ДонНТУ   ФИММ   ЭМС   Портал магистров

Мильченко Анжелика Сергеевна

Факультет инженерной механики и машиностроения(ФИММ)

Кафедра энергомеханических систем(ЭМС)

Специальность Компьютеризиованные энергомеханические системы

Обоснование структуры и оптимальных параметров переносного гидравлического ударного механизма

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. Общие сведения о переносных ударных механизмах
• 2. Классификация отбойных молотков
• 2.1 Типоразмеры отбойных молотков
• 2.2 Классификация ударных механизмов по виду привода
• 2.3 Конструктивные особенности и различный принцип действия гидравлических отбойных молотков
• 3. Принципиальная схема и принцип действия гидравлического отбойного молотка
• 4. Математическое моделирования рабочего процесса гидравлического ударного механизма отбойного молотка
• Заключение
• Список источников

Введение

На сегодняшний день переносной ударный механизм, а проще говоря, отбойный молоток является незаменимым помощником любого строителя, подрядчика и даже обычного человека, который занялся небольшим ремонтом.

Существует много разновидностей отбойных молотков, в своей работе я буду рассматривать гидравлический переносной ударный механизм, т.к. опыт показывает, что их эксплуатации в последнее время у нас в стране и за рубежом приобретает все большее распространение, благодаря тому что они обладают большей энергией удара при высокой частоте по сравнению с пневматическими и электрическими. Именно поэтому данная тема очень актуальна в наше время и особенно в нашем регионе.

Первый в мире отбойный молоток был изобретен в 1897 году инженером Георгом Лейнером и с тех пор этим инструментом активно пользуются по всему миру.

Отбойный молоток – это оборудование ударного действия, применяемое для разрушения различных видов материала.

Данная работа посвященна исследованию системы запуска и выбору оптимальных параметров принятой системы гидравлического молота.

Основной задачей является анализ различных модификаций принципиальной схемы гидромолотка с целью выбора наиболее рациональной для дальнейшего исследования рабочего процесса отбойника путем математического (имитационного) моделирования и методов оптимизации для определения оптимальных конструктивных и рабочих параметров.

1. Общие сведения о переносных ударных механизмах

Отбойный молоток — механический ручной инструмент ударного действия, предназначенный для разрыхления твердого и промерзшего грунта, пробивки проемов и отверстий в кирпичных стенах зданий, разборки кирпичных кладок, раскалывания льда, отбойки угля различной крепости, добычи мягких руд, глины, сланца и других строительных и горных работ.

Исполнительным органом обычно является металлическое долото или пика. Механизация инструмента заключается в воздействии на исполнительный орган серии механических импульсов от бойка, который приводится в движение каким либо приводом. Частота воздействия составляет 16…25 Гц. При сообщении зубилу ударного импульса со стороны бойковой части (затыльника) режущая кромка зубила воздействует на обрабатываемый материал, разрезая его или раскалывая.

Отбойный молоток является, как правило,поршневой машиной ударного действия с клапанным распределением. Включение молотка производится нажатием рукой его рукоятки. При работе молотка ударник совершает возвратно-поступательное движение и в конце рабочего хода наносит удар по хвостовику пики, удерживаемой в буксе ствола молотка концевой пружиной. Рабочий действует отбойным молотком при отбойке горных пород как рычагом. Молоток выключается автоматически при снятии усилия с рукоятки.

Эффективность отбойного молотка во многом зависит от сменного наконечника – пики для отбойного молотка. Пика непосредственно оказывает воздействие на разрушаемый объект.

Являясь промежуточным звеном между ударником отбойного молотка и объектом, пика для отбойного молотка должна, с одной стороны, эффективно воздействовать на предмет разрушения, а с другой стороны, по возможности, сохранять ударный механизм отбойного молотка. Т.е. слишком "прочная" пика будет излишне изнашивать молоток, а "мягкая" будет менее эффективна в работе. Многолетняя практика показывает, что приблизительно за срок службы одного отбойного молотка расходуется примерно десять пик.

Для отбойного молотка существует большой выбор наконечников для рабочего органа, которые следует выбирать в зависимости от типа планируемых работ, например:

Пику-зубило применяют для того что бы перерубить какой либо материал, для разрушения кирпичных стен, асфальта, мерзлого грунта, гранита. Возможны варианты длины пики до 1500 мм.

Наконечник в виде пики-ломика выбирают если нужно разрыхлить грунт или разрушить асфальтированную или бетонированную поверхность.

А для борьбы с обледенением, для вырубки, дробления и обработки кромок асфальта, зачистке стен от слоя штукатурки, если нужно очистить от бетона большую площадь понадобиться пика-лопатка.

Пику-трамбовку применяют для выполнение работ по уплотнению грунта,когда нужно заделать шов, трещину в месте, где это не возможно сделать обычным способом.

Правильный выбор отбойного молотка предполагает определение цели, для которой он приобретается. Именно область применения и условия эксплуатации определяют предпочтительные характеристики инструмента. Основные параметры – это количество ударов в минуту, мощность и энергия самого удара. Также значение имеет уровень вибрации, шум в работе. Кроме того, стоит обратить внимание на корпус и рукоятку молотка, их эргономику, функциональные возможности.

2. Классификация отбойных молотков

2.1 Типоразмеры отбойных молотков

Весовой параметр отбойного молотка , не только является одной из основных характеристик, но и выступает основанием для классификации инструмента на лёгкие, средней тяжести и тяжеловесные модели.

К лёгкому классу относятся маломощные модели с массой 5-6 кг. Основное предназначение таких отбойников – использование в быту. Этот инструмент обладает сравнительно небольшой мощностью, поэтому лёгкие отбойные молотки используют в отделке для демонтажных работ – снятие керамической плитки, штукатурки и так далее. Благодаря небольшому весу они оптимальны для работы на высоте или в положении с вытянутыми руками.

Средний класс, весовая категория от 5 до 10 кг, эффективны для проведения различных видов работ преимущественно с горизонтальным положением рук. Их используют в основном при ремонте или в строительстве. С помощью таких молотков можно произвести демонтаж монолитных бетонных конструкций или снять старое асфальтное покрытие, например.

Модели тяжёлого класса, вес которых начинается от 10 кг и в отдельных случаях может достигать 32 кг предназначаются для объёмных, сложных и требующих большой нагрузки работ. Они зачастую используются только на улице и в положении «вертикально-вниз». Они применяются в промышленности и тяжелом строительстве.

Для того чтобы максимально снизить вес изделия, современные компании по производству отбойных молотков изготавливают корпус некоторых отбойных молотков из особого вида пластика, который сочетает в себе такие особенности, как лёгкий вес, износостойкость и прочность.

2.2 Классификация ударных механизмов по виду привода

По типу привода отбойные молотки можно разделить на четыре типа – пневматические, бензиновые , электрические и гидравлические. Рассмотрим основные достоинства и недостатки каждого из них.

Первым рассмотрим бензиновый отбойные молоток. Данный ударный механизм запускается от двигателя внутреннего сгорания, встроенного в корпус молотка. Главным плюсом такого инструмента является то, что он не зависит от подачи воздуха, жидкости или электричества и не нуждается в применении генератора или компрессора. Однако у него также имеются и свои недостатки, например, высокий расход топлива (бензина), токсичные выхлопы, повышенный уровень шума при работе.

Электрический отбойный молоток работает через преобразование электрической энергии в механическую. Для глубокого сверления и дробления плотных материалов электрический отбойный молоток прекрасно заменяет ударный дрели и перфораторы. Такой инструмент используется для тяжелой работы, сила удара у него мощнее чем у других инструментов. Однако данный инструмент противопоказано использовать в условиях повышенной пожаро- и взрывоопасности. Кроме того, изделие чувствительно к повышенной влажности, а также зависимо от источника питания.

Пневматический отбойный молоток. Привод такого инструмента работает от разницы давлений между сторонами поршня. Основные достоинства этого инструмента простота в использовании, безопасность, высокая работоспособность и выносливость, это делает данный инструмент очень востребованным не только на строй площадках, но и в промышленности. Недостатком такого механизма является то, что для его использования необходим дополнительный инвентарь – компрессор.

