaozhong at Guro Chen Dingyuan ng Beijing University of Science and Technology ang nagtatag ng isang nonlinear na matematikal na modelo ng impact mechanisms at sumulat ng mga simulation programme sa BASIC, kung saan nakamit nila ang mga datos ng simulasyon na medyo pareho sa mga sukat na tunay na nakuha. Sa panahon ng operasyon ng hydraulic rock breaker, dahil sa mataas na presyon, maikling impact cycle, at madalas na pagbabago ng direksyon ng daloy ng langis, mayroong patuloy na nagbabagong variable pressure chamber; kaya kapag dumadaloy ang hydraulic oil sa iba’t ibang clearances, nabubuo ang malaking halaga ng init, na nagdudulot ng lokal na mataas na temperatura at nakaaapekto sa performance ng impact device at lokal na lubrication; gayunpaman, ang pananaliksik sa larangang ito ay nananatiling walang laman.

Dahil sa kumplikadong galaw ng hydraulic rock breaker, ang mga nonlinear na modelo ay itinatayo rin batay sa ilang tiyak na mga pagpapalagay, kaya wala nang tunay na malaking pagkakaiba sa pagitan ng linear at nonlinear na mga modelo sa paglalarawan sa pangunahing kalikasan ng mga bagay — ang tanging iba ay ang mga paraan ng paglutas ng matematikal na modelo. Ang mga linear na modelo ay gumagamit ng analitikal na solusyon, samantalang ang mga nonlinear na modelo ay kailangang gumamit ng numerikal na pamamaraan sa pamamagitan ng kompyuter para sa solusyon. Pareho lamang ang nagbibigay ng aproksimasyon sa mga pattern ng galaw ng impact device, at upang makakuha ng mas tiyak na paraan ng paglalarawan, kinakailangan pa ring paunlarin ang computational fluid dynamics.

Kailangang banggitin na kasabay ng pag-unlad ng teknolohiya ng hydraulic rock breaker, lalo na sa pagsulpot ng hydraulic-pneumatic combined at nitrogen-explosive hydraulic rock breakers, ang working medium ng hydraulic rock breaker ay hindi lamang langis kundi pati na rin ang gas; at ang pag-introduce ng nitrogen ay nagdagdag pa ng higit na kahirapan at kumplikasyon sa teoretikal na pananaliksik.

1.5.3 Pananaliksik sa mga Pangunahing Bahagi ng Hydraulic Rock Breaker

(1) Pananaliksik sa Piston

Ang disenyo at kalidad ng paggawa ng impact piston ay nagtatakda nang malaki sa pagganap ng impact device. Ang mga dalubhasang Tsino ay nagpatupad ng malalim na pananaliksik tungkol dito. Si Guro Meng Suimin ng Gezhouba Hydroelectric Engineering College, na nakabatay sa linear model, ay gumamit ng dimensionless analysis upang magsagawa ng paunang pagsusuri sa epekto ng piston rebound velocity sa mga operating parameter ng hydraulic rock breaker. Si Propesor Liu Deshun ng Xiangtan Engineering College, sa kanyang aklat na 'Calculation of rock drill piston rebound velocity', ay ginamit ang wave dynamics theory, at batay sa pagsusuri sa working principle ng rock drilling, ay iniharap ang mga formula para sa pagpapasya sa piston rebound at sa pagkalkula ng piston rebound velocity para sa rock drills, na nagresulta sa mga sumusunod na konklusyon: ① Ang estado ng piston rebound at ang rebound velocity ay may kaugnayan sa mga katangian ng piston, chisel, at bato, at ang kanilang epekto ay hindi hiwalay kundi magkaugnay. ② Ang mas maliit na unloading stiffness coefficient ng bato, ang mas malaki ang rebound velocity. Ang mas maliit na coefficient γ na nagpapakita ng loading properties ng rock drill at ng bato, ang mas malaki ang rebound velocity. ④ Upang makamit ang isang relatibong ideal na kahusayan sa rock drilling, dapat kontrolin ang characteristic coefficient γ sa loob ng saklaw na 1 ≤ γ ≤ 2 kapag dinidisenyo ang isang impact device.

Ang industriya ay unti-unting nabuo ng ilang mga gabay sa disenyo ng piston:

1) Dapat mahaba ang piston at bawasan ang mga hindi kinakailangang pagbabago sa cross-sectional nito, upang mapabuti ang kahusayan ng pagpapasa ng enerhiya at ang buhay na serbisyo ng chisel.

2) Ang lugar ng ibabaw ng piston na tumatama ay dapat katumbas o malapit sa sukat ng dulo ng ibabaw ng chisel, at dapat mayroong tiyak na haba ng taper, upang mapabuti ang pagpapasa ng impact waves.

