Изследване на хидравличен чук като хидравлично ударно устройство
ИЗСЛЕДВАНЕ НА ХИДРОЧУК КАТО ХИДРОУДАРНО УСТРОЙСТВО
Трофимова Ю.А. (гр. ЕМК-09м, ДонНТУ, Донецк)
Ръководител Устименко Т.А.
Механика на флуида и газа / Доклади на VIII международна научно-техническа студентска конференция. - Донецк: ДонНТУ, 2009.- С.216-219.
Разглежда се възможността за използване на хидравлични ударни механизми за спомагателна работа по време на изкопаване на изработки, извършва се анализ на схемните схеми за разработване на математически модел, за да се изберат рационални параметри на устройството с висока енергийна производителност.
Поради липсата на електроенергия и значителните трудности, които изпитват мините и мините, създаването на енергоспестяващи технологии и машини става особено актуално. Сравнителният анализ на разходите за енергия при използване на пневматична и хидравлична енергия показва, че за мини със стръмен наклон и за повечето мини с плитък наклон и мини използването на хидравлична енергия е по-подходящо. В съвременните условия механизмите на въздействие намират широко приложение за интензифициране на производствените процеси в различни индустрии. Те се използват най-широко като изпълнителни органи на минни машини, особено в сондажно оборудване. Пробивните машини, оборудвани с хидравлични въртящи се и ударни механизми, са няколко пъти по-ефективни от пневматичните и работят от електрическата мрежа. В допълнение, широкото използване на хидравлични машини позволява да се избегнат разходите за изграждане на мощни компресорни инсталации и сложни дълги пневматични мрежи, което дава голям икономически ефект. Важно е също така, че консумацията на метал на хидравличните машини като правило е с 15-30% по-ниска от тази на пневматичните машини.
Помислете за хидравлично ударно устройство, като използвате хидравличен чук като пример. Хидравличният чук е изпълнителен орган на минни машини или сменяемо оборудване на хидравлични багери, товарач или трактор - предназначен е за отваряне на асфалтобетонни настилки, пробиване на минерали, разрушаване на бетонни и стоманобетонни конструкции, разрохкване на скалисти и замръзнали почви, уплътняване на рохкава почва (при използване на сменяем работен орган - трамбовка) и др. Хидравличният чук може да се развива на на базата на една от трите структурни схеми: схема № 2 - с контролирана обратна камера, схема № 3 - с две управляеми камери.
Ориз. 1 - Структурна схема на устройство с контролирана предна камера.
Ориз. 2 - Структурна схема на устройство с контролирана обратна камера.
Ориз. 3 - Структурна схема на устройство с две управлявани камери.
Предварителният анализ на горните структурни диаграми позволи да се установи следното.
Схема № 1 (с контролирана предна камера) е проста. Тъй като връщащата камера винаги е свързана с тръбопровода за налягане, взвеждането на ударника (обратен ход) се извършва автоматично, веднага щом противоналягането от връщащата камера бъде премахнато, това намалява произтичащите сили, действащи върху ударника по време на хода напред.
Схема № 2 (с контролирана обратна камера) е обещаваща, тъй като ускорението на ударника се извършва от флуиден поток, чието налягане надвишава входното налягане (p max > p 0 ), което осигурява интензивно ускорение на ударника, увеличаване на скоростта на удара и енергията на единичен удар. Въпреки това, за да се приложи схемата, хидравличният чук трябва да бъде оборудван с работещ хидравличен акумулатор и възвратен клапан.
В схема № 3 (с двеконтролирани камери), може да се реализира ускорено обратно движение, тъй като площта на работната повърхност на камерата за обратно движение може да бъде значителна. Практическото прилагане на тази схема обаче е трудно поради неизбежното усложняване на дизайна.
Като се вземат предвид недостатъците на схемата с две контролирани камери, а също и като се вземе предвид вече натрупаният опит в DonNTU в разработването на хидравлични ударни устройства, за по-нататъшен анализ приемаме устройства, базирани на блокови схеми № 1, 2 - с контролирани предни и обратни камери.
