Аннотация

Liu Zenghui, Yang Guoping, Cao Guojun. Состояние исследований и перспективы виброрыхлителя. В этом документе сначала представлена основная структура и основные принципы работы виброрыхлителя, а также представлены его преимущества. Основываясь на практическом опыте эксплуатации и характеристиках высокочастотного виброрыхлителя, в сочетании с исследованиями традиционного гидравлического молота, предлагается механизм разрушения виброрыхлителя, в этой статье также анализируются текущие вопросы исследований виброрыхлителя и предлагается метод оптимизации высокочастотного виброрыхлителя и перспективы будущего развития виброрыхлителя.

I. Введение

Виброрыхлитель – это новый тип гидравлического отбойного молотка, который очень популярен с момента своего появления, дробилка широко применяется в горных выработках, строительстве проектов, особенно при преобразовании старого города, разбитого бетонного элемента. В этой статье анализируются преимущества механизма и метода поломки, сравнивается эффективность обоих отбойных молотков, предлагается метод оптимизации виброрыхлителя и анализируется рыночное положение высокочастотного виброрыхлителя.

1. Основная конструкция и принцип работы виброрыхлителя.

2.1 Структурные характеристики всей машины

Основная конструкция виброрыхлителя, как показано на рисунке 1, состоит из рамы, вибрационной коробки и верхнего и нижнего тягового стержня, в вибрационной коробке находится пара зацепленных эксцентриковых шестерен, возбуждающая сила F вырабатывается гидравлическим приводом вращения эксцентрикового колеса, которое может заставить вибрационную коробку сжимать пневматическую рессору относительно рамы через верхний и нижний тяговые штанги для контроля смещения вибрационной коробки, вибрационную коробку через инструмент-массив, который в соединении в нижней части коробки и зуба ковша передает силу вибрации на породу.

2.2 Принцип работы виброрыхлителя

Гидравлический двигатель приводит во вращение эксцентриковое колесо, которое может создавать силу вибрации F, поэтому вибрационная коробка сжимает пневматическую пружину относительно рамы, что может сохранять энергию для уменьшения воздействия на раму. Вибрационная коробка через инструмент-массив и зуб ковша передают силу вибрации на породу; Вибрационная коробка, инструмент-массив и зубья ковша посредством соединения как одна часть, и эта часть называется вибратором. Коробка вибратора через верхнюю тягу и нижнюю тягу соединяет раму для образования параллельного четырехзвенного механизма, который может перемещать вибратор по вертикальной поверхности, параллельный четырехзвенный механизм может обеспечить точность точки удара, благодаря которой ковшовый зуб может эффективно воздействовать на поверхность камня.

Захватывающая сила вибратора составляет:

Скорость виброрыхлителя связана со скоростью вращения гидравлического двигателя, которая связана с расходом гидравлической жидкости экскаватора. Согласно принципу работы гидравлического двигателя, гидравлический поток определяет скорость вращения двигателя, а гидравлическое давление определяет величину крутящего момента двигателя.

Если давление определено, то чем больше скорость гидравлического потока, тем выше скорость вращения, тем больше сила удара, создаваемая виброрыхлителем; частота удара 1300 ~ 3 000 раз / мин.

2. Преимущества виброрыхлителя

По сравнению с традиционным поршневым молотком виброрыхлитель имеет множество преимуществ: (1) минимизация шумового загрязнения, шум составляет всего 55 ~ 70 дБ при работе, соответствует стандарту шума городского строительства; (2) Не выделяет мазут и не повреждает главный насос и масляный цилиндр, что удобно для экскаваторов; (3) Он может достичь подводного слома без какого-либо ремонта; (4) В нем меньше изнашиваемых деталей, мало обслуживаемых деталей ^[2].

3. Исследование разрушения виброрыхлителем

Виброрыхлитель как новый тип отбойного молотка, хотя его частота ударов в 3-5 раз выше, чем у обычного молотка, но при ограничении скорости вращения гидравлического двигателя самая высокая частота не превышает 30 Гц, частота ударов очень мала по сравнению с естественной частотой породы, маловероятно, что для крупномасштабного разрушения породы будет применен резонансный метод, поэтому разрушающий механизм виброрыхлителя аналогичен обычному поршневому молотку ^[3].

4. Ударная модель виброрыхлителя

При ударе по горной породе традиционный гидравлический молот через поршневой ударный шток бурильной штанги оказывает усилие на дробленую горную породу в вертикальном направлении; А из-за вибратора и рамы, соединяемых двумя парами тяговых стержней, движущаяся дорожка вибратора представляет собой круговую дугу, а не прямую линию, поэтому зуб ковша вызывает продольное смещение.