Гидравлический отбойный молоток имеет большее преимущество по сравнению с другим пневматическим оборудованием. Такой инструмент гораздо дешевле в обслуживании, так как он не требует наличия компрессора или электродвигателя. Они обладают большей энергией удара при высокой частоте по сравнению с пневматическими и электрическими. К основным плюсам также можно отнести большой срок эксплуатации, меньшие затраты на обслуживание и отсутствие вредных выхлопов. В своей работе я буду рассматривать именно гидравлические ударные механизмы переносного действия.

2.3 Конструктивные особенности и различный принцип действия гидравлических отбойных молотков

Все разрабатываемые гидроударные механизмы имеют как конструктивные особенности, так и различный принцип действия. По носителю энергии различают устройства, использующие индустриальные масла, водомасляную эмульсию и техническую воду.

В большинстве известных гидромолотков в качестве рабочей жидкости применяют индустриальные масла, и только в единичных опытных вариантах – водомаслянную эмульсию.

Использование технической воды в качестве рабочей жидкости может значительно расширить область применения гидромолотов, особенно в тех отраслях промышленности, где важно применение негорючих жидкостей (угольная промышленность, энергетика), либо важным фактором является охрана окружающей среды (например, подводные работы).

По типу исполнения привода ударной части гидравлические молоты условно делятся на три группы: гидравлические, гидропневматические и гидромеханические.

В гидропневматических молотах разгон ударной части при рабочем ходе осуществляется с участием газа, а подъем ударной части оборудования – рабочей жидкости системы.

В гидравлических молотах движение ударной части при рабочем ходе и подъеме происходит с участием рабочей жидкости, которая подается насосам базовой машины.

В гидромеханических молотах привод ударной части реализован от гидродвигателя через промежуточную механическую передачу.

По принципу действия различают: устройства прямого действия, когда рабочий ход бойка осуществляется под действием потока жидкости, а обратный – под действием пружины или сжатого воздуха, обратного и двойного действия, когда энергия потока осуществляет прямой и обратный ход бойка. Анализ различных структурных схем позволил установить, что наиболее перспективной является схема с управляемой камерой обратного хода, так как разгон бойка осуществляется потоком жидкости, давление которой превышает подводимое, что обеспечивает интенсивный разгон бойка, повышение предударной скорости и энергии единичного удара .Однако следует учитывать, что для реализации схемы гидроударник должен быть оснащен рабочим ГПА и обратным клапаном.

3. Принципиальная схема и принцип действия гидравлического отбойного молотка

Основными элементами инструмента являются: боек,рабочий инструмент плунжер и распределительное устройство.

Простейшая схема работы гидромолотка представленна на схеме 1.

Рассматриваемый в моей работе гидравлический ударный механизм представлен на схеме 2.

Гидромолоток , принципиальная схема которого представлена на схеме 2 состоит из корпуса 1,в котором соосно размещены стакан 12 и ударник 2, образующий с корпусом 1 камеру прямого хода 5.Камера обратного хода 6 соединена с напорной магистралью 18. Отверстие стакана 10 соединяет камеру прямого хода 5 с камерой высокого давления 7. Плунжер 4 имеет выступ 14 для взаимодействия с камерой прямого хода 5. Камера 8 связанна со сливной линей 13.

