ДонНТУ   ЭМС   Портал магистров

Лукша Анастасия Юрьевна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра энергомеханических систем (ЭМС)

Специальность Компьютеризиованные энергомеханические системы

Обоснование структуры и оптимальных параметров гидравлического ударного механизма высокой мощности

Научный руководитель: к.т.н., доцент Устименко Татьяна Алексеевна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Определение гидромолота и область его применения
• 2. Классификация гидравлических молотов
• 2.1 Классификация гидромолотов по типу
• 2.2 Классификация по назначению
• 2.3 Типоразмерные группы гидромолотов
• 3. Принцип работы и конструкция гидромолота высокой мощности
• 4. Математическое моделирования рабочего процесса гидравлического ударного механизма
• Заключение
• Список источников

Введение

На сегодняшний день трудно представить какие либо работы связанные с разрушением твердого материала без применения гидромолота.На протяжении длительного периода времени гидромолоты являются незаменимым оборудованием в строительной отрасли и промышленности благодаря тому, что спектр их применения очень широк.Эти мощные машины могут разрушить все: с их помощью вскрывают асфальто-бетонные покрытия, разрабатывают мерзлоту, дробят негабариты, разбивают кирпичные и бетонные покрытия, а также решают множество других задач.

Гидравлические молоты появились в шестидесятых годах прошлого столетия. Первое испытание гидромолота было произведено в 1962 году фирмой Raymondв Соединенных Штатах Америки при забивке свай.

Целью данной работы является изучение конструкции и принципа действия гидромолота,ознакомление с классификацией и областью применения гидравлических молотов,а также составление математической модели гидромолота высокой мощности с целью дальнейшего выбора оптимальных параметров для работы гидромолота.

1.Определение гидромолота и область его применения

Гидравлический молот рабочее оборудование для гидравлических экскаваторов и погрузчиков, используемое для обработки прочных материалов(горных пород, грунта, железобетона).Гидромолот применяется в качестве вспомогательного навесного оборудования для разрушения скальных грунтов, бетонных и железобетонных конструкций, мерзлого грунта, вскрытия асфальтобетонных покрытий и подземных коммуникаций. [5]

Составными частями гидромолота являются: боёк, распределитель, камера холостого хода, камера рабочего хода, пневмокамера, сетевой гидроаккумулятор напорной линии, линия управления золотником гидрораспределителя. В зависимости от типов выполняемых работ гидромолот снабжается различными по форме пиками: конус, зубило, карандаш и т.д.Если его оснастить различными типами насадок, гидромолот можно использовать для разрушения железобетонных конструкций или бетонных стен. Он представляет собой сменную насадку для экскаватора, погрузчика или трактора для выполнения вышеперечисленных работ, которую подключают к гидравлической системе специальной техники. [7]

Гидромолот применяется в качестве сменного рабочего органа для любых моделей экскаваторов, гидравлических машин зарубежного и отечественного производства, а также как дополнительная сменная деталь погрузчиков, стационарных глыборазбивающих машин. При этом для каждого вида техники подбирается своя модель гидромолота.

2. Классификация гидравлических молотов

2.1 Классификация гидромолотов по типу

По типу гидромолоты разделяют на машины открытого и закрытого типа.

Наиболее эффективными и безопасными считаются гидромолоты с закрытом корпусом. Они малошумные, снижающие разрушающее воздействие на базовый экскаватор.Такая категория гидромолотов снижает разрушение воздействия вибрации на экскаватор, тем самым продлевая срок службы не только самого гидромолота, но также и машины, на которую он установлен. [6]

2.2 Классификация по назначению

По назначению гидромолоты разделяют на три типа: гидромолоты разрушители,гидромолоты ковочные и сваебойные гидромолоты.

Гидромолоты разрушители предназначены для разрушения и вскрытия скальных грунтов, бетонных и железобетонных конструкций, мерзлого грунта.

Ковочные гидромолоты применяются для выполнения штамповочных и ковочных работ.

