Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
1.1. Обоснование рациональных режимов работы машин ударного действия при взаимодействии с объектами переменной прочности 11
1.2. Анализ режимных и конструктивных параметров гидравлических молотов 21
1.3. Анализ конструкций машин ударного действия с регулируемыми выходными параметрами 32
1.4. Цель и задачи исследований 48
ВЫВОДЫ. 50
2. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ МОЛОТОВ С ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИМИ УДАРНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ. КЛАССИФИКАЦИЯ 52
2.1. Рациональные зависимости настройки параметров гидропневматических ударных механизмов и особенности их применения в адаптивных гидравлических молотах 52
2.2. Классификация гидравлических молотов с регулируемыми выходными параметрами. 63
2.3. Объект исследований 68
ВЫВОДЫ 82
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
МОЛОТА НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ. 84
3.1. Особенности теоретических исследований 84
3.2. Расчетная схема и принцип действия адаптивного гидравлического молота 88
3.3. Математическая модель адаптивного гидравлического молота 92
3.4. Алгоритм моделирования работы адаптивного гидравлического молота на ЭЦВМ.. 103
3.5. Анализ результатов теоретических исследований адаптивного гидравлического молота на математической модели 105
ВЫВОДЫ 117
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ. ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МОЛОТА 119
4.1. Методические особенности экспериментальных исследований 119
4.2. Лабораторная установка для проведения экспериментальных исследований 121
4.3. Определение необходимого числа опытов и статистическая обработка результатов экспериментальных исследований. 128
4.4. Тарировка регистрирующей аппаратуры 134
4.5. Исследование особенностей рабочего цикла адаптивного гидравлического молота 137
4.6. Исследование формирования выходных энергетических параметров адаптивного гидравлического молота при переменном сопротивлении забоя 145
4.7. Проверка адекватности математической модели 152
ВЫВОДЫ 155
5. ПРАКТИЧЕСКОГЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 156
5.1. Рекомендации по методике расчета основных параметров адаптивного гидравлического молота 156
5.2. Обоснование эффективности применения адаптивного гидравлического молота. 163
5.3. Производственные испытания экспериментального образца адаптивного гидравлического молота 169
5.4. Внедрение результатов исследований и основные направления совершенствования конструкций адаптивных гидравлических молотов 172
ВЫВОДЫ 175
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 177
ЛИТЕРАТУРА 180
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 194
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 208
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 220
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 224
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 227
ПРИЛОЖЕНИЕ б 238
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 270
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 277
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
- Обоснование рациональных режимов работы машин ударного действия при взаимодействии с объектами переменной прочности
- Рациональные зависимости настройки параметров гидропневматических ударных механизмов и особенности их применения в адаптивных гидравлических молотах
- Расчетная схема и принцип действия адаптивного гидравлического молота
- Методические особенности экспериментальных исследований
- Рекомендации по методике расчета основных параметров адаптивного гидравлического молота
Обоснование рациональных режимов работы машин ударного действия при взаимодействии с объектами переменной прочности
Опыт эксплуатации машин ударного действия в строительстве, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства показывает, что наибольший эффект при применении динамического способа взаимодействия инструмента с обрабатываемой средой достигается при определенных оптимальных соотношениях конструктивных и режимных параметров системы "машина - рабочий орган - среда". Характерной особенностью динамического воздействия инструмента на обрабатываемую среду является наличие резко выраженных экстремальных значений в зависимостях, связывающих отдельные параметры процесса взаимодействия /13,14,15,16,17,18,19,20/.
Наиболее общим критерием, по которому можно достоверно судить об оптимальности процесса взаимодействия инструмента с массивом, является показатель энергоемкости /11,15,16,21/. При достижении минимальной энергоемкости можно утверждать, что рабочий орган машины работает в оптимальном режиме и ее производительность, при прочих неизменных условиях, максимальна /21,22,23,24,25,26/.
В общем случае энергоемкость зависит от многих факторов. Так по данным А.Н.Зеленина /27,28,29/ при динамическом разрушении мерзлых грунтов энергоемкость, а, следовательно, и производительность, зависят от следующих основных факторов: величины энергии и скорости удара, к.п.д. ее передачи, формы и размеров рабочего инструмента, физико-механических свойств грунта, расстояния от точки приложения нагрузки до кромки забоя, угла скола грунта и других.
Установлению рациональных форм и геометрии инструментов при разрушении различных объектов, исследованию рациональных схем разрушения и углов скола посвящены многочисленные исследования, в которых рассматривается взаимодействие с различными по свойствам материалами в разнообразных условиях /30,31,32,33,34,35,36,37,38, 39,40,41/.
