Динамика пневмоударного механизма с перепуском энергоносителя между рабочими камерами Гаршин Сергей Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1 Состояние вопроса, научное обоснование и задачи исследования и создание пневматических ломов с центральным трубчатым воздухоподводом 10

1.1. Применение пневматических ломов в строительном деле 10

1.2 Направления исследований в области пневмоударных машин 18

1.3 Проблемность задач создания и исследования пневматических машин 24

1.4. Выводы и задачи исследований 25

2 Обоснование структурной схемы и конструктивных параметров пневматической легкой навесной машины с центральным трубчатым воздухоподводом 28

2.1 Основные требования, предъявляемые к пневматическим легким навесным машинам и их структурные схемы 28

2.2 Графическое моделирование конструкции пневматического легкой навесной машины 32

2.3 Пневмоударныс механизмы с дросселями впуска постоянного геометрического сечения 38

2.4 Физико-математическая модель ДПУМ (ПТ) . 45

3 Установление основных параметров и завимостей дроссельного пневмоударного механизма 50

3.1 Влияние процесса перепуска на динамику дроссельного пневмоударного механизма 50

3.2 Баро- и термодинамические параметры в камерах дроссельных пневмоударных механизмов 63

3.3 Установка зависимостей энергетических характеристик дроссельного пневмоударного механизма от его геометрических параметром 82

3.4 Вибрационные и шумовые характеристики пневмоударных механизмов„9 Ї

4.1 Объект исследовании. Программное и аппаратное обеспечение 105

4.2 Установление энергетических характеристик 113

4.3 Методика расчёта пневмоударного механизма 117

Литература

• Направления исследований в области пневмоударных машин
• Проблемность задач создания и исследования пневматических машин
• Графическое моделирование конструкции пневматического легкой навесной машины
• Баро- и термодинамические параметры в камерах дроссельных пневмоударных механизмов

Введение к работе

Необходимость механизации малообъемных, но трудоемких технологических процессов обусловливается значительными объемами строительных, реставрационных, восстановительных и ремонтных работ, необходимость выполнения которых стоит перед строительно-промышленным комплексом России и во многом определяет уровень его развития. Огромное значение при этом уделяется машинам ударного действия, доминирующее положение среди которых занимают ручные и легкие навесные машины. Практика их применения показала, что они являются наиболее пригодными для работы в неординарных условиях: при высоких и низких температурах, в радиационных зонах, высоких ускорениях, интенсивных вибрационных и ударных нагрузках, в пожаро - и взрывоопасных условиях эксплуатации. Потребность строительного комплекса в тяжелых ручных машин при отсутствии легких навесных машин в сложившихся рыночных отношениях покрывается в основном ввозом их из Англии, Германии, США, Японии.

Направленность данных исследований и практических предложений касается поиска принципиальной схемы пневмоударного механизма, обеспечивающей улучшение эксплуатационных и экологических характеристик легких навесных пневматических машин ударного действия, применяемых при строительных, реставрационных, восстановительных и ремонтных работах в суровых климатических условиях. Исследования в этом направлении являются актуальными, поскольку решают извечно важные задачи улучшения условий труда рабочих и повышения производственных показателей.

Из пневматических машин ударного действия особый интерес представляют легкие навесные машины с дроссельным пневмоударным механизмом, в котором единственной подвижной деталью в системе воздухораспределения является сам ударник, что делает их более надежными, например, при эксплуатации в условиях отрицательных температур. Это обстоятельство подчеркивает актуальность разрабатываемой проблемы.

Данная работа является логическим звеном в цикле исследований легких навесных пневматических машин ударного действия, проводимых в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин), и выполнена в соответствии с темой: «Разработка на основе импульсных систем новых и повышение эффективности существующих легких навесных машин, применяемых в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительствах в условиях Сибири», 1995-2000 г.г.

Апробация исследований: результаты обсуждались на Научно-технических конференциях в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) в 2000 -2004 годах.

