Принцип выбора рациональных параметров гидромолотов горных машин при проектировании Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

--------------------------------------------- © А.А.Митусов, 2006

УДК 622.002.5-82 А.А. Митусов

ПРИНЦИП ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОМОЛОТОВ ГОРНЫХ МАШИН ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

А лгоритмы компьютерных про-

-£л. грамм, предназначенных для проектирования гидромолотов, дают решение задачи в следующей постановке: определить конструктивные параметры, обеспечивающие заданные энергию и частоту ударов А и n, в рамках ограничений, характеризующих специфику конкретного слу-чая применения. Практика проектирования показала, что кроме достаточно универсальных для применения гидромолотов в горных условиях ограничений: на продольный габарит [L], силу отдачи [Fo], давление питания [P], влияющих в основном на параметры ударного гидро-ци-линдра УГЦ, в частных случаях, в зависимости от реализуемых характеристик, технологических и эксплуатационных требований, появляются дополнительные ограничения на параметры, характеризующие конструкции аккумуляторов и распределителей.

Многовариантность значений этих ограничений и их приоритетов обусловливают сложность создания универсальных алгоритмов расчетных программ и целесообразность выполнения этапа выбора рациональных параметров в диалоговом режиме при творческом участии достаточно опытного проектировщика.

Предложенный здесь принцип основан на использовании исследовательской программы «Research» [1]. Для

процесса проектирования ее характеристиками являются:

- охват восьми принципиальных схем гидродвигателей ударного действия - УГД;

- учет варианта САУ движением бойка - релейной или импульсной;

- возможность выбора режима движения бойка - ударно-импульс-ного или ударного;

- учет вариантов регулирования выходной характеристики изменением давления или расхода и способов настройки энергочастотной характеристики изменением параметров структуры УГД;

- компьютерное обеспечение всего процесса проектирования до параметров обобщенной конструктивной схемы.

Объект исследований и проектирования идентифицирован расчетной (конструктивной) схемой, представленной на рис. 1 и унифицированной к любой из восьми принципиальных схем. Схема включает себя конструктивные схемы УГЦ и распределителя, функциональные структуры аккумуляторов, характеристики внутренних коммуникаций и внешних связей УГД с насосной станцией.

Программа обеспечивает определение общих для всех принципиальных схем конструктивных параметров элементов УГД:

Рис. 1. Расчетная схема гидромолота

- для УГЦ диаметры ступеней бойка Б, Б1, Б2, а также его ход Ь;

- для системы управления: управляющую часть хода Ь’, соотношение динамических фаз цикла ^ проходное сечение распределителя Sz;

- для аккумуляторов: давление зарядки Ра, объемы сетевого и автономного Уаг, Уаа, проходные сечения Sна, Sса;

- для гидрокоммуникаций: диа-

метры напорного и сливного трубопроводов ^, ^, сечения каналов Sk1, Sk2;

- для источника питания- давления питания и слива РЭ, Рс, а также расход питания QЭ.

Вывод результатов производится таблично в пяти вариантах по12 параметров в зависимостях от давления пи-

тания Р, варьируемом во внешнем цикле, и одного из следующих 10 - во внутреннем:

і - коэффициент, определяющий режим рабочего цикла и величину хода бойка ;

Уу - предударная скорость бойка;

Ук - скорость жидкости в каналах;

к$а - долевой коэффициент участия автономного аккумулятора в формировании усилия на бойке;

Уз -вязкость жидкости;

Ы - длина сливного трубопровода;

Ра - параметрически определяет структуру УГД и, таким образом, является параметром настроечным;

Х2, ха, и хк - коэффициенты сопротивлений основных элементов структуры УГД: золотника, аккумулятора и ка-

нала, соединяющего переднюю и заднюю камеры УГЦ.

Рациональные значения параметров выбираются в рамках ограничений на параметры УГЦ, распределителя и аккумулятора из которых, как показывает практика, наиболее важными являются следующие: [Ь/] -ограничение на ход бойка осевым габаритом Ь конструкции УГД; [ЫГ] - ограничение на ход бойка реакцией отдачи Бо; [Рд],^д] - допускаемые предполагаемыми к применению насосными станциями давление и расход питания; ^] - проходное сечение исполнительного распределителя, определяющее его габарит, массу запорного элемента и компоновочные возможности; [Пд ] - КПД УГД, ограничивающий уровень потерь; [Уаг] - объем сетевого аккумулятора, обусловливающий компоновочные возможности, а также возможности унификации с существующими образцами; [Уаа] - объем автономного аккумулятора для схем УГД, его включающих.

Режимная характеристика I имеет самостоятельный смысл для обеспечения импульсного или ударно-импульсного режима [2]. В данном случае, при ограничении хода бойка, его величина определяется формулой:

„.-Ь- .

2 п( + т)

При наложении ограничений на графики параметров возможны противоречивые требования, что обуславливает необходимость введения приоритетности ограничений либо порядковым числом, либо более точно, оценкой в баллах, производимой, например, методом экспертных оценок. В этом случае при выборе должны быть соблюдены следующие принципы:

1. Удовлетворение 1-му или наиболее весомому приоