Обґрунтування структури та оптимальних параметрів гідравлічного ударного механізму високої потужності

Метою даної роботи є вивчення конструкції і принципу дії гідромолота, ознайомлення з класифікацією і областю застосування гідравлічних молотів, а також складання математичної моделі гідромолота високої потужності з метою подальшого вибору оптимальних параметрів для роботи гідромолота.

1. Визначення гідромолота і область його застосування

Гідравлічний молот робоче обладнання для гідравлічних екскаваторів та навантажувачів, що використовується для обробки міцних матеріалів (гірських порід, грунту, залізобетону). Гідромолот застосовується як допоміжне навісне обладнання для руйнування скельних грунтів, бетонних і залізобетонних конструкцій, мерзлого грунту, розкриття асфальтобетонних покриттів і підземних комунікацій

Складовими частинами гідромолота є: бойок , розподільник , камера холостого ходу , камера робочого ходу , Пневмокамера , мережевий гідроакумулятор напірної лінії , лінія управління золотником гідророзподільника . Залежно від типів виконуваних робіт гідромолот забезпечується різними за формою піками : конус , зубило , олівець і т.д.Якщо його оснастити різними типами насадок , гідромолот можна використовувати для руйнування залізобетонних конструкцій або бетонних стін. Він являє собою змінну насадку для екскаватора , навантажувача або трактора для виконання перерахованих вище робіт, яку підключають до гідравлічної системи спеціальної техніки.[7]

Гідромолот застосовується в якості змінного робочого органу для будь-яких моделей екскаваторів, гідравлічних машин зарубіжного та вітчизняного виробництва, а також як додаткова змінна деталь навантажувачів, стаціонарних глиборазбівающіх машин. При цьому для кожного виду техніки підбирається своя модель гідромолота.

2. Класифікація гідравлічних молотів

2.1 Класифікація гідромолотів за типом

За типом гідромолоти поділяють на машини відкритого та закритого типу.

Найбільш ефективними та безпечними вважаються гідромолоти з закритим корпусом. Вони малошумні, що знижують руйнівний вплив на базовий екскаватор.Такая категорія гідромолотів знижує руйнування впливу вібрації на екскаватор, тим самим продовжуючи термін служби не тільки самого гідромолота, але також і машини, на яку він встановлений.[6]

2.2 Класифікація за призначенням

За призначенням гідромолоти поділяють на три типи: гідромолоти руйнівники, гідромолоти кувальні і палебійні гідромолоти.

Гідромолоти руйнівники призначені для руйнування та розкриття скельних грунтів, бетонних і залізобетонних конструкцій, мерзлого грунту.

Кувальні гідромолоти застосовуються для виконання штампувальних та кувальних робіт.

Палебійні гідромолоти застосовуються для занурення різних пальових елементів.[6]

2.3 Типорозмірний групи гідромолотів

Одним з найголовніших принципів за якими класифікують гідромолоти, якраз і є маса і потужність.В цієї класифікації гідромолоти поділяють на легкі, середні і важкі.

Гідромолоти легкого класу, навішені на малогабаритні машини, застосовують для руйнування твердих матеріалів, дорожніх покриттів і інших подібних робіт в обмежених обсягах. Легкі гідромолоти призначені для екскаваторів масою 0,35...12тонн. [4]

Гідромолоти середнього класу найбільш універсальні. Вони широко застосовуються для руйнування асфальто-бетонних покриттів, фундаментів, бетонних і цегляних стін, будівництві і ремонті доріг, прокладання трубопроводов.Важливу роль такі гідромолоти грають при проведенні ремонтних і аварійних робіт на об'єктах комунального хозяйства.Средні гідромолоти застосовуються в роботі з несучими машинами масою 8...120тонн.

Гідромолоти важкого класу використовують для важких і великих об'ємів робіт, таких як знесення будівель і різних споруд, розбиття мерзлих грунтів. Добрими працівниками вони є і в кар'єрах для дроблення матеріалів нестандартних розмірів. Використання гідромолотів важкого класу–одна з альтернатив руйнування конструкцій з допомогою вибуху, однак слід приділяти підвищену увагу питанням безпеки при їх експлуатації. Важкі гідромолоти відрізняються не тільки тим, що мають досить велику власну масу ( понад 1,5тонн), але і тим, що енергія удару у них досягає великих значень ( від 4 кДж до 20 кДж).[2]

3.Принцип роботи і конструкція гідромолота високої потужності

Гідромолот використовується, як навісне обладнання для екскаваторів. Принцип роботи екскаватора показаний на Схемі 1.

Розглянемо структуру та принцип дії гідравлічного ударного механізму високої потужності, розробленого кафедрою «Енергомеханічних систем» Донецького Національного Технічного Університету, принципова схема якого представлена ниже.Саме цей ударний механізм я буду розглядати у своїй роботі.

Гідромолот, принципова схема якого представлена вище складається з корпусу 1,всередині якого розташований бойок 2, утворює з корпусом 1 камеру прямого ходу 3 і зворотного ходу 4. Співвісно бойку 2 в корпусі 1 розташований інструмент 5. Додаткова порожнина 6, виконана в корпусі 1 пов'язана отвором 7 з камерою прямого ходу 3, а каналом 8 з керуючою камерою 9 розподільного пристрою 10, що складається з корпусу 11, всередині якого розміщений клапан 12, який утворює з корпусом 11 напірну камеру 13 і зливну камеру 14. Напірна камера 13 пов'язана з каналом 15 з камерою зворотного ходу 4. Зливна камера 14 пов'язана каналом 16 з камерою прямого ходу 3. У верхній частині камери прямого ходу 3 співвісно бойку 2 виконана порожнина 17 для його гідравлічного гальмування в період зворотного ходу. Отвір 18 пов'язано каналом 19 з отвором 20 для подачі робочої рідини з напірної камери 13 через порожнину 17 в камеру прямого ходу 3. Бойок 2 має в порожнині 6 поршневу поверхню 21, площа якої більше площі отвору 7, що з'єднує камеру прямого ходу 3 з додатковою порожниною 6. У верхній частині корпусу 11 розподільного пристрою 10 виконано отвір 24 для з'єднання зливної камери 14 з лінією скидання 25 робочої рідини. Керуюча камера 9 розподільного пристрою 10 пов'язана з лінією скидання 25 переказний трубкою 26 із запірним органом 27.

Принцип дії гідромолоту полягає в наступному: у початковому стані запірний орган 27 знаходиться у відкритому положенні.

Робоча рідина від джерела живлення подається під тиском по напірної лінії 23 в напірну камеру 13 розподільного пристрою 10, звідки по каналу 15 вона надходить у камеру зворотного ходу 4, а через отвір 20 в корпусі 11 розподільного пристрою робоча рідина подається по каналу 19 і отвору 18 в корпусі I в порожнину 17 і камеру прямого ходу 3 Гідромолоток. Оскільки площа поршневий поверхні бойка 2 з боку камери прямого ходу 3 більше площі поршневий поверхні бойка з боку камери зворотного ходу 4 , то бойок 2 переміститься в крайнє нижнє положення до упору з інструментом 5 та забере вихідне положення. З камери прямого ходу 3 робоча рідина через отвір 7 надходить в додаткову порожнину 6 і далі по каналу 8 в керуючу камеру 9 розподільного пристрою 10. Оскільки запірний орган 27 відкритий, то робоча рідина з керуючої камери 9 по перекладної трубці 26 вільно надходить у скидну лінію 25, завдяки цьому тиск в керуючій камері 9 менше тиску в напірній камері 13 і клапан 12 розподільного пристрою 10 утримується в нижньому положенні, перекриваю отвір 24, що зв'язує зливну камеру 14 в яку надходить робоча рідина з камери прямого ходу 3 по каналу 16 з лінією скидання 25. Гідромолоток знаходиться в початковому стані і готовий до роботи.

