Машины ударного действия. Расчет тормозных устройств импульсных гидроприводов

С.А. Рябчук Л.С. Ушаков

МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ. РАСЧЕТ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ ИМПУЛЬСНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

С.А. Рябчук, Л.С. Ушаков

МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ. РАСЧЕТ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ ИМПУЛЬСНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

Рекомендовано редакционно-издательским советом ОрелГТУ в качестве учебного пособия для вузов

Орел 2009

1

УДК 62-529.2:62-821.6(075)

ББК 34.446я7:34.447я7 Р98

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор кафедры «Динамика и прочность машин»

Орловского государственного технического университета

В.И. Чернышов,

директор Орловского ООО «Редуктор», кандидат технических наук, доцент

В.А. Борисенков

Р98 Рябчук, С.А. Машины ударного действия. Расчет тормозных устройств импульсных гидроприводов: учебное пособие для вузов / С.А. Рябчук, Л.С. Ушаков. – Орел: ОрелГТУ, 2009. – 29 с.

При больших значениях энергии удара импульсных гидроприводов строительно-дорожных машин возникающие при опережающих отколах материала или прострелах удары бойка по корпусу ударного устройства создают нагрузки в элементах конструкции, существенно снижающие их работоспособность.

Учебное пособие содержит в кратком изложении классификацию тормозных устройств, основные теоретические положения динамики торможения ударных масс, а также методику расчета и выбора параметров тормозного устройства.

Предназначается студентам специальностей 150301 «Динамика и прочность машин», 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», выполняющим курсовой проект по дисциплинам «Гидравлический привод», «Машины ударного действия». Может быть использовано в качестве учебного пособия аспирантами, студентами групп очно-заочного обучения а также студентами других специальностей при выполнении курсовых проектов и расчетнографических работ с данной тематикой.

УДК: 62-529.2:62-821.6(075)

ББК 34.446я7:34.447я7

© ОрелГТУ, 2009

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Наряду с положительными качествами импульсных гидроприводов – повышением производительности, снижением энергоемкости разрушения и улучшением санитарно-гигиенических условий труда, им присущи определенные недостатки. При больших, значениях энергии удара количество работы, затраченное на разрушение пород, негабаритов и дорожных покрытий в зависимости от крепости, различное, а возникающие при опережающих отколах материала от целика или прострелах, удары бойка по корпусу ударного устройства создают нагрузки в элементах конструкции, существенно снижающие их работоспособность. Это обусловливает необходимость использования в конструкциях гидропневмоударных органов специальных тормозных устройств.

Большинство исследователей, изучая рабочий цикл импульсных гидроприводов, в основном акцентировали внимание на фазах разгона бойка, соударения и внедрения породоразрушающего инструмента в массив, не затрагивая при этом всей совокупности вопросов, присущих фазе торможения.

В связи с вышеизложенным в учебном пособии приведены классификация тормозных устройств, энергетическая оценка рабочих сред и места их установки; оценка влияния энерговооруженности ударного устройства на конструктивные параметры тормоза; определение конструктивных параметров тормоза и максимальных замедлений, приведена инженерная методика расчета тормозных устройств.

Кинетическая энергия ударных масс в фазе торможения может аккумулироваться или рассеиваться рабочим телом гидропривода или специального устройства. В качестве аккумулирующих рабочих тел могут использоваться металлы, резина, газы, жидкости, их смеси и др.

Сравнение рабочих тел по энергопоглощающей способности единицей объема показывает, что энергоемкость твердого и жидкого рабочих тел при незначительном уменьшении объема растет очень быстро. Газ, как рабочее тело, аккумулирует равную с жидкостью энергию при большей степени объемного сжатия, при этом изменение давления жидкости почти на два порядка выше, чем газа для одинаковых объемов рабочих тел. Расширение энергетического диапазона тормоза и снижение динамики жидкости в фазе торможения достигаются комбинацией жидкого и газообразного рабочих тел. Резина, син-

4

тетические жидкости и газожидкостные смеси, используемые в качестве аккумулирующих рабочих тел в процессе деформации, претерпевают изменения во внутренней структуре, что снижает их долговечность.