Из множества работ, посвященных исследованию влияния скорости внедрения инструмента в массив, определенный интерес представляют работы В.П.Горячкина /42/, А.Н.Зеленина /27,28,29,43/, Ю .А .Ветрова /15/, И.А.Янцена /44,45/. При исследовании влияния скорости приложения ударной нагрузки на процесс динамического разрушения грунтов они пришли к выводу, что это влияние незначительно сказывается на эффективности процесса и рекомендуют значения скорости не выше 3...7 м/с. При изучении влияния скорости удара на эффективность разрушения горных пород /44,45/ были установлены оптимальные ее значения, соответствующие минимуму удельных затрат энергии для аргиллитов, алевролитов и песчаников соответственно 5,7 ; б и 6,5 м/с. Однако отклонение скорости удара от оптимальных значений незначительно влияет на повышение энергоемкости разрушения. Так уменьшение скорости относительно оптимальной в 1,5 раза вызывает увеличение энергоемкости всего на 5...15$. Причем для более прочных пород изменение скорости оказывает меньшее влияние на энергоемкость. Более существенное влияние оказывает выбор рационального значения удельной энергии удара. Барон Л.И., Кичигин А.Ф., Янцен И.А.,- Лазуткин А.Г. установили зависимости среднего заглубления инструмента за один удар и удельной энергоемкости разрушения горных пород от энергии прилагаемой ударной нагрузки для различных режимов работы /33,35,45,46,47,48,49/.
Рациональные зависимости настройки параметров гидропневматических ударных механизмов и особенности их применения в адаптивных гидравлических молотах
В адаптивных гидравлических молотах наиболее целесообразно использовать в качестве источника динамических нагрузок гидропневматические ударные механизмы. Основное требование, предъявляемое к адаптивным гидравлическим молотам - обеспечение, автоматической настройки в процессе работы выходных энергетичехзких параметров. В гидропневматических ударных устройствах возможно конструктивно обеспечить при постоянной массе бойка переменные значения указанных параметров. Это достигается регулированием; либо величины движущих сил, разгоняющих боек, либо перемещения бойка. В обоих случаях возможно добиться требуемого эффекта, а выбор наиболее приемлемого решения зависит от конкретных конструктивных особенностей системы.
Рассмотрим достоинства и недостатки различных способов регулирования энергии удара гидравлического молота с гидропневматическим ударным блоком.
Величина энергии удара бойка определяется работой, совершаемой газом пневмоаккумулятора при его расширении в фазе рабочего хода. За начальное примем состояние газа в начале расширения, а за конечное - его состояние в момент соударения бойка с рабочим инструментом. На рис.2.1 представлена Р[/ - диаграмма расширения газа пневмоаккумулятора в фазе рабочего хода бойка. В начальном состоянии в точке I параметры пневмоаккумулятора характеризуются давлением Ру и объемом I/ , а в конечном.Работа аккумулятора при расширении равна площади, ограниченной кривой 1-2 и осью абсцисс. Регулирование работы аккумулятора, а, следовательно, и энергии удара бойка, как видно из рис.2.1, возможно тремя способами: изменением начального (Рис.2.1,а) или конечного (Рис.2.1,б) объема газа и изменением давления зарядки (Рис.2.1,в). Первые два способа осуществляются путем изменения рабочего хода бойка, а третий - путем варьирования давления зарядки газа в пневмоаккумулятор при неизменной амплитуде перемещения бойка во время рабочего цикла.
class3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
МОЛОТА НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ. class3
Расчетная схема и принцип действия адаптивного гидравлического молота
Особенностью рассматриваемого адаптивного гидравлического молота является автоматическое изменение энергии удара бойка в зависимости от величины внедрения рабочего инструмента в массив. Настройка энергии удара в каждом последующем цикле осуществляется по результатам взаимодействия гидравлического молота со средой в предыдущем цикле.
Первый каскад представляет собой распределительное устройство, образованное поясками бойка с окнами корпуса и изображенное на расчетной схеме в виде распределителя, имеющего связь с бойком по его положению относительно корпуса и управляющей массы. Причем эта связь осуществляется не непрерывно, а вступает в силу лишь в крайних положениях бойка, соответствующих окончанию определенных фаз рабочего цикла, то есть имеет место зазор в обратной связи. Второй каскад представляет собой золотниковый клапан, управляемый рабочей жидкостью, поступаємой из первого каскада блока управления в соответствующие управляющие гидравлические полости. Назовем их полостями открытия и закрытия золотника в соответствии с тем, в какое положение перебрасывается золотниковый клапан при подаче рабочей жидкости в ту или иную полость. На схеме второй каскад блока управления изображен в виде золотника. Рабочая жидкость поступает от привода по напорной магистрали, а в бак отводится по сливной магистрали. Боек и управляющая масса образуют с корпусом полости взвода, а между собой пневмоаккумулятор.