Цель и задачи исследования: разработка новых конструкций легких навесных машин, позволяющих получить значительный экономический эффект за счет улучшенных эксплуатационных характеристик.

Сущность разработки заключается в создании пневматического ударного механизма, а также в установлении баро- и термодинамических зависимостей в дроссельном пневматическом ударном механизме с наддувом при формировании силового импульса давления воздуха со стороны камер рабочего и холостого ходов.

При выполнении исследований дроссельного пневмоударного механизма легкой навесной машины с центральным трубчатым воздухоподводом и камерами наддува ставились следующие задачи:

1) разработка принципиальной схемы дроссельного пневмоударного механизма с подвижным центральным трубчатым воздухоподводом для организации перепуска энергоносителя между рабочими камерами ДПУМ(ПТ);

2) установление баро- и термодинамических зависимостей рабочего процесса дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым возду-хоповодом для организации перепуска энергоносителя между рабочими камерами ДГТУМ(ПТ);

3) установление рациональных значений конструктивных параметров дроссельного пневмоударного механизма легкой навесной машины ДПУМ(ПТ) и разработка методики их инженерного расчета;

4) создание экспериментального образца пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухоповодом для организации перепуска энергоносителя между рабочими камерами ДПУМ(ПТ) легкой навесной машины, исследование и испытание его в лабораторных условиях.

Методы исследования. Применен комплексный метод, включающий: аналитический обзор и обобщение существующего опыта; теоретические разработки с использованием методов механики, баро- и термодинамики; математическое и физическое моделирование рабочих процессов с целью установления адекватности рациональных соотношений между параметрами дроссельных пневмоударных механизмов; экспериментальную проверку эффективности пневмоударного механизма в лабораторных условиях.

Основные научные положения, защищаемые в работе:

физико-математическая модель пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и центральной подвижной воздухоподводящей трубкой для организации перепуска между рабочими камерами , дающая возможность установить характерные для данного класса машин баро- и термодинамические параметры, а также определить основные показатели качества: удельный расход сжатого воздуха и съем мощности;

система уравнений, описывающая рабочий процесс пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящей трубкой для организации перепуска между рабочими камерами, позволяющая раскрыть закономерности рабочего процесса и установить основные соотношения между геометрическими размерами ударного механизма и энергетическими параметрами легкой навесной машины;

зависимости между показателями рабочего процесса : расходом воздуха и удельной теплоемкостью, удельной энтропией, температурой, давлением

при работе пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящеи трубкой для организации перепуска между рабочими камерами;

методика расчета пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящеи трубкой для организации перепуска между рабочими камерами при ислользовании рациональных значений параметров, полученных физико-математическим моделированием;

принципиальную схему пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящеи трубкой для организации перепуска между рабочими камерами, реализованное в конструкции легкой высокоэффективной навесной машины.

Достоверность научных положений обоснована:

анализом направлений совершенствования пневмоударных механизмов с воздухораспределением ударником (по патентным материалам за период с 1900 по 2002 г.г.), а также механизмов с дроссельным воздухораспределением (по патентным материалам за период с 1964 по 2004 г.г.):

сопоставлением результатов анализа физико-математической модели рабочего процесса пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящеи трубкой легкой навесной машины и экспериментальных данных , а также сопоставлением известных результатов, полученных другими исследователями;

комплексным исследованием в лабораторных условиях нового высоконадежного образца пневмоударного механизма легкой навесной машины. Научная новизна заключается:

в разработке и применении в исследованиях физико-математической модели баро- и термодинамического процессов, протекающих в пневматическом ударном механизме с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и

подвижной центральной воздухоподводящей трубкой для организации перепуска между рабочими камерами ДПУМ(ПТ);

в определении зависимостей между показателями процесса: удельной энтропией, расходом сжатого воздуха, удельной теплоемкостью, температурой и давлением воздуха в рабочем процессе ДПУМ(ПТ);

в установлении соотношений геометрических размеров и энергетических параметров ДПУМ(ПТ);

в разработке методики инженерного расчета ДПУМ(ПТ), используемой для получения рациональных значений конструктивных параметров легкой навесной машины со сниженной вибрацией.