3) Ang full stroke at over-stroke ng piston ay hindi dapat sumira sa mga istrukturang pang-seal sa parehong dulo.

4) Dapat mabuti ang disenyo ng mga dimensyon ng hydraulic pad para sa blank-firing at ng mga haba ng sealing sa bawat segment ng piston.

5) Kinakailangan ang tamang pagpili ng materyales — ang materyales ng piston ay dapat may mataas na mekanikal na pagganap, mataas na surface hardness, mabuting core toughness, at napakahusay na resistance sa abrasion at impact.

6) Ang agwat ng pagsasama sa pagitan ng piston at katawan ng silindro ay dapat na maingat na itakda, na isinasaalang-alang ang buong saklaw ng mga pagkawala dahil sa panunulid at ang kahusayan ng paggawa. Karaniwan, ang agwat ng pagsasama sa pagitan ng piston at katawan ng silindro ay 0.04 hanggang 0.06 mm, at ang agwat ng pagsasama sa pagitan ng piston at suportang sleeve ay 0.03 hanggang 0.05 mm.

(2) Pananaliksik sa distribusyon na balbula

Sa kasalukuyan, ang malaking karamihan ng mga hydraulic rock breaker ay gumagamit ng mga sistema ng piston na kontrolado ng valve na may positional feedback, at nagpapakita ng mataas na bilis na pabalik-balik na paggalaw ng piston sa pamamagitan ng pagbabago ng pattern ng suplay ng langis sa isang tiyak na silindro ng impact device. Bagaman ang anyo ng kontrol na ito ay relatibong simple, ang proseso ng transisyon nito ay relatibong kumplikado. Sa panahon ng proseso ng paglipat ng valve, ang oras, bilis, stroke, konsumo ng langis, at iba pang mga parameter ay lahat nagbabago nang paunti-unti, na maaaring magdulot ng malaking epekto sa pagganap ng impact device. Para dito, sina Liu Wanling et al. ng Beijing University of Science and Technology ay isinagawa ang espesyal na pananaliksik sa mga katangian ng mga control valve sa mga hydraulic impact system sa pamamagitan ng teorya at eksperimento, kung saan nakakuha sila ng aktwal na trajectory ng paggalaw ng valve ng impact device na pinag-aaralan, inilantad ang mga pattern ng paggalaw ng directional valve, at tinukoy ang mga pangunahing parameter ng control valve na nakaaapekto sa pagganap ng impact device. Si Qi Renjun et al. ng Central South University ay isinagawa ang teoretikal na pagsusuri sa proseso ng valve control, ang pananaliksik sa optimisasyon ng istruktura at mga parameter ng valve, at nakakuha ng ilang kapaki-pakinabang na konklusyon tungkol sa mga regularidad; at na-target ang posibleng velocity saturation at cavitation phenomena sa panahon ng mataas na bilis na paggalaw ng directional valve, kung saan inimungkahi nila ang mga epektibong solusyon tulad ng pagbawas sa masa at stroke ng valve spool habang anggkop na pinaaangat ang diameter ng oil passage. Sina Liu Wanling at Gao Lanqing ng Beijing Iron and Steel College, sa kanilang aklat na 'Dynamic Characteristic Analysis of Hydraulic Rock Breaker Directional Valve — Simulation and Experimental Research', gamit ang BASIC programming, ay sinuri ang paraan ng pagpapabuti ng dynamic characteristics ng valve, at natukoy na habang tumataas ang zero-overlap opening, mabilis na bumababa ang presyon sa likurang silindro, tumataas ang impact work, unti-unting bumababa ang impact frequency, at lumulugnay ang kahusayan ng impact device; ngunit kapag sobrang laki ng zero-overlap opening, dahil sa pagbaba ng haba ng sealing sa valve shoulder, ang operasyon ng valve ay naging hindi maaasahan.