Работает гидравлический молот с адаптивным ударным блоком следующим образом.
В исходном положении под действием газа, закачанного в пневмоаккумулятор под давлением, боек и управляющая масса упираются в ограничители корпуса. Распределитель находится в положении, соответствующему сообщению напорной магистрали с полостью закрытия золотника.
Методические особенности экспериментальных исследований
Особенности функционирования адаптивного гидравлического молота отражаются и на методике его экспериментальных исследований. Если при экспериментальных исследованиях гидравлических молотов с постоянными выходными параметрами основное внимание уделяется вопросам изучения особенностей формирования рабочего цикла, определению рациональных значений конструктивных и режимных параметров /45/, то при исследовании адаптивного гидравлического молота помимо этого необходимо рассматривать его функционирование на протяжении нескольких рабочих циклов, при изменяющихся внешних условиях. Поэтому при экспериментальных исследованиях адаптивного гидравлического молота необходимо: во-первых, проведение некоторого числа опытов при постоянных внешних условиях, для получения необходимых для статистической обработки сведений об особенностях формирования рабочего цикла и проверки адекватности математической модели; во-вторых, постановка опытов по выявлению характеристики настройки выходных параметров при произвольном изменении свойств объекта воздействия. Для сокращения необходимого объема экспериментальных исследований целесообразно объединить оба эти направления. Поэтому эксперименты на лабораторной установке выполнены по ступенчатой схеме изменения внешних условий: проводилось необходимое для статистической обработки число опытов для постоянных значений сопротивления забоя при его дискретном приращении в исследуемом интервале. По полученным в результате регистрации такого процесса записям параметров определялся весь необходимый объем информации, как об особенностях формирования рабочего цикла, так и о процессе настройки выходных энергетических характеристик /122,123,124/.
В экспериментах не проводились специальные исследования по определению быстродействия настройки выходных параметров молота при изменении свойств объекта воздействия. Это объясняется тем, что при использовании высокочастотного адаптивного гидравлического молота в качестве исполнительного органа быстродействие системы настройки его выходных параметров не играет значительной роли. Изменение физико-механических свойств объектов воздействия происходит в двух наиболее вероятных случаях: при переходе гидравлического молота на новое место работы, свойства которого постоянны, но отличаются от предыдущего и при взаимодействии рабочего органа с обрабатываемым материалом, в результате которого происходит структурная перестройка последнего (например, при уплотнении грунтов, асфальтобетонных покрытий, погружении различных инденторов). В обоих случаях изменение СВОЙСТВ среды происходит при перемещении исполнительного органа в пространстве, а поскольку скорость этого перемещения невелика и частота ударов гидравлического молота довольно высокая, нет необходимости в значительном быстродействии настройки. Вполне достаточно если она будет происходить за несколько ударов бойка по рабочему инструменту. Скачкообразное изменение свойств объекта воздействия, связанное, например, с отколом материала от забоя, носит в рабочем процессе случайный характер и, как правило, вызывает холостые удары бойка по рабочему инструменту и автоматическое выключение молота. Поэтому нет необходимости исследовать поведение адаптивной системы в такой ситуации /125/.
Рекомендации по методике расчета основных параметров адаптивного гидравлического молота
Как отмечалось в п.1.1 наиболее совершенны конструкции адаптивных гидравлических молотов, обеспечивающие постоянную максимальную загрузку привода по давлению, поэтому методика, расчета ориентирована на использование пневмоаккумуляторов с неизменной величиной максимального давления газа и регулированием конечного газового состояния.
Максимальная величина энергии удара бойка гидравлического молота ограничивается, как отмечалось выше, величиной допустимой реакции отдачи, которая при практических расчетах может быть определена по формуле (і.1). Реакция отдачи гидравлического молота определяется равнодействующей всех осевых сил, приложенных к корпусу в фазе рабочего хода бойка и величина ее зависит от конструкции молота. Если в конструкции не предусматривается специальных виброгасителей, то максимальное значение реакции отдачи молота определяется выражением.