Научная новизна подтверждена получением положительного Решения о выдаче и начале действия патента РФ (заявка № 20021211591/11(022552)).. Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана методика инженерного расчета параметров пневматических ударных механизмов с дроссельным воздухораспре делением с камерами наддува и подвижной центральной воздухоподводящей трубкой для организации перепуска между рабочими камерами ДПУМ(ПТ) и принципиальная схема, позволяющая создать легкую навесную машину на любые, практически приемлемые, сочетания энергии и частоты ударов при ограничении по удельному расходу воздуха и усилию нажатия с допустимой амплитудой колебаний корпуса. Личный вклад автора в следующем:

в разработке, применении и доказательстве правомерности предлагаемой физико-математической модели для описания баро- и термодинамического процесса ДГТУМ(ПТ);

в установлении зависимостей между показателями процесса: удельной энтропией, удельной теплоемкостью, температурой и давлением воздуха в рабочем процессе, и основных соотношений геометрических размеров ДПУМ(ПТ) и энергетических параметров рабочего процесса, протекающего в нем;

в разработке методики инженерного расчета ДПУМ(ПТ) легкой навесной машины со сниженной вибрацией.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 статей и получено положительное решение о выдачи патента РФ.

1) Смирных И.В. Пневматические устройства с повторным использованием воздуха в рабочих камерах /Смирных И.В., Гаршин СВ., Кутумов А.А. и др// Труды НГАСУ.Т.5.вып.6(21). Новосибирск, 2002.-С. 126-135.

2) Гаршин СВ. Применение ручных пневматических машин ударного действия в практике строительства/Гаршин С.В.,Чичканов В.В., Малышев Ю.А. и др.// Труды НГАСУ.-Новосибирск,2002.-Т.5, вып. 6(21).- С.119-126.

3) Гаршин СВ. Предварительная оценка тенденций изменения энергетических параметров машин ударного действия /Гаршин С.В.,Малышева Ю.Э., Аб раменков Д.Э. и др.// Труды НГАСУ,- 5,вып.6(21),С136-146.

4) Гаршин СВ. Предварительная оценка возможности размещения навесного оборудования на универсальном гусеничном шасси/Кутумов А.А., Абраменков Э.А, Абраменков Д.Э., Гаршин СВ. и др.//Труды НГАСУ,Т.7, № 3(30).Новосибирск:НГАСУ,2004.-С40-45. 

5) Гаршин СВ. Взаимное влияние геометрических и энергетических параметров навесного пневмомолота с дроссельным воздухораспределени-ем/Кутумов А.А., Абраменков Д.Э., Шабанов Р.Ш., Гаршин СВ. и др.//Труды НГАСУ,Т,7 ,№ 3(30).Новосибирск:НГАСУ,2004.-С 130-142.

6) Гаршин СВ. Взаимозаменяемости вибрационных характеристик на весного пневмомолота/Кутумов А.А., Гайслер Е.П.,Абраменков Э.А., Гаршин СВ. и др.//Труды НГАСУ,Т.7 ,№ 3(30).Новосибирск:НГАСУ,2004.-С40-45.

7) Гаршин СВ. Параметры пневматического механизма машины ударного действия для разработки мерзлых грунтов/ Абраменков Э.А, Кутумов А.А., Гаршин СВ. и др.//Труды НГАСУ, Т.7, № 2(29).Новосибирск:НГАСУ,2004.-С143-157.

8) Заявка № 2002121591/11(022552) на патент РФ /Д.Э.Абраменков, Э.А.Абраменков, СВ.Гаршин и др. // Решение о выдаче и начале действия патен та от 06.08.2002г.  

Направления исследований в области пневмоударных машин

Исследования ручных и неручных пневматических машин прямо или косвенно учитывали различия (иногда несущественные) в характере их рабочего процесса. Собраны сведения о физико-математических моделях машин, нашедших отражение в исследованиях, проведенных в России [235]. К настоящему времени рассмотрено и получили оценку большое количество исследований рабочего процесса, методик расчета и направлений их совершенствования. В работах [162,172,222] поисковые изыскания и исследования [66,74,156,224] в области пневмоударных машин группируются по направлениям: 1) создание и исследование принципиальных конструктивных исполнений механизмов и машин; 2) исследование рабочего процесса пневмоударного механизма; 3) исследование процесса удара и передачи его энергии обрабатываемой среде; 4) исследование отдачи и вибрации, изыскание способов и средств их снижения; 5) исследование шума, изыскание способов и средств его снижения; 6) разработка принципиальных и конструктивных исполнений средств удержания и управления рабочим инструментом (с учетом технологического назначения); 7) классификация признаков пневмоударных механизмов и машин в зависимости от технологического назначения машин, отдельных деталей, узлов воздухораспределительных устройств; 8) диагностика пневмоударных машин, изыскание способов и средств повышения надежности и долговечности машин.

Указанное группирование можно считать условным, поскольку большинство исследований проводится по нескольким взаимозависящим направлениям. Целесообразно отметить, что впервые в России перевод и комментарии к методам расчета пневматических машин (по Мюллеру и Барилю) были выполнены в 1912-13 годах в Томском технологическом институте профессором С.К.Конюховым [136,137], а первое каталожное издание по пневматическим машинам Товарищества машиностроительного завода "Феникс" (1913 г.) вышло в С.-Петербурге. Весьма информативным были зарубежные каталожные издания [261,262], обобщавшие опыт применения и изготовления пневмоударных машин.

Однако целенаправленное начало развитию теории пневматических машин ударного действия положили работы А.Н.Крюкова (1931 г.) [142], академика АЛГермана (1933 г.) [77] и Ю.М.Малахова (1934 г.) [158].

В области разработки теоретических основ создания и исследования пневматических машин ударного действия важное место занимает научная школа, возглавляемая Б.В.Суднишковым. Предложенная им теорема о перемещении массы за время действия силы (1947 г.) [208], лежит в основе многих исследований динамики рабочего процесса различных пневмоударных машин. Б.В.Суднишниковым совместно с учениками (профессорами Н.А.Клушиным, Н.Д.Костылевым, А.М.Петреевым, Б.Н.Смоляницким, К.К.Тупицыным, А.И.Федуловым и др.) предложены и теоретически обоснованы более совершенные рабочие циклы пневмоударных механизмов: буферный [5] и форсажный [41], повышающие ударную мощность машины; улучшенный [39,71] и цикл с частичным вытеснением, снижающий отдачу, амплитуду и скорость вибрации корпуса машины, а также динамически уравновешивающий [40,101,143], снижающий необходимую силу нажатия на корпус машины ударного действия. Существенный вклад в изучение рабочего процесса и вибрации ручных пневматических машин ударного действия внесли научные коллективы, возглавляемые П.М.Алабужевым [25], О.Д.Алимовым [31], В.Ф.Горбуновым [88].

Весомый вклад в прикладную теорию ударных систем и экспериментальные разработки, относящиеся к легким пневматическим навесных машинам ударного действия со сниженной вибрацией, внесли Е.В.Александров, Б.В.Соколинский [26,27].

Заслуживают внимания исследования, проводимые научным коллективом под руководством профессора А.М.Ашавского по автоматизации процесса проектирования силовых импульсных систем, в частности, пневматических. Вопросам аналитического проектирования: выбор конструктивной схемы (структурный синтез) и расчет параметров конструктивной схемы (динамический синтез), посвящены работы А.М.Ашавского [42,43,44]. Известный практический и теоретический вклад внесли Б.Г.Гольдштейн, И.В.Николаев, А.А.Гоппен: оптимизация параметров ручных машин ударного действия, разработка и исследования многих типов машин, разработка ГОСТ, вопросы научного прогнозирования и создания экспериментальной базы по исследованию машин [87,174].

Проблемность задач создания и исследования пневматических машин

Учитывая комплексность задач создания высоэнергетических пневмоудар-ныхручных и легких навесных машин, представляют теоретический и практический интерес отдельные вопросы, которые рассматриваются в данной работе.

Существующие предложения и рекомендации по установлению энергетических рядов как для ручных машин, так и для легких навесных машин, не учитывают характер обрабатываемых материалов, а базируются на исторически сложившемся перечне выпускаемых ранее машин, в то время как характер технологических операций и свойств обрабатываемых материалов изменяются. Предпринятые попытки [32,220] определения влияния характера ударной мощности пневматических механизмов на вибрационные и силовые характеристики машин ударного действия показали, что существенного их ухудшения следует ожидать от увеличения энергии единичного удара.

Доведение вибрационных и шумовых параметров ручных машин до регламентированных величин является важным решением задачи и обеспечивается синтезом такого рабочего процесса, который предопределяет их безопасность [14,17,222].

Отмеченные задачи и известные решения указывают на обязательность комплексного их рассмотрения с целью удовлетворения по возможности большего числа требований эксплуатации. Необходимо отметить также, что даже незначительные упущения при создании новых машин могут отрицательно сказываться не только на производительности и качестве работ, экологии окружающей среды, но и на здоровье оператора. Отмеченное снижает экономический и социальный эффект от применения пневмоударных машин, предназначенных для облегчения условий труда.

Наиболее полно информация о дроссельных, струйных, беззолотниковых и бесклапанных пневмоударных механизмах представлена патентными источниками в монографии справочного характера [35]. Физико-математические модели и методы расчета ручных пневматических машин ударного действия достаточно полно представлены в монографии [236]. Положительные стороны системы с дросселем на впуске очевидны - это предельная простота, высокая устойчивость и надежность; размеры ударника могут быть установлены только из условий его прочности на ударную нагрузку. Классификация признаков механизмов и машин [8,12,16,132] и совершенствование физико-математических моделей, во-первых, подтверждают возрастающий научный уровень подхода к вопросам анализа, синтеза и прогнозирования, и,во-вторых , позволяют подойти к созданию машин с нужными качествами еще на стадии проектирования.

Проведенный анализ состояния вопроса по исследованию и созданию пневматических машин ударного действия позволил установить, что, несмотря на относительно высокий уровень, достигнутый в этой области, ряд важных вопросов структурного анализа и синтеза динамики рабочего процесса, относящихся к легким навесным машинам, требуют дальнейшего развития в решении для определения рациональных размеров и параметров легких навесных пневматических машин ударного действия с необходимой и достаточной по величине энергией единичного удара и частотой ударов с ограничением по удельному расходу воздуха.

Целью предлагаемых исследований являются: разработка экономически эффективного дроссельного пневмоударного механизма; совершенствование метода его расчета. Это в дальнейшем обеспечит создание на этой основе типо размерного модульного ряда высокопроизводительных, надежных вибро- и шу-мобезопасных легких пневматических навесных машин.

Для достижения указанной цели в данной работе предусматривается решение следующих задач: - разработка принципиальной схемы дроссельного пневмоударного механиз ма; - установление баро- и термодинамических зависимостей рабочего процесса дроссельного пневмоударного механизма; - установление рациональных значений параметров дроссельного пневмо ударного механизма легкой навесной машины и разработка методики их инже нерного расчета; - создание экспериментального образца дроссельного пневмоударного меха низма легкой навесной машины, исследование и испытание его в лабораторных условиях.