Целта на тази работа е на базата на анализ на структурни диаграми да се установят аналитични зависимости за определяне на енергочестотните характеристики на хидравличен чук. И в резултат на това определете коя от структурните схеми на хидравличния чук осигурява най-висока ефективност с най-малки линейни размери.
Енергийно-честотните характеристики на хидравличния чук включват: E - енергия на удара, J; f е честотата на ударите, s -1; N - ударна мощност, W.
При извършване на анализа се приема, че хидравличните ударни устройства, разработени по една или друга структурна схема, са предназначени да изпълняват една и съща производствена задача, например да пробиват кладенци с еднакъв диаметър в скали със същата якост на опън за една и съща компресия.
Нека анализираме устройствата при една и съща скорост преди удара на ударника. В този случай скоростта преди удара на ударника на двете устройства се приема еднаква: V 1 = V 2 (Още 1 - схема с контролирана предна камера, 2 - с контролирана обратна камера). Приемайки равенството на масите ( m 1 = m 2 ), в съответствие с уравнението E = 0,5 mV 2 получаваме: E 2 = E 1 и според уравнението K E = E 2 / E 1 (коефициент на енергия на удара): K E = 1, т.е. в този случай енергията на удара на двете устройствае същото. Отчитайки равенството на предударните скорости ( V 1 = V 2 ), в съответствие с уравненията V =а t pr и К а =а 2 /а 1 , където а е ускорението на движението на ударника, К а е коефициентът на ускорение, получаваме: t pr1 / t pr2 = K а . Тъй като времето на предния ход на устройствата е различно ( t pr1 ≠ t pr2 ), то за постигане на еднаква предударна скорост е необходимо да се осигури различен ход на ударника: l 1 ≠ l 2 . Преместването на ударника при изпълнение на преден ход с равномерно ускорено движение за анализираните устройства е равно на: l 1 =0,5a 1 t pr1 2 . Като се вземат предвид уравненията K a \u003d a 2 / a 1 и t pr1 / t pr 2 \u003d K a, получаваме, че l 1 \u003d K a l 2. По-рано беше доказано, че коефициентът K a>1, което означава l 1>1; l 2 . Така за анализирания случай устройство "2" в сравнение с устройство "1" осигурява същата скорост преди удара с по-малки конструктивни размери.
Коефициентът на ефективност на устройствата: ∆η=η 2 /η 1 = N 2 / N 1. Ударна сила: N = E f . Следователно ∆η= E f 2 / E f 1 = f 2 / f 1 . Честотният коефициент се определя по формулата: K f = f 2 / f 1 . Честотата на удара на устройството е реципрочна на времето T на движение на ударника. Периодът на работа на устройството е сумата от времето за изпълнение на байпаси напред t pr и обратен t, както и продължителността на паузите. Следователно, . Тъй като l 1 = K a l 2, тогава t pr1 = t pr2 K a. От това следва, че Kf >1. В резултат на това установяваме, че за разглеждания случай устройство "2" в сравнение с устройство "1" с по-малки линейни размери осигурява същата енергия на единични удари и по-големи стойности на честотата на ударите, силата на удара и ефективността. В същото време устройството "2" в сравнение с устройството "1" е структурно по-сложно.
Приемаме следните параметри на ударника на хидравличния чук:
Честота на удараустройства - f \u003d 4-5 удара / s; енергия на удара - E=1000J; мощност на удар - N = f E = 5 1000 = 5000 W; продължителност на цикъла - T=1/ f=1/5=0.2 s; диаметър на буталото - D = 125 mm; диаметър на пръта - D w \u003d 85 mm; диаметър на ударника - D b = 55 mm; предударна скорост на ударника V = 7 m/s; тегло на ударника на хидравличния чук - m \u003d 2 E / V 2 \u003d 2 1000/7 2 \u003d 41 kg; дължина на хода на ударника l =1250 mm.
Списък на използваната литература
1.E.F.Epshtein Сондажни кладенци с хидравлични чукове и пневматични чукове. М: Недра, 1967.
2 Д. П. Лобанов, В. Б. Хоровиц, Е. Г. Фонберщайн и др. Ударни машини за разрушаване на скали. - М.; Недра, 1983. - 152s
3. А. Ф. Суханов и др., Разрушаване на скали чрез експлозия. М: Недра 1983 г.