Принцип работы гидромолотка заключается в следующем : в исходном положении стакан 12,боёк 2 и плунжер 4 находятся в нижнем положении , тогда камера прямого хода 5 соединена с камерой 8 и сливной линей 13. При подаче жидкости под давлением в напорную магистраль 18 она через напорное отверстие поступает в камеру обратного хода 6. Далее жидкость поступает в камеру смешения и ударник 2 с плунжером 4 начинает движение вверх относительно корпуса 1, при этом плунжер 4 движется еще и относительно бойка 2. Стакан 12 удерживает в нижнем положении силы, действующие на поршневую площадь 14 плунжера 4 со стороны камеры прямого хода 5 .Поднимаясь вверх ударник 2 поднимает стакан 12 вверх. Бурт 11 перемещаясь относительно выступа в корпусе 1 дает доступ рабочей жидкости из камеры высокого давления 7 в камеру прямого хода 5 через отверстие 10. Стакан 12 перекрывает доступ жидкости в камеру 8 и сливную линию 13. Давление в камере прямого хода 5 возрастает до давления в напорной магистрале 18. Сила,действующая на боёк со стороны камеры прямого хода 5 становится больше силы,действующей на него со стороны камеры обратного хода 6 и ударник 2 начинает совершать прямой ход и наносит удар. Жидкость из камеры смешения вытесняется плунжером 4 в камеру обратного хода 6. Силы, действующие на плунжер 4 со стороны камеры прямого хода 5 больше, чем со стороны камеры смешения, так как поршневая площадь выступа 14 плунжера 4 больше поршневой площади штока плунжера 4 в камере смешения. Плунжер 4 перемещается вниз и после нанесения удара бойком 2 выступ 14 плунжера 4 садится на нижнюю площадку камеры прямого хода 5 и вместе с ней перемещает стакан 12 в нижнее положение. Выступ 11 перекрывает доступ рабочей жидкости из камеры высокого давления 7 в камеру прямого хода 5 и одновременно открывается доступ жидкости на слив из камеры прямого хода 5 и цикл повторяется.

4. Математическое моделирования рабочего процесса гидравлического ударного механизма отбойного молотка.

Обозначим рабочие камеры гидромолота как А,В,С,Е.

Находим давления во всех камерах :

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

Расходы Q определяются скоростью движения поршня-бойка, плунжера и стакана:

где V1 – скорость движения поршня-бойка,

V2 – скорость движения плунжера,

V3 – скорость движения стакана,

S – площади рабочих поверхностей в соответствующих камерах;

Уравнения расходов в соответствующих камерах для поршня-бойка:

Уравнения расходов в соответствующих камерах для стакана:

Уравнения расходов в соответствующих камерах для плунжера:

Уравнения баланса расходов:

Уравнение движения бойка имеет вид:

Уравнение движения стакана имеет вид:

Уравнение движения плунжера имеет вид:

Заключение

Основной задачей моей дальнейшей работы является анализ принципиальной схемы с целью выбора методов оптимизации наиболее рациональных конструктивных и рабочих параметров для работы гидравлического отбойного молотка путем математического (имитационного) моделирования.

Список источников

1. Тимошенко Г.М. Гидравлический отбойный молоток ГМ-9 / Г.М.Тимошенко, Т.А.Устименко, В.Ф. Мартыненко // Уголь Украины. – 1988.–№12.–С.24–26.
2. Устименко Т.А. Обоснование структуры и выбор оптимальных параметров гидравлического отбойного молотка : дисс. … канд. техн. наук: 05.05.06 / Т.А.Устименко.–Донецк. 1990.–204с.
3. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов / М.А. Караев. – М.: Недра, 1983.-208 с
4. Гидропневмоударные системы исполнительных органов горных и строительно- дорожных машин / А.С.Сагинов, А.Ф.Кичигин, А.Г.Лазуткин, И.А.Янцен. – М.: Машиностроение, 1980.–299с.
5. Гидромолот, навесное оборудование для экскаваторов и погрузчиков, запчасти и комплектующие к ним [электронный ресурс] – Режим доступа – http://gidromolot.tradicia-k.ru
6. Отбойный молоток [электронный ресурс] – Режим доступа – http://ru.wikipedia.org/wiki
7. Гидромолот.Общая информация.Принцип работы [электронный ресурс] – Режим доступа – tradicia-k.htm
8. Гидромолоты легкого класса [электронный ресурс] – Режим доступа – http://www.os1.ru/article/road_equipment
9. Классификация гидромолотов и их практическая применяемость [электронный ресурс] – Режим доступа – http://gidromolot.tradicia-k.ru
10. Гидравлический отбойный молоток [электронный ресурс] – Режим доступа –http://www.freepatent.ru/