Графическое моделирование конструкции пневматического легкой навесной машины

Многообразие возможных вариантов ДПУМ можно проследить по их динамическим и конструктивным признакам, пользуясь таблицей 1 Приложения 2 признаков ПУМ. Можно подобрать такое количество признаков и их сочетаний, которое будет удовлетворять конкретным технологическим и эксплуатационным требованиям, предъявляемым к НМУД.

Синтез модуля ПУМ предполагает, в первую очередь, конструктивное решение размещения объемов камер. ДПУМ имеют увеличенные рабочие объемы, а габариты по длине определены удобством манипуляций и обычно оговариваются требованиями ГОСТ.

Анализируются три схемы расположения объема камеры рабочего хода (рис.2.4): последовательное по длине канала (а), торцевое (б) и коаксиальное (в). При сравнении приняты одинаковыми диаметры воздухоподводящих трубок (dT) объемы камер рабочего хода (Vp\ длины цилиндров на участке рабочего хода ударника (/,,), диаметры цилиндров (Д,), протяженность канала выпуска (/„), посадочные длины ударника (Ly) и равные объемы камер холостого хода (Vx) с традиционным размещением хвостовика рабочего инструмента в объеме камеры: Vpl = Vp2 = Vp3 = Vp; Vxl = Vx2 = Vx3 = Vx; lpl = lp2 = lpi = lp; hi = hi = ІвЗ = h, A,; = DH2 = Оцз = D4; lyi = ly2 = Іуз = ly. Сравнительная оценка конструктивных исполнений по схемам а, б, в - показала перспективность применения для ломов коаксиального расположения объема камеры рабочего хода, поскольку объемы камеры "набираются" без увеличения габарита по длине при некотором увеличении габарита по диаметру, который компенсируется дополнительным объемом стакана (рис. 2.4, в). Окр/ ОфЗ &кр2 ІкрЗ 1щ 1 1кр2 Рассмотрены также, аналогично, три схемы расположения объема камеры холостого хода (рис. 2.5): последовательно по длине канала (а), торцевое (б) и коаксиальное (в). При этом для коаксиального расположения рассматривались два варианта: кольцевое сплошное и многоканальное (на рис. не показано), которые технологически сложнее выполнимы, хотя позволяют уменьшить массу цилиндра (ствола) легкой навесной машины.

При сравнении конструктивных схем легких навесных машин приняты одинаковыми объемы камер холостого хода (Vx\ длины цилиндров на участке рабочего хода ударника (/Д диаметры цилиндров (Д,), объемы рабочего хода (Vp) с одинаковым расположением камер: Vpl = Vp2=Vp3=Vp; Vx} = Vx2=Vx3=Vx; /„. =/„ =/ = hi = 1в2 hi = hi AfJ = D42 D43 = A / lyj = Іу2 = ІуЗ = ly.

Сравнительная оценка конструктивных исполнений по схемам (рис.2.5, а, б, в) показала следующее. Торцевое размещение камеры холостого хода предопределяет технологические сложности выборки выточки из-за сравнительно низкой прочности консольных резцов. Последовательное размещение камеры холостого хода по длине обусловливает нежелательное удлинение хвостовика инструмента или ударника (удлинение волновода, потери энергии, увеличение поперечной вибрации, снижение прочности ступенчатого ударника). Не смотря на то, что сплошное кольцевое (коаксиальное) расположение камеры холостого хода предопределяет рубашечный цилиндр (ствол) и тем самым обусловливает увеличение массы цилиндра, а также ослабление прочности и жесткости его рубашки и нарушение уплотнений и непроизводительные утечки сжатого воздуха из камеры и параметров рабочего цикла, наиболее приемлемым вариантом следует считать вариант размещения камеры холостого хода по схеме на рис.2.5, в.