(3) Pananaliksik sa Accumulator

Ang accumulator ay isang mahalagang bahagi ng hydraulic rock breaker, at ang kanyang istruktura ay direktang nakaaapekto sa kabuuang pagganap ng makina ng hydraulic rock breaker. Kaya naman, habang pinag-aaralan ang pagganap ng hydraulic rock breaker, pinag-aaralan din ang mga accumulator. Noong 1990, ginawa ng mga mananaliksik mula sa Hapon na sina Takauchi Yoshio at Tanimata Shu et al. ang eksperimental at teoretikal na pananaliksik, at batay sa nabuo nilang analytical model, ginamit ang state equation upang makuha ang pormula sa pagkalkula ng volume ng nitrogen charge ng accumulator, at eksperimental na sinuri ang katumpakan ng pormulang ito, na nagbigay ng teoretikal na batayan sa pagdidisenyo ng optimal na accumulator. Noong 1986, si Duan Xiaohong ng Beijing University of Science and Technology, gamit ang lumped parameter method, ay nagtatag ng dynamic model ng high-pressure membrane accumulators, at gumamit ng parehong eksperimental at komputasyonal na pamamaraan upang analisahin ang frequency characteristics ng accumulator system, talakayin ang optimal na coupling sa pagitan ng accumulator at hydraulic rock breaker, at ipinahayag na ang optimal na working zone ng impact device ay kung saan dominante ang secondary harmonic response ng accumulator sa mga pagbabago ng pressure ng sistema sa enerhiya. Noong 1986, si Guro He Qinghua ng Central South University ay naglabas ng isang papel na may pamagat na 'Return Oil at Return Oil Accumulator ng Hydraulic Impact Mechanisms', kung saan inilahad na ang operasyon na hydraulic pressure ng hydraulic rock breaker ay nakasalalay pangunahin sa inertia force ng sariling mga gumagalaw na bahagi nito; ito ay isang mahalagang katangian ng hydraulic rock breaker na nagmemarka sa kanya bilang iba sa karaniwang hydraulic machinery kung saan ang operasyon na hydraulic pressure ay nakasalalay pangunahin sa external load. Ang return back-pressure ay pangunahin ang inertial hydraulic pressure na nabubuo kapag ang langis ay pabilisin habang ang mga piston o valve ay nagpapalabas ng langis patungo sa return oil pipe; at ipinahayag na, dahil ang discharge flow ng impact device ay iba sa pattern ng pagbabago ng oil flow sa return pipe, kapag ang daloy na pumapasok sa return pipe ay mas kaunti kaysa sa daloy ng langis na gumagalaw sa loob ng return pipe, magkakaroon ng cavitation. Upang bawasan ang inertial return pressure at alisin ang return cavitation, iminungkahi ang pag-install ng isang return accumulator sa hydraulic rock breaker, at mula rito ay inimungkahi rin ang isang paraan sa disenyo ng mga parameter ng return accumulator. Sa mga nakaraang taon, ang Beijing University of Science and Technology ay nagpatuloy sa pananaliksik tungkol sa dynamic coupling characteristics ng mga accumulator ng hydraulic rock breaker, binuo ang simulation software package na HRDP, at nakamit ang mga resulta sa verification calculations para sa optimal na dynamic coupling characteristics ng accumulator.

(4) Pananaliksik tungkol sa mga device na pangpigil ng blank-firing at mga absorber ng enerhiya mula sa pagbalik ng chisel

Dahil ang hindi maiiwasang pagbalik ng chisel at ang mga pangyayari ng blank-firing ay nangyayari habang gumagana ang hydraulic rock breaker, ang pagganap ng chisel rebound energy absorber at ng blank-firing prevention device ay may malaking epekto sa buhay na serbisyo ng hydraulic rock breaker. Si Guro Meng Suimin, sa kanyang papel na 'Pagsusuri sa Bilis ng Pagbalik ng Piston ng Rock Drill', ay sinuri nang sistematiko ang mga kadahilanan ng pagbalik ng dulo ng chisel at tinalakay ang mga paraan ng pag-absorb ng enerhiya mula sa pagbalik ng chisel. Si Liao Yide ng Central South University, sa kanyang papel na 'Teorya at Eksperimental na Pananaliksik Tungkol sa Mga Blank-Firing Buffer Device ng Hydraulic Rock Drill', ay itinatag ang isang matematikal na modelo ng proseso ng blank-firing buffer at isinagawa ang pananaliksik gamit ang simulasyon. Si Dr. Liao Jianyong, sa kanyang papel na 'Teorya ng Disenyo at Computer-Aided Design ng Mga Multi-Stage Hydraulic Rock Drills', ay isinagawa ang computer simulation at optimisasyon ng disenyo ng mga chisel rebound energy absorber devices at ng mga blank-firing prevention devices. Si Liu Deshun ng Central South University, sa kanyang doktoral na disertasyon na 'Pananaliksik sa Wave Dynamics ng mga Impact Mechanisms', ay ginamit ang wave dynamics theory upang kalkulahin ang mga pormula sa bilis ng pagbalik para sa bawat bahagi ng impact device, at inilahad na ang enerhiya mula sa pagbalik ay maaaring gamitin sa pamamagitan ng makatuwirang disenyo ng bawat bahagi ng impact device. Ang Hydraulic Engineering Machinery Research Institute ng Central South University ay nag-unlad ng isang dalawang yugtong blank-firing buffer device, na lubos na ginamit ang kakayahan ng chisel rebound energy absorber — isang malikhaing pananaliksik na tagumpay.