Сваебойные гидромолоты применяются для погружения различных свайных элементов. [6]

2.3 Типоразмерные группы гидромолотов

Одним из самых главных принципов по которым классифицируют гидромолоты,как раз и является масса и мощность.В этой классификации гидромолоты разделяют на легкие,средние и тяжелые.

Гидромолоты легкого класса, навешенные на малогабаритные машины, применяют в основном для разрушения твердых материалов, дорожных покрытий и других подобных работ в ограниченных объемах. Легкие гидромолоты предназначены для экскаваторов массой 0,35…12тонн. [4]

Гидромолоты среднего класса наиболее универсальны. Они широко применяются для разрушения асфальто-бетонных покрытий, фундаментов, бетонных и кирпичных стен, строительстве и ремонте дорог, прокладке трубопроводов.Важную роль такие гидромолоты играют при проведении ремонтных и аварийных работ на объектах коммунального хозяйства.Средние гидромолоты применяются в работе с несущими машинами массой 8…120тонн.

Гидромолоты тяжелого класса в основном используют для тяжелых и больших объемов работ, таких как снос зданий и различных построек, разбитие мерзлых грунтов. Хорошими работниками они являются и в карьерах для дробления материалов нестандартных размеров. Использование гидромолотов тяжелого класса — одна из альтернатив разрушения конструкций с помощью взрыва, однако следует уделять повышенное внимание вопросам безопасности при их эксплуатации. Тяжёлые гидромолоты отличаются не только тем, что имеют достаточно большую собственную массу ( свыше 1,5тонн), но и тем, что энергия удара у них достигает больших величин ( от 4 кДж до 20 кДж). [2]

3. Принцип работы и конструкция гидромолота высокой мощности

Гидравлический молот используется,как навесное оборудование для экскаваторов. Принцип работы экскаватора показан на Схеме 1.

Рассмотрим структуру и принцип действия гидравлического ударного механизма высокой мощности, разработанного кафедрой «Энергомеханических систем» Донецкого Национального Технического Университета, принципиальная схема которого представлена ниже.Именно этот ударный механизм я буду рассматривать в своей работе.

Гидромолоток, принципиальная схема которого представлена выше состоит из корпуса 1,внутри которого расположен боек 2, образующий с корпусом 1 камеру прямого хода 3 и обратного хода 4. Соосно бойку 2 в корпусе 1расположен инструмент 5. Дополнительная полость 6, выполненная в корпусе 1 связана отверстием 7 с камерой прямого хода 3, а каналом 8 с управляющей камерой 9 распределительного устройства 10, состоящего из корпуса 11, внутри которого размещен клапан 12, образующий с корпусом 11 напорную камеру 13 и сливную камеру 14. Напорная камера 13 связана с каналом 15 с камерой обратного хода 4. Сливная камера 14 связана каналом 16 с камерой прямого хода 3. В верхней части камеры прямого хода 3 соосно бойку 2 выполнена полость 17 для его гидравлического торможения в период обратного хода. Отверстие 18 связано каналом 19 с отверстием 20 для подачи рабочей жидкости из напорной камеры 13 через полость 17 в камеру прямого хода 3. Боек 2 имеет в полости 6 поршневую поверхность 21, площадь которой больше площади отверстия 7, соединяющего камеру прямого хода 3 с дополнительной полостью 6. В верхней части корпуса 11 распределительного устройства 10 выполнено отверстие 24 для соединения сливной камеры 14 с линией сброса 25 рабочей жидкости. Управляющая камера 9 распределительного устройства 10 связана с линией сброса 25 переводной трубкой 26 с запорным органом 27.

Принцип работы гидромолотка заключается в следующем: в исходном состоянии запорный орган 27 находится в открытом положении.