Торможение ударных масс осуществляется противодавлением, создаваемым жидкостью или газом в полости тормоза. Аналитическими исследованиями установлено, что максимальная амплитуда противодавления жидкости в полости тормоза, рассчитанного без учета ее сжимаемости, в начале выше, а в конце торможения – ниже давления, рассчитанного с учетом сжимаемости жидкости. Макси-

мальное расхождение одноименных зависимостей скорости V(t ) и

давления P(t ) , построенных по результатам расчета тормоза для им-

пульсного привода с энергией в 5 кДж, выполненного с учетом и без учета сжимаемости жидкости, составляет менее 12 %, поэтому, в дальнейших рассуждениях и расчетах влияние сжимаемости жидкости на процесс торможения учитывать не будем.

Кроме того установлено, что торможение ударных масс на заданном участке пути энергопоглощающим рабочим телом отдельного устройства осуществляется адекватно торможению рабочим телом самого импульсного гидропривода, при этом определяющим фактором является плотность рабочих тел.

5

1.СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ

Многообразие возможных конструктивных схем тормозов и способов их воздействия на ударные массы импульсных гидроприводов привели к необходимости их систематизации и классификации на основе анализа структурных схем. Изучение рабочего цикла ударных органов и внутренней связи элементов ударной системы и тормоза позволило из трех исходных элементов (бойка, тормоза и инструмента) путем различного сочетания, наложения соответствующих связей и вырождения элементов получить 21 формулу, определяющую структуру возможных схем тормозных устройств.

Семейства ударных систем с одним и двумя тормозами сгруппировались в зависимости от вида связи в три обособленные группы, соответствующие автономным, смешанным и встроенным тормозным устройствам, а виды структурных формул в группах отражают их конструктивные особенности.

За основу структурообразования тормозных устройств принят функциональный признак, позволяющий систематизировать существующие, а также возможные технологические и конструктивные решения на принципах общности, объективности и собирательной способности. Как следует из приведенной структурной схемы (рис. 1) импульсный гидропривод в целях защиты конструкции от перегрузок включает тормозное устройство, имеющее прямую и обратную связи с бойком, импульсным приводом и управляющим устройством.

Рис. 1. Структурная схема импульсного гидропривода с импульсным тормозом

6

Блок, состоящий из управляющего У и предохранительного Т устройств, предназначен для ограничения выходных параметров, аккумулирования и возвращения определенного количества энергии в импульсный привод.

Использование функционального признака в качестве классификационного позволяет получить множество существующих и возможных структурных схем связи тормоза с элементами ударного преобразователя (рис. 2).

Т

Рис. 2. Структурные схемы импульсных тормозных устройств

Последовательное расположение элементов структурной схемы соответствует ударной системе со встроенными тормозами, парал-

7

лельное – с кинематически увязанными автономными тормозами. Структура связи элементов подсистемы обозначается соответствующими знаками.

Пользуясь приведенными буквенными обозначениями символов структурных элементов и условными обозначениями связей между ними, можно составить базовую структурную формулу для блока ударного преобразователя и импульсного тормозного устройства.

При наличии кинематической связи структурообразующих элементов: БТ + ИТ; при наличии конструктивной связи: Б+Т+И+Т.

Путем различного сочетания, наложения соответствующих связей и вырождения структурных элементов можно получить целый ряд структурных формул, производных от базовой, определяющих структуру схем импульсных тормозных устройств (табл. 1). Полученные формулы делятся на три обособленные группы.

Первая группа объединяет структурные формулы, построенные на основе кинематических связей. Им соответствуют автономные тормозные устройства.

8

Вторая группа отличается наличием смешанных связей между тормозом и элементами ударного преобразователя – она представлена комбинированными тормозными устройствами.

Третья группа структурных формул характеризуется наличием конструктивной связи между тормозом и элементами ударного преобразователя и реализуется в практике конструирования встроенными тормозными устройствами.

Взависимости от особенностей структуры импульсного органа возможно вырождение отдельных структурных элементов. Формулами вида а и в с вырождением элементов охватывается семейство ударных исполнительных органов, имеющих один встроенный или автономный тормоз. Комбинирование и совмещение всех элементов объединяет семейство импульсных органов с двумя тормозными устройствами.

Вформулах вида а и в использованы дополнительные символы, расположенные впереди или сзади символа элемента ударного преобразователя и указывающие на то, что тормозные устройства работают на сжатие или растяжение.

Структурные формулы вида с описывают подсистему ударного исполнительного органа с двумя тормозами, работающими на сжатие

ирастяжение одновременно. Особенность приведенной систематизации состоит в том, что она охватывает все многообразие известных и применяемых схем тормозных устройств, позволяет производить оценку технического уровня и определять пути дальнейшего их развития.

9