1.5.4 Pananaliksik Tungkol sa Teknolohiya ng Pag-aadjust ng Dalas, Pag-aadjust ng Enerhiya, at Kontrol para sa mga Hydraulic Rock Breaker

Sa pag-unlad ng teknolohiya ng hydraulic rock breaker, ang konstruksyon sa field ay nagtakda ng mga bagong kinakailangan para sa mga hydraulic rock breaker. Upang epektibong mapabuti ang kahusayan ng produksyon, kinakailangan na ang impact energy at impact frequency ng hydraulic rock breaker ay maaaring magbago batay sa mga pagbabago sa katangian ng bato. Ibig sabihin, sa ilalim ng kondisyon na pinakamainam na ginagamit ang installed capacity ng carrier machine, kapag mas matigas ang bato, ang hydraulic rock breaker ay nagpapalabas ng mas malaking impact energy at mas mababang impact frequency; sa kabaligtaran nito, nagpapalabas ito ng mas maliit na impact energy at mas mataas na impact frequency, upang maabot ang mas mataas na kahusayan ng produksyon. Upang makamit ang mga layuning ito, isinagawa ang malawakang pananaliksik parehong lokal at internasyonal.

Mula sa teoretikal na pananaliksik tungkol sa mga hydraulic rock breaker, ang kanilang output (impact energy at frequency) ay maaaring pangunahing i-adjust gamit ang tatlong paraan: ① pag-aadjust ng daloy; ② pag-aadjust ng stroke; ③ pag-aadjust ng feedback pressure. Kasalukuyan, ang karamihan sa mga domestic at foreign hydraulic rock breaker ay may isang nakafixed na stroke lamang—ibig sabihin, ang kanilang output ay hindi maa-adjust. Syempre, kung gagamitin ng ganitong uri ng hydraulic rock breaker ang paraan ng pag-aadjust ng daloy upang i-adjust ang output, bagaman teoretikal na posible ito, hindi ito praktikal na maisasagawa. Dahil ang mga pagbabago sa daloy ay magdudulot ng kasabay na pagbabago sa kanilang mga output parameter, kaya hindi maaabot ang independent na pag-aadjust.