Рабочая жидкость от источника питания подается под давлением по напорной линии 23 в напорную камеру 13 распределительного устройства 10, откуда по каналу 15 она поступает в камеру обратного хода 4, а через отверстие 20 в корпусе 11 распределительного устройства рабочая жидкость подается по каналу 19 и отверстию 18 в корпусе I в полость 17 и камеру прямого хода 3 гидромолотка. Поскольку площадь поршневой поверхности бойка 2 со стороны камеры прямого хода 3 больше площади поршневой поверхности бойка со стороны камеры обратного хода 4, то боёк 2 переместится в крайнее нижнее положение до упора с инструментом 5 и займет исходное положение. Из камеры прямого хода 3 рабочая жидкость через отверстие 7 поступает в дополнительную полость 6 и далее по каналу 8 в управляющую камеру 9 распределительного устройства 10. Поскольку запорный орган 27 открыт, то рабочая жидкость из управляющей камеры 9 по переводной трубке 26 свободно поступает в сбросную линию 25, благодаря этому давление в управляющей камере 9 меньше давления в напорной камере 13 и клапан 12 распределительного устройства 10 удерживается в нижнем положении, перекрываю отверстие 24, связывающее сливную камеру 14 в которую поступает рабочая жидкость из камеры прямого хода 3 по каналу 16 с линией сброса 25. Гидромолоток находится в исходном состоянии и готов к работе.

При закрытии запорного органа 27 прекращается доступ рабочей жидкости из управляющей камеры 9 в сбросную линию 25. Давление в управляющей камере 9 становится равным давлению в напорной камере 13 распределительного устройства 10, а т.к. площадь поршневой поверхности клапана 12 со стороны управляющей камеры 9 больше площади поршневой поверхности клапана 13 со стороны напорной камеры 13, то клапан 12 перемещается вверх и закрывает доступ рабочей жидкости из напорной камеры 13 в камеру прямого хода 3, при этом открывается отверстие 24 и жидкость из сливной камеры 14 начинает поступать в линию сброса 25. Давление рабочей жидкости в камере прямого хода 3 становится меньше давления в камере обратного хода 4 и боек 2 начинает совершать холостой ход, вытесняя рабочую жидкость из камеры прямого хода 3 непосредственно в сливную камеру 14 и далее на сброс, а из дополнительной полости 6 рабочая жидкость вытесняется поршневой поверхностью 21 бойка 2 в камеру прямого хода 3 через отверстие 7. Площадь отверстия 7 меньше площади поршневой поверхности 21, в результате чего давление в дополнительной полости 6 больше давления в камере прямого хода 3. Соответственно, давление в управляющей камере 9 больше давления рабочей жидкости в отверстии 20, а, следовательно, сила действующая на клапан 12 со стороны управляющей камеры 9 больше силы, действующей со стороны напорной камеры 13 и клапан 12 удерживается в крайнем верхнем положении. Боек 2 совершает обратный ход до тех пор, пока его хвостовик не входит в полость 17. При этом полость 17 оказывается гидравлически замкнутой. Давление рабочей жидкости в полости 17 резко возрастает и боек 2 тормозится. При этом давление в дополнительной полости 6 снижается, т.к. уменьшается расход жидкости через отверстие 7. Сила, действующая на клапан 12 со стороны напорной камеры 13 становится больше силы, действующей на клапан 12 со стороны управляющей камеры 9 и клапан 12 перемещается вниз, открывая доступ рабочей жидкости из напорной камеры 13 распределительного механизма в камеру прямого хода 3. Поскольку площадь поршневой поверхности бойка 2 со стороны камеры прямого хода 3 больше площади поршневой поверхности бойка 2 со стороны обратного хода 4, то боек 2 начинает перемещаться вниз, совершая прямой ход. Рабочая жидкость из камеры обратного хода 4 по каналу 15 вытесняется в напорную камеру 13. В период прямого хода бойка 2 жидкость из рабочей камеры 3 через отверстие 7 поступает в дополнительную полость 6, а т.к. площадь поршневой поверхности 21 больше площади отверстия 7, то давление в дополнительной полости 6 меньше давления в камере прямого хода 3. Соответственно давление в камере управления 9 распределительно механизма 10 меньше давления в напорной камере 13 и клапан удерживается в крайнем нижнем положении. В конце хода боек 2 наносит удар по инструменту 5. При этом происходит его резкое торможение и давление жидкости в дополнительной полости 6 становится равным давлению в камере прямого хода 3. В результате того, что площадь поршневой поверхности клапана 12 со стороны напорной камеры 13 сила, действующая на клапан 12 со стороны управляющей камеры 9 становится больше силы, действующей на клапан 12 со стороны напорной камеры 13 и клапан 12 перемещается вверх, перекрывая доступ рабочей жидкости из напорной камеры 13 в камеру прямого хода 3.