Продольная амплитуда:

4.2 Анализ способов разрушения двух видов молотков

В соответствии с анализом традиционных гидравлических молотов, пути разрушения в основном имеют несколько способов:

(1) Разрушение породы – относится к отделенной породе, удар молотком по отделенной породе приводит к ее разрушению (Рис. 3). Этот способ представлен шахтным вторичным дроблением массивной породы. Данный способ наиболее эффективен для традиционного гидравлического молота, но для виброрыхлителя этот способ неэффективен, потому что ударная сила мала и часть ударного воздействия приходится в продольном направлении.

(2) Дробленая горная порода – имеет только одну свободную поверхность, разбивая непрерывно горную породу ударом молота, происходит разрушение поверхности породы, которая окружает буровую штангу, и образуется сломанное отверстие (Рис. 4). Из-за того, что ударная сила виброрыхлителя мала, этот способ наиболее неэффективен по той причине, что ударная сила виброрыхлителя низкая. Однако для традиционного гидравлического молота этот способ очень эффективен.

(3) Расколотая порода – порода, которая имеет две свободные поверхности, долото штанги вонзается в породу вблизи свободной поверхности, чтобы отделить породу от скально-грунтового тела. Этот способ представлен прямым падением камней с рабочей плоскости с использованием виброрыхлителя, который является основным способом фрагментации горных пород и наиболее эффективным способом для виброрыхлителя.

Посредством сравнения трех способов разрушения мы можем увидеть, что традиционный гидравлический молот имеет преимущества при разрушении пород и долблении горных пород, особенно для больших твердых пород; Для мягких пород, таких как выветренная порода и сланец, виброрыхлитель более эффективен. Кроме того, с другой стороны, ударная сила виброрыхлителя и традиционного гидравлического молота отличается; С другой стороны, из-за формы инструмента-массива и буровой штанги имеют большие различия, когда они контактируют с поверхностью(Рис. 6), виброрыхлитель может оказывать определенное ударное воздействие на разрезанную породу за счет высокочастотной вибрации, вызывающей дальнейшее разрушение породы(рис. 6а), что позволяет избежать вторичного дробления. Но традиционный гидравлический молот может ослабить силу удара только на поверхности породы^[4], поэтому во многих случаях традиционный гидравлический молот часто ломается и в течении длительного времени образует отверстие(рис. 6b), что значительно снижает эффективность работы и производительность, поэтому для отбойного молота разумная конструкция с разумным способом разрушения значительно улучшит эффективность производства.

В заключение отметим, что для виброрыхлителя, из-за того, что прочность породы на растяжение намного меньше, чем прочность породы на сжатие, при разрушении, насколько это возможно, следует принять способ раскалывания породы.

Испытания и опыт компании Shanghai Shining Machinery Technology по отзывам пользователей, можно сделать вывод о сравнении эффективности виброрыхлителя и поршневого молота, которые могут подтвердить правильность механизма разрушения сбоку^[5].

В практической производственной деятельности виброрыхлитель в полной мере применяется для крупных землеройных работ и камнеобрабатывающих заданий, он оказывает значительное влияние на многолетнемерзлую, сланцевую, разломную породу, песок и выветрившиеся породы (Рис. 7).

Виброрыхлитель, разработанный компанией Shanghai Shining Machinery Technology для больших земляных работ, имеет оптимальную производительность в 150 м³/ч, может полностью заменить традиционный молот.

II. Состояние исследования виброрыхлителя

В 1999 году журнал The Thyssen. Компания Knut опубликовала конструкторские чертежи виброрыхлителя, к настоящему времени в мире разработано около 5 видов технологических маршрутов виброрыхлителей^[5], два из которых используются в нашей стране, а следующие три прототипа предназначены для зарубежгых стран.

(1) Испанская компания Tabe в основном следует оригинальной структуре компановки Thyssen. Компания Knut приняла структуру шатуна + подушки безопасности + блок, они изменили угол отклонения частей эксцентрикового блока, которые улучшают несущую нагрузку, но уменьшают ударную силу, продукция в основном используются для мягких пород.

2) Daedong Engineering^[8], южнокорейская компания Daedong после получения чертежей, сразу упростили гидравлический вибромолот в виброрыхлителе, но конструкция раздулась, и при зацеплении камня легко повредить резиновую деталь, они используют многослойный стальной резиновый блок во втором улучшении, но резиновый блок легко рвется, в конце концов, они должны использовать шатунную конструкцию из-за отсутствия устройства хранения энергии, поэтому сила удара мала, что не повредит молот.