Bagaman ang ilang lokal at dayuhang tagagawa ay nagdisenyo at gumawa ng mga hydraulic na rock breaker na may adjustable na stroke, dahil sa kanilang matigas na istruktura at hakbang-hakbang na pag-aadjust, napakahirap gamitin at may mahinang resulta, hindi sila tinatanggap ng mga gumagamit. Sa feedback distribution ng stroke, ang mga output na working parameters nito ay pangunahing ina-adjust sa pamamagitan ng pagbabago sa daloy ng input ng sistema, o sa pamamagitan ng pagdaragdag ng maraming butas para sa return stroke feedback signal, at sa pamamagitan ng pagkontrol sa pagbukas at pagsara ng bawat butas ng signal upang i-adjust ang stroke ng piston, kaya naman binabago ang impact energy at impact frequency ng hydraulic rock breaker. Halimbawa, ang tatlong bilis na hydraulic na rock drill na ginawa ng Atlas-Copco sa Sweden. Ang serye ng YYG na awtomatikong gear-shifting na hydraulic rock breaker ng Central South University — dahil sa limitasyon ng istruktura, ang prinsipyong ito ay nakakamit lamang ang hakbang-hakbang na pag-aadjust ng mga working parameter ng hydraulic rock breaker, at dahil ang presyon at daloy ng impact system ay proporsyonal sa kwadrado ng isa’t isa, ang sabay na pagtaas ng impact energy at impact frequency ay magdudulot ng napakalaking pagbabago sa kapangyarihan ng carrier machine, kaya nabibilanggo ang lawak ng operasyon at kahusayan ng hydraulic rock breaker. Si Propesor Takashi Takahashi ng Akita University sa Hapon, sa isang papel, inilarawan ang pag-aadjust sa posisyon ng return stroke signal port upang makamit ang layunin na baguhin ang stroke ng piston ng hydraulic rock breaker. Ang mga eksperimento ay napatunayan na kapag ang stroke ng piston ay nadagdagan ng 10%, bagaman bumaba ang impact frequency ng 8%, ang impact energy naman ay tumataas ng 12%, na nagpabuti sa kahusayan ng paggana at nagbigay ng teoretikal at eksperimental na ebidensya para sa disenyo ng mga hydraulic rock breaker na may adjustable na stroke. Si Guro He Qinghua ng Central South University, sa kanyang aklat na 'Pananaliksik Tungkol sa Mga Hydraulic na Impact Machine na May Adjustable na Stroke', inihambing ang ilang uri ng mga paraan ng gear-shifting at teoretikal na pinag-analisa ang mga ugnayan sa pagitan ng iba’t ibang working parameter ng mga hydraulic na impact device na may adjustable na stroke at ng mga gear-shifting stroke; ang mga resulta ay may malinaw na gabay na kahalagahan sa disenyo at paggamit ng mga hydraulic rock breaker na may gear-shifting. Ipinakilala ng aklat na ito ang konsepto ng independiyenteng at walang hakbang (stepless) na pag-aadjust ng mga working parameter batay sa prinsipyo ng pressure feedback, at ipinakilala ang bagong produkto ng hydraulic rock breaker na ito. Pangunahing ina-adjust nito ang solong impact energy ng impact device sa pamamagitan ng pagkontrol sa sukat ng presyon ng return ng piston; samantala, sa pamamagitan ng pagkontrol sa daloy ng variable pump, ina-adjust nang walang hakbang ang frequency ng impact device, kaya ang impact energy at impact frequency ay maaaring magkahiwalay at walang hakbang na i-adjust sa loob ng isang relatibong malawak na saklaw, habang ang pagbabago sa kapangyarihan ng carrier machine ay maliit lamang. Tungkol sa teoretikal na pananaliksik, disenyo ng istruktura, at mga paraan ng kontrol para sa bagong uri ng hydraulic impact machine na ito, ang mga may-akda ay nagsagawa ng pananaliksik sa mga hydraulic impact device na may independiyenteng stepless na pag-aadjust ng impact energy at impact frequency. Si Dr. Zhao Hongqiang, sa kanyang doktoral na disertasyon na 'Pananaliksik Tungkol sa Bagong Uri ng Hydraulic na Stone Crusher na May Independent Stepless Adjustment Control', ay sumira sa tradisyonal na paraan ng stroke feedback control ng hydraulic rock breaker, at ginamit ang pressure feedback at variable pump flow control methods, kaya naman natamo ang independent stepless adjustment control ng impact energy at impact frequency ng hydraulic rock breaker. Si Ding Wensi, sa kanyang doktoral na disertasyon, gamit ang nitrogen pressure sa dulo ng crusher bilang control variable, ay gumawa ng malawak na gawain sa mga crusher na may forced distribution-type control gamit ang high-speed switching valves, at natamo ang independent frequency tuning at energy tuning ng mga crusher. Si Zhang Xin, sa kanyang 'Pananaliksik Tungkol sa Bagong Uri ng Pressure Feedback Hydraulic Impact Device System na May Machine-Electric Integration', ay gumamit ng single-chip microcomputer na kontrolado ng high-speed switching valves upang maisakatuparan ang microcomputer control ng impact device. Si Yang Guoping, sa kanyang doktoral na disertasyon na 'Pananaliksik Tungkol sa Pure Hydraulic na Independent Stepless Frequency-Tuning Energy-Tuning Hydraulic Impact Device', ay nagmungkahi ng isang intelligent impact device na may pure hydraulic control scheme na nakakapag-realise ng stepless na pag-aadjust ng impact energy at impact frequency ng hydraulic rock breaker gamit ang pilot-type distribution valve handle.

1.5.5 Kasalukuyang Kalagayan ng Pananaliksik sa Teknolohiyang Pang-simulasyon ng Hydraulic Rock Breaker

Mula sa pananaw ng disenyo at pag-unlad ng produkto, ang pananaliksik sa mga dinamikong katangian ng mga mekanismo ay pinakamainam na isagawa noong yugto ng pag-unlad at disenyo ng produkto. Ang pang-simulasyon ng dinamikong tugon ng mga hydraulic control system ay palaging isang larangan na patuloy na pinag-aaralan ng industriya ng hydraulic at ito rin ang karaniwang ginagamit na paraan upang pag-aralan ang mga katangiang dinamiko ng tugon ng mga control system.

Ang espesyal na paraan ng paggana ng hydraulic rock breaker ay nagtatakda na ang pagsusuri at pagsubok ng dynamic simulation ay dapat maging pangunahing batayan para sa teoretikal na disenyo at pag-unlad ng mekanismo. Nang dumating ang mga kompyuter, nawala na ang hadlang na nakasalalay lamang sa pagsubok ng produkto upang makakuha ng tumpak o maaasahang resulta sa pagganap ng kilusan ng mekanismo. Simula noon, ginamit ng mga mananaliksik ang iba't ibang pamamaraan upang magbuo ng mga matematikal na modelo na naglalarawan sa hydraulic vibration at sa kilusan ng impact machine, pinag-aaralan ang proseso ng pagbabago ng mga parameter ng hydraulic rock breaker gamit ang teknolohiyang pang-simulasyon, at ginagamit ang teknolohiyang virtual prototype upang pasimulain ang mga proseso ng kilusan ng mga impact machine. Kapag natukoy na ang mga resulta ng disenyo, malinaw na maunawaan ang kilusan ng mekanismo at mai-kalkula ang mga kaugnay na parameter ng pagganap, na nagbibigay ng mahusay na daan para maikli ang mga siklo ng pag-unlad ng bagong produkto, mapabuti ang disenyo, at maisagawa ang pagsusuri ng dynamic performance.