При закритті запірного органу 27 припиняється доступ робочої рідини з керуючої камери 9 в скидну лінію 25. Тиск в керуючій камері 9 стає рівним тиску в напірній камері 13 розподільного пристрою 10, а тому площа поршневий поверхні клапана 12 з боку керуючої камери 9 більше площі поршневий поверхні клапана 13 з боку напірної камери 13, то клапан 12 переміщується вгору і закриває доступ робочої рідини з напірної камери 13 в камеру прямого ходу 3, при цьому відкривається отвір 24 і рідина з зливний камери 14 починає надходити в лінію скидання 25. Тиск робочої рідини в камері прямого ходу 3становітся менше тиску в камері зворотного ходу 4 і бойок 2 починає здійснювати холостий хід, витісняючи робочу рідину з камери прямого ходу 3 безпосередньо в зливну камеру 14 і далі на скидання, а з додаткової порожнини 6 робоча рідина витісняється поршневий поверхнею 21 бойка 2 в камеру прямого ходу 3 через отвір 7. Площа отвору 7 менше площі поршневий поверхні 21, в результаті чого тиск в додаткової порожнини 6 більше тиску в камері прямого ходу 3. Відповідно, тиск в керуючій камері 9 більше тиску робочої рідини в отворі 20, а , отже, сила діє на клапан 12 з боку керуючої камери 9 більше сили, що діє з боку напірної камери 13 і клапан 12 утримується в крайньому верхньому положенні. Бойок 2 здійснює зворотний хід до тих пір, поки його хвостовик не входить в порожнину 17. При цьому порожнина 17 виявляється гідравлічно замкнутою. Тиск робочої рідини в порожнині 17 різко зростає і бойок 2 гальмується. При цьому тиск в додаткової порожнини 6 знижується, тому що зменшується витрата рідини через отвір 7. Сила , діюча на клапан 12 з боку напірної камери 13 стає більше сили, що діє на клапан 12 з боку керуючої камери 9 і клапан 12 переміщається вниз, відкриваючи доступ робочої рідини з напірної камери 13 розподільного механізму в камеру прямого ходу 3. Оскільки площа поршневий поверхні бойка 2 з боку камери прямого ходу 3 більше площі поршневий поверхні бойка 2 з боку зворотного ходу 4 , то бойок 2 починає переміщатися вниз, здійснюючи прямий хід. Робоча рідина з камери зворотного ходу 4 по каналу 15 витісняється в напірну камеру 13. У період прямого ходу бойка 2 рідина з робочої камери 3 через отвір 7 надходить в додаткову порожнину 6, а тому площа поршневий поверхні 21 більше площі отвору 7, то тиск у додаткової порожнини 6 менше тиску в камері прямого ходу 3. Відповідно тиск в камері управління 9 распределительно механізму 10 менше тиску в напірній камері 13 і клапан утримується в крайньому нижньому положенні. Наприкінці ходу бойок 2 завдає удар по інструменту 5. При цьому відбувається його різке гальмування і тиск рідини в додаткової порожнини 6 стає рівним тиску в камері прямого ходу 3. Внаслідок того , що площа поршневий поверхні клапана 12 з боку напірної камери 13 сила, діюча на клапан 12 з боку керуючої камери 9 стає більше сили, що діє на клапан 12 з боку напірної камери 13 і клапан 12 переміщується вгору, перекриваючи доступ робочої рідини з напірної камери 13 в камеру прямого ходу 3.

Оскільки переключення розподільного механізму відбувається за рахунок різниці тисків між напірної камерою 13 і камерою управління 9, які гідравлічно пов'язані відповідно з камерою прямого ходу 3 та додаткової порожниною 6, то в конструкції Гідромолотк відсутні розподільні канали, періодично закриваються ущільнювальними пасками бойка, знос яких в результаті їх тертя об корпус призводить до виникнення витоків, порушення режиму роботи механізму виходу його з ладу. Після перемикання розподільного механізму 10 камера прямого ходу 3 гідравлічно з'єднується з лінією скидання 25 і бойок починає здійснювати зворотний хід. Цикл роботи повторюється. Гідромолоток працює в автоколивальних режимі до тих пір, поки не буде відкритий запірний орган 27. При цьому, після нанесення удару бойком 2 по інструменту 5, тиск робочої рідини в додаткової порожнини 6 не збільшується і клапан 12 залишається в крайньому нижньому положенні, закриваючи доступ рідини з камери прямого ходу 3 через зливну лінію 14 в лінію скидання 25. Сила, діюча на бойок 2 з боку камери прямого ходу 3 залишається більше сили, що діє з боку камери зворотного ходу 4 і бойок зупиняється в крайньому нижньому положенні.[1]

4.Математичне моделювання робочого процесу гідравлічного ударного механізму

Позначимо робочі камери гідромолота як А1,А2,В,С,Е,D.

Знаходимо тиску у всіх камерах:

де α1, α2, α3, α4, α5,– гідравлічні опору каналів , що з'єднують відповідні камери.

Витрати Q визначаються швидкістю руху поршня–бойка і поршня–клапана:

де V1 – швидкість руху поршня–бойка;

V2 – швидкість руху поршня–клапана;

S–площі робочих поверхонь у відповідних камерах.

Рівняння витрат у відповідних камерах для поршня–бойка:

Рівняння витрат у відповідних камерах для поршня–клапана :

Рівняння балансу витрат:

Рівняння руху бойка має вигляд:

Рухомим елементом вузла розподільника є поршень–клапан , рівняння руху якого має вигляд:

Заключення

Основним завданням моєї подальшої роботи є шляхом математичного моделювання проаналізувати принципову схему з метою вибору найбільш раціональних конструктивних і робочих параметрів для роботи гідравлічного ударного механізму високої потужності.

Список джерел

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