Как уже отмечалось выше возвратно- поступательное движение ударника в дроссельном пневматическом ударном механизме (ДПУМ) предопределено разностью сил (импульсов) со стороны его торцов. Эту разность можно реализовать одним из трех способов подбора объемов камер рабочего Vp и холостого Vx ходов и питающих их проходных сечений wp и wx дросселей впуска: Vp Ф Vx, wp Ф wx. (23) Третий способ реализации объемов камер и проходных сечений дроссе лей впуска наиболее широк, т.к. позволяет варьировать при создании ДПУМ большим числом переменных. По признаку впуска из имеющегося количества ДПУМ можно выделить следующие группы: 1) ДПУМ с дросселями впуска постоянного геометрического сечения; 2) ДПУМ с дросселями впуска регулируемого проходного сечения; 3) ДПУМ с дросселями впуска и перепуска воздуха между рабочими камерами; 4) ДПУМ с дросселями впуска и задержкой выпуска; f.f 5)ДПУМ с дросселями впуска и выпуска из рабочих камер; 6) ДПУМ с дросселями впуска дополнительнымидросселем наддува рабочих камер; 7)ДПУМ с дросселями впуска и продувкой рабочих камер; 8)ДПУМ с дросселями впуска икамерами пневматического буфера; 9) Дії УМ с дросселями впуска и форсажными камерами проточными; 10) ДПУМ с дросселями впуска и форсажными камерами непроточными.

Каждый из ДПУМ, согласно вышеуказанной классификации, может быть представлен неподвижными дросселями впуска, выполненными в (на) корпусе (цилиндре), трубке, стержне (1-ая подгруппа) и подвижными — в (на) ударнике и f трубке (2-ая подгруппа). То есть, ососбенности механизмов указанных десяти групп могут быть также представлены двумя подгруппами: 1) механизмы с неподвижными дросселями впуска (рис.2,6, сх. 1-6); 2) механизмы с подвижными дросселями впуска (рис.2.7, сх. 7-12).

Баро- и термодинамические параметры в камерах дроссельных пневмоударных механизмов

По аналогии с предыдущим рассмотрением ДГТУМ(ПТ) фиксированными приняты показатели Р0, Pto Qo, R, k, ky, S и L. Влияние на рабочий процесс дроссельного ПУМ показателей Вр, Вх, Нр, Нх, zb а также Vp, Vx, Wp, Wx известно ( ). ДПУМ с перепуском характеризуются новыми показателями Ср, Сх, Wp Wx и П, влияние которых на рабочий и следует установить. Конструктивные размеры Ср, Сх, Wp, Wx совместно с П определяются проходным сечением перепускного канала и предопределены длиной ударника: CP=L+HX приНх#Нр 1 (3.1) WP=L+CX при НК=НР і

Следовательно, при L=const изменение пары Wp Wx требует изменения пар Нр Нх и Вр Вх. Таким образом, при исследовании достаточно ограничиться условием влияния на рабочий процесс ДПУМ(ПТ) фиксированных парных значений Вр Вх и Нр Нх при варьировании пары Wp Wx. Для сокращения этапа поиска исходных показателей ПУМ с перепуском близким к рациональным были использованы показатели лучшей настройки дроссельного механизма. Однако это потребовало уточнения рациональных значений Vp, Vx, , #.

Рабочий процесс одной из настроек ДПУМ(ПТ) представлен на рис. 3.1. Здесь изображены изменения скорости U(t), перемещение X(t) ударника, а также давления воздуха в камерах рабочего Pp(t) и холостого Px(t) ходов по отношению к сетевому давлению. Изменение расхода воздуха ДПУМ(ПТ) представлено зависимостью G(t). С целью выявления характерных моментов рабочего процесса по перечисленным параметрам, на рисунке 3.1.показана принципиальная схема ДПУМ(ПТ), приведенная в соответствии с масштабом кривой X(t), на которой точки 1 и 3 обозначают начало» а точки 2 и 4 - конец процесса перепуска. Анализ данных (рис.3Л) показал, что ДПУМ(ПТ) после запуска уже к четвертому циклу переходит в рабочий режим, который характеризуется стабильностью повторения, что подтверждает устойчивость динамической системы механизма поэтому для дальнейшего анализа изменений параметров использовался именно четвертый рабочий цикл ДПУМ(ПТ).