Noong mga 1960s at 1970s, nagsimulang gamitin ng mga dayuhang mananaliksik ang mga digital na kompyuter sa pagsasagawa ng simulasyon sa mga impact machine. Ang mga gawaing ito ay gumamit ng presyon sa harap at likod na silid bilang baryabol, kinalkula ang daloy ng likido papasok at palabas sa bawat port, at inayos gamit ang mga coefficient ng daloy; pagkatapos ay ginamit ang equation ng estado ng gas at ang equation ng balanse ng enerhiya upang itatag ang mga mikro-differential na equation na naglalarawan sa mga pagbabago sa estado ng accumulator at piston; matapos gawin ang ilang mga pahihintulutang pag-aaral sa galaw ng valve, ginamit ang mga paraan ng finite difference para sa numerikal na solusyon. Ang mga resulta ng simulasyon, lalo na ang mga parameter ng pagganap, ay napakalapit sa mga nakukuhang halaga mula sa pagsusuri, kung saan nakamit ang kasiyahan. Sa Hapon, binigyang-diin ng mga mananaliksik ang pagbuo ng mga computer model para sa mga tiyak na hydraulic rock breaker upang gawin ang pananaliksik, at ipinasok ang mga parameter na nakakuha mula sa eksperimento sa simulasyon upang maisagawa ang optimisasyon ng mga structural parameter, impact parameter, at pagganap ng hydraulic rock breaker, kung saan nakamit ang optimal na lawak ng return oil port, optimal na dami ng charge ng accumulator, at lawak ng pressure-bearing area ng likod na silid ng katumbas na hydraulic rock breaker. Habang isinasagawa ang simulasyon, binigyang-pansin ng mga mananaliksik sa Hapon ang paghahambing ng mga resulta ng simulasyon sa mga resulta ng pagsusuri sa laboratorio, at inayos ang mga computer model batay sa datos mula sa pagsusuri. Ang Sandvik Company, matapos isaalang-alang ang epekto ng hugis ng impact piston sa paraan ng pagpapasa ng enerhiya, ay dinisenyo at nilinang din ang isang programa sa computer simulation sa larangang ito. Gamit ang programang ito: ① maaaring isimula ang proseso ng pagpapasa ng enerhiya sa bawat bahagi ng impact; ② maaaring isimula ang iba’t ibang disenyo ng bawat bahagi ng sistema; ③ sa ilalim ng iba’t ibang uri ng kondisyon ng bagay na tinatamaan, maaaring isimula ang epekto ng iba’t ibang disenyo sa pagpapasa ng enerhiya. Ang computer programme ng Sandvik ay hindi lamang nagpapagarantiya sa produksyon ng pinakamainam na produkto kundi maaari rin nitong sukatin at maunawaan ang kakayahan ng lahat ng parameter na makaapekto sa impact system at ang epekto ng mga pagbabago sa ilang parameter sa kahusayan, at ibinibigay ito sa mga gumagamit bilang isang praktikal at epektibong kasangkapan sa pagkalkula.

Pagkatapos ng dekada ng 1980, nagsimula rin ang pananaliksik sa loob ng bansa tungkol sa teknolohiya at mga aplikasyon ng simulasyon. Ang mga Tsinoong mananaliksik na sina Tian Shujun, Chen Yufan, at iba pa ay nagtatag ng mga mathematical model gamit ang kanilang sariling paraan. Si Tian Shujun at ang kanyang grupo ay gumamit ng power bond graph—isa sa mga advanced na teknolohiya sa dynamic modelling—na pinagsama nila sa mga paraan ng state-space analysis, at pangunahing isinagawa ang pananaliksik sa dynamic simulation software para sa mga hydraulic rock breaker na kontrolado ng slide valve. Ang pananaliksik na ito ay sumaklaw sa pagbuo ng dynamic simulation model at programming para sa mga hydraulic rock breaker, na nagbigay ng isang paraan at pamamaraan para sa maraming susunod na programmer ng simulasyon, tulad ni Propesor Zhou Zhihong ng Beijing University of Science and Technology, na gabay sa kanyang mga mag-aaral na sina Yan Yong at iba pa sa paggamit ng power bond graphs upang itatag ang mga dynamic equation para sa ilang uri ng piston ng hydraulic rock breaker, directional valves, bawat hydraulic flow equation, at mga gas state equations; pagkatapos ay binuo ang mga programa ng simulasyon sa computer language upang isagawa ang pagsusuri sa pangunahing proseso ng pagbabago ng estado tulad ng presyon sa harap at likod na silid, daloy, paglipat at bilis ng piston ng hydraulic rock breaker, na nagbibigay ng isang platform para sa karagdagang pananaliksik sa epekto ng mga pagbabago sa parameter ng hydraulic rock breaker sa kanyang pagganap. Sa mabilis na pag-unlad ng mga kompyuter at teknolohiya ng software, ang Matlab at AMEsim software ay ginamit na sa pagmomodelo at simulasyon ng sistema ng hydraulic rock breaker, na nagbibigay ng suportang teoretikal upang maikli ang mga siklo ng pananaliksik at pagpapaunlad at mapabuti ang kalidad ng disenyo ng mga bagong modelo.

1.5.6 Mga Pamamaraan ng Eksperimental na Pananaliksik

Ang eksperimento ay ang pangunahing paraan kung saan kinikilala ng mga tao ang kalikasan at binabago ang obhetibong mundo—ang pagsusuma at pag-aabstrak ng mga napagmasdan na pangyayari at datos na nasukat sa pamamagitan ng eksperimento, ang paghahanap ng panloob na ugnayan at mga pattern, at ang pagbuo ng teorya. Ang eksperimento ay ang pinagmulan ng teorya; ang eksperimento ay ang tanging hurado para patunayan ang teorya.

Ang mga parameter ng pagganap ng impact ng hydraulic rock breaker ay isang mahalagang indikador para sukatin ang antas ng disenyo, paggawa, at kalidad nito. Ang pangunahing mga parameter ay maaaring lahat na masukat sa pamamagitan ng eksperimental na paraan, at ang mga resulta ay ipinapahayag sa anyo ng datos, kurba, o tsart. Ang pagsusuri ng pagganap ay nakatuon pangunahin sa pagsukat ng impact energy, impact frequency, system pressure, at flow. Ang mga paraan ng pagsukat para sa mga parameter na ito ay wala pa ring pinagkasunduang internasyonal na pamantayan sa eksperimento. Ang kasalukuyang karaniwang ginagamit na mga paraan sa pagsusuri ng pagganap ng impact ng hydraulic rock breaker ay: stress wave method, photoelectric displacement differential method, electromagnetic induction method, contact method, high-speed photography, indicator diagram method, at energy method, atbp.

Ang paraan ng stress wave ay isang pamamaraan para sukatin ang impact energy sa pamamagitan ng pagsukat sa stress wave na nabubuo sa chisel kapag hinampas ng impact piston ang chisel. Ang photoelectric method ay gumagamit ng prinsipyo ng photoelectric conversion; sa pamamagitan ng isang photoelectric sensor, ginagamit ang posisyon ng impact piston bilang direktang sukat sa pagsusuri upang makuha ang displacement ng galaw ng piston, at mula rito ay kalkulahin ang bawat parameter ng pagganap ng impact device. Bilang isang non-contact testing method, ang photoelectric method ay lubos na angkop para sa mga impact machine tulad ng hydraulic rock breakers na may mahabang piston stroke, malalaking diameter, at mataas na bilis. Ang electromagnetic induction method ay gumagamit ng sistema ng electromagnetic induction sensor na binubuo ng isang magnetic rod na nakainstall sa impact piston at isang helical coil na nakainstall sa housing; ginagamit ang induced electromotive force na nabubuo kapag ang coil ay tumatakbo sa magnetic field lines habang ang magnetic rod ay gumagalaw pabalik at pasulong kasama ang piston, at nakukuha ang velocity ng galaw ng piston batay sa calibration relationship sa pagitan ng electromotive force at impact velocity, at mula rito ay kinakalkula ang impact energy ng piston.

Ang paraan ng pagkontak ay isang paraan para kalkulahin ang enerhiyang pandepende sa pamamagitan ng huling bilis ng piston kapag ito ay umaapak sa bagay na tinatamaan. Sa pagsusuri ng pagganap ng rock breaker, ang mga nabanggit na apat na paraan ay kahalos karaniwan; ang iba pang paraan, alinman dahil sa kumplikadong operasyon at mataas na gastos, o dahil sa hindi kumpleto nitong pagpapakita ng estado ng paggalaw ng piston, ay bihira makita sa praktikal na paggamit.