(3) Компания Xcentric в Испании [9], Компания Xcentric в Испании в основном не вносит изменений в чертежи, просто для того, чтобы преодолеть усталостное повреждение головки молотка, вызванное волной напряжения, они сделали стальную пластину утолщенной, что сделало изделия более тяжелыми, экскаваторы обычно добавляют противовес. В то же время увеличение веса ограничивает диапазон попадания, поэтому данный продукт подходит для мягких конструкций пород. Есть два вида отечественных технических маршрутов, один из которых традиционный виброрыхлитель, представленный Shanghai Shining Company. Структура молота каждого производителя в основном одинакова. Большинство производителей внесли некоторые улучшения, включая оптимизацию структуры и сегментацию модели для корпуса молотка. Еще один вариант – это трехэксцентричный виброрыхлитель с вертикальным размещением, представленный Shanghai Fenyi Mechanical Company. Они новаторски приняли форму, в которой тройное эксцентричное вертикальное размещение уравновешивает накопление инерционной энергии и ударный поршень, поразительный эффект намного превосходит традиционный молот в строительстве твердых и мягких пород.

III. Существующие проблемы и методы улучшения для виброрыхлителя

(1) Структура рамы и раковины виброрыхлителя обычно имеет проблему недостаточной прочности, после определенного периода работы могут произойти поломка и отрыв.

(2) По прошествии определенного периода времени, в течение которого нож виброрыхлителя будет использоваться, произойдет отрыв, который приведет к преждевременному повреждению линии ножа и уменьшит расходы пользователя на техническое обслуживание.

(3) Температура вибрационного блока повысится с увеличением рабочей температуры, используемой в течение определенного периода времени, смазочное масло ухудшится и станет негодным из-за слишком высокой рабочей температуры.

(4) Тип ряда ножей слишком одинарный и отсутствует выбор модели ножей. Для оптимизации и улучшения виброрыхлителя, особенно для жилищного строительства, мы можем принять метод оптимизации топологии для оптимизации конструкции^[10]; Для решения проблемы высокой температуры коробки передач, с одной стороны, мы можем использовать трансмиссионное масло более высокого качества ввиду плохой окружающей среды в регионе, с другой стороны, мы можем использовать метод термодинамического анализа для проектирования конструкции охлаждения; в соответствии с различными породами, чтобы разработать сменный ножевой стеллаж и разработать соответствующий ножевой ряд.

IV. Ожидание

В будущем использование виброрыхлителя должно зависеть от спроса рынка. В настоящее время виброрыхлитель не может полностью заменить традиционный поршневой гидравлический молот, но он является дополнительным молотком рыночного сегмента.

(1) У виброрыхлителя будет больше способов возмущения, мы можем использовать технологию регулируемой амплитуды, чтобы изменить размер силы вибрации, частота вибрации также будет постепенно увеличиваться.

(2) Виброрыхлитель будет более интеллектуальным, он может автоматически принимать различную возбуждающую силу и возбуждающую частоту для разных пород.

(3) Дизайн будет более гуманным, что позволит снизить сложность эксплуатации и улучшить условия на рабочем месте.

(4) С развитием, виброрыхлитель с меньшим уровнем шума и выбросов станет более безопасным для окружающей среды.

V. Заключение

Виброрыхлитель, как новый тип отбойного молотка, имеет множество преимуществ, включая энергосбережение, защиту окружающей среды и высокую эффективность, есть очень большое преимущество в городском строительстве и в разрушении мягких пород, несмотря на то, что он также имеет много проблем. Маловероятно, что виброрыхлитель полностью заменит традиционный поршневой молот на этом этапе, поэтому в будущем конструкция должна тесно сочетаться с правилами рыночной экономики и требованиями пользователей, увеличением инвестиций в исследования и разработки, тогда виброрыхлитель займет рынок.

Ссылки

1. Cao Guojun. A New Vcibroripper: China, 201310178580.9[P]. 2011-4-1.
   
2. Hu Kaijun, Yang Guoping, Vibro Ripper Troubleshooting And The Matters Needing Attention [J]. Machine Tool-Hydraulics, 2015, (16):188–190.
   
3. Xu Tongle, Xia Mingtang, The Development And Research Status Of Hydraulic Breaking Hammer [J], In:Hydraulics &Pneumatics & Sealing. 6. (2005).
   
4. Zhou Zhihong, Ma Fei, The Hydraulic Hammer Of The Progress And Shortcomings In China [J], In:Construction Machinery And Equipment. 41, 1. (2010).
   
5. Information On http://www.vibrochina.com
   
6. Zhou Jianxin, Zou Xiangfu, Chen Jiangen And He Qinghua, Domestic And Foreign Hydraulic Breaking Hammer Status And Development Tendency Of Research And Development [J], In:Zaoyan Jixie Qidong Gongju. 4. (2001).
   
7. Information On http://www.tabe-hammers.com
   
8. Information On http://www.Maxbrio.Kr
   
9. Information On http://www.Xcentricripper.com
   
10. Luo Zhen, Chen Liping, Topology Optimization Design Of Continuum Structure [J], Advance In Mechanics, 2001,34(2): 463–467.