Поскольку переключение распределительного механизма происходит за счет разности давлений между напорной камерой 13 и камерой управления 9, которые гидравлически связаны соответственно с камерой прямого хода 3 и дополнительной полостью 6, то в конструкции гидромолотка отсутствуют распределительные каналы, периодически закрывающиеся уплотняющими поясками бойка, износ которых в результате их трения о корпус приводит к возникновению утечек, нарушению режима работы механизма выходу его из строя. После переключения распределительного механизма 10 камера прямого хода 3 гидравлически соединяется с линией сброса 25 и боек начинает совершать обратный ход. Цикл работы повторяется. Гидромолоток работает в автоколебательном режиме до тех пор, пока не будет открыт запорный орган 27. При этом, после нанесения удара бойком 2 по инструменту 5, давление рабочей жидкости в дополнительной полости 6 не возрастает и клапан 12 остается в крайнем нижнем положении, закрывая доступ жидкости из камеры прямого хода 3 через сливную линию 14 в линию сброса 25. Сила, действующая на боек 2 со стороны камеры прямого хода 3 остается больше силы, действующей со стороны камеры обратного хода 4 и боек останавливается в крайнем нижнем положении. [1]

4. Математическое моделирования рабочего процесса гидравлического ударного механизма

Обозначим рабочие камеры гидромолота как А1,А2,В,С,Е,D.

Находим давления во всех камерах :

где α1, α2, α3, α4, α5,– гидравлические сопротивления каналов, соединяющих соответствующие камеры.

Расходы Q определяются скоростью движения поршня-бойка и поршня-клапана:

где V1 – скорость движения поршня-бойка,

V2 – скорость движения поршня-клапана,

S– площади рабочих поверхностей в соответствующих камерах;

Уравнения расходов в соответствующих камерах для поршня-бойка:

Уравнения расходов в соответствующих камерах для поршня-клапана:

Уравнения баланса расходов:

Уравнение движения бойка имеет вид:

Подвижным элементом узла распределителя является поршень-клапан, уравнение движения которого имеет вид:

Заключение

Основной задачей моей дальнейшей работы является путем математического моделирования проанализировать принципиальную схему с целью выбора наиболее рациональных конструктивных и рабочих параметров для работы гидравлического ударного механизма высокой мощности.

Список источников

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/Т.М. Башта, С.С.Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М.: Машиностроение, 1982.-423с.
2. Алимов О.Д. Басов С.А. Основы теории и расчета гидрообъемных виброударных механизмов. – Фрунзе; Илим, 1976.-25с.
3. Гидравлический отбойный молоток [электронный ресурс]–Режим доступа -http://www.freepatent.ru/
4. Гидромолоты легкого класса [электронный ресурс]–Режим доступа - http://www.os1.ru/article/road_equipment
5. Гидромолот, навесное оборудование для экскаваторов и погрузчиков, запчасти и комплектующие к ним [электронный ресурс]–Режим доступа– http://gidromolot.tradicia-k.ru
6. Классификация гидромолотов и их практическая применяемость [электронный ресурс]–Режим доступа– http://gidromolot.tradicia-k.ru
7. Гидромолот.Общая информация.Принцип работы [электронный ресурс]–Режим доступа– tradicia-k.htm