Dapat banggitin na ang nabanggit na paraan ng stress wave ay angkop lamang sa pagsusuri ng mga impact device na may kahit na maliit na impact energy tulad ng hydraulic rock drills at pneumatic tools, at mas mahirap gamitin sa pagsusuri ng malalaking impact energy ng hydraulic rock breakers. Ang kapasidad ng pagsusuri ng mga espesyalisadong yunit sa pananaliksik na nag-aaral ng stress waves ay karaniwang hindi malaki at hindi kayang magawa ang pagsusuri ng malalaking hydraulic rock breakers; ang ingay at pagvivibrate na nabubuo sa loob ng gusali sa panahon ng pagsusuri ay hindi rin tinatanggap. Tungkol naman sa contact method, bagaman madaling i-install, ang mga resulta nito ay hindi sapat na tumpak at hindi maaaring ipagpatuloy ang paggamit nito. Ang tanging paraan na itinuturing na kumpleto sa lahat ng aspeto para sa pagsusuri ng hydraulic rock breaker ay ang electromagnetic induction method: maaari itong gamitin parehong para sa maliit na impact energy na hydraulic rock drills at para sa malalaking high-impact energy na hydraulic rock breakers; direktang sinusukat nito ang velocity curve ng piston, kaya nakukuha ang displacement at acceleration ng piston, na napakahalaga para sa mga taong nag-aaral ng mga pattern ng piston motion. Ang tanging kahinaan nito ay ang magnetic rod na madaling masira dahil sa mataas na frequency na vibration ng piston.

Si Dr. Ding Wensi ng Central South University, sa kanyang doktoral na disertasyon na 'Pananaliksik Tungkol sa Bagong Uri ng Sistema ng Hydraulic na Crusher para sa Bato na May Integrated Machine-Electric at Nitrogen-Explosive na May Feedback ng Pressure', ay nagmungkahi ng isang bagong pamamaraan para sa pagsusuri ng mga output parameter ng impact device — ang paraan ng gas pressure. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng isang pressure sensor upang matukoy ang epekto sa pressure ng sealed nitrogen chamber na naka-install sa dulo ng piston habang gumagalaw ang piston, at sa pamamagitan ng computer ay tinutukoy ang piston stroke at bilis ng paggalaw nito, kaya nakukuha ang dalawang mahahalagang output parameter ng impact device — ang impact energy at impact frequency. Kumpara sa tradisyonal na mga pamamaraan ng pagsusuri, ang non-contact na gas pressure method ay may mga kapakinabangan tulad ng mataas na resistance sa vibration, kaunting kinakailangang preparasyon, simultaneous na pagsukat ng impact energy at frequency, madaling calibration, maliit na error sa impact parameter, at mataas na katumpakan. Hindi lamang ito maaaring gamitin bilang pamamaraan ng pagsukat at pagkilala para sa mga produkto sa laboratoryo, kundi maaari rin itong madaling gamitin para sa online testing sa aktwal na trabaho. Ito ay na-aplay na sa hydraulic test programme ng Jingye Company at isinulat na sa industriyang pamantayan na 'Hydraulic Rock Breaker'.

1.5.7 Pananaliksik Tungkol sa Pagvivibrate, Ingay, at Kontrol

Bukod sa enerhiya ng impact, kadalasang impact, at timbang, ang mga indikador para sukatin ang pagganap ng hydraulic impact machine ay kasali rin ang ingay, pagvivibrate ng katawan ng makina, at rate ng paggamit ng enerhiya—mga mahahalagang aspeto sa pagtataya ng kabuuang pagganap. Habang tumataas ang kamalayan sa kapaligiran, ang mga bansang umunlad ay nagpapataw ng mas mahigpit na mga restriksyon sa ingay ng kagamitan. Upang makasabay sa pangangailangan ng merkado, ang ingay at pagvivibrate ng hydraulic impact machines, kasama na ang pagpigil sa alikabok, ay unti-unting naging mahahalagang indikador ng kompetisyon sa negosyo; ang teknolohiya ng kanilang kontrol ay naging isang mahalagang paksa ng pananaliksik. Ang mga dalubhasa mula sa iba’t ibang bansa ay nagsasagawa ng pananaliksik mula sa mga aspeto ng istruktura at materyales; sa aspeto ng istruktura, ginagamit ang mga hakbang tulad ng built-in liner sleeves, mga device na pumipigil sa ingay, o paglalagay ng mga steel plate na pumipigil sa vibration upang kontrolin ang vibration at ingay. Ang Krupp company ay nagkakaloob ng mga materyales na pumipigil sa ingay sa lahat ng medium at mas maliit nitong produkto. Ang Rammer company ay nag-i-install ng high-pressure water pumps at atomising nozzles sa mga bagong inilunsad nitong produkto upang makamit ang epekto ng pagbawas ng alikabok. Bukod dito, ginagamit ang sensor technology upang makamit ang eksaktong posisyon ng hydraulic rock breakers, awtomatikong mag-drill ng mga butas, itigil ang mga chisel, i-retract ang mga chisel, at awtomatikong i-adjust ang impact energy at impact frequency batay sa mga bagay na pinagtratrabahan.