Исследование влияния соотношений эффективных проходных сечений впускных дросселей осуществлялось посредством параметра. Зависимости qv(u) и SN(U) (рис. 3.2 и 3.3) иллюстрируют влияние и на эти показатели для трех различных настроек по Wp и Wx. Изучение зависимости г показывает, что для всех исследуемых настроек ПУМ в плоскостях (qv-u) и (єк-о ) показатели qv и eN имеют оптимум. Наиболее резко оптимум выражен при изменении Wp (см. рис. 3.3). Рациональные сочетания значений eN лежат в пределах upau(Wp)=2,5...2,75, при увеличении до 3 за счет Wp удельный расход ДПУМ(ПТ) в сравнении с лучшей настройкой upau(Wp)=2,75 увеличивается на 7,7% и съем мощности снижается на

2,4%. Этот факт объясняется увеличением противодавления в камере рабочего хода, обусловленного большим расходом через впускной дроссель. Уменьшение v за счет увеличения Wx до 2,25 приводит к более существенному увеличению противодавления и торможению ударника в предударный период, что предопределяет, в сравнении с г)опт, увеличение qv на 40,2%, и снижение ew на 17,1%. Зависимости для исследуемых настроек Д11УМ с перепуском отражены графиками на рис. 3.2 и 3.3.

При выборе значений и следует иметь в виду, что настройки ДПУМПТ) с большими пиковыми значениями давления в камере холостого хода имеют повышенную чувствительность к изменению зазоров. По мере износа ударника или центрального канала ствола, буксы или хвостовика инструмента пик давления уменьшается, что обусловит меньший заброс ударника и энергетические показатели машины ухудшаться. Меньшие же импульсы давления со стороны рабочих камер при малых значениях Wp и Wx уже определяют снижение энергетических показателей. Большие импульсы противодавления в рабочих камерах ДПУМ(ПТ) могут быть продиктованы, например, их заниженными объемами.

Исследование соотношения объемов рабочих камер, определенных параметром X» проиллюстрировано графиками на рис. 3.4 и 3.5. Изучение зависимости X показало, что рабочий процесс ДПУМ(ПТ) с перепуском наиболее чувствителен к изменению Vp нежели Vx. Это подтверждается резко выделяющимся оптимумом для qv и sN в плоскостях (qv-X) и (є -Х) (см. рис. 3..5). Диапазон рациональных значений X достаточно широк: )=2,5.,.3,5.

Дальнейшее исследование различных настроек ДПУМ(ПТ) показывает, что при увеличении до 4, за счет уменьшения Vx, параметры qv и CN ухудшаются соответственно на 10% и 3,7% для лучших настроек и на 21,5% и 8,1% - для средних (см. рис.3.4). При варьировании Vp (см. рис. 3.5) настройка с ( onr(Vp =3»06) увеличение А, до 4 предопределяет увеличение qvHa 33,8% и уменьшение eN на 10,9%. Отклонение X в меньшую сторону не вызывает существенных изменений qv и eN. Естественно, что на практике из конструктивных и технологических соображений большие объемы камеры холостого хода нежелательны. Однако увеличение X, например, до 7 (уменьшение Vx) по отношению к Храц(Ух) предопределяет увеличение qv на 54,5% и уменьшение eN на 20,5%. Такое ухудшение удельных параметров не всегда можно считать равноценной компенсацией за меньшие габариты машины. Другие особенности характера изменения исследуемых настроек ДПУМ(ПТ) по X показаны на рис. 3.4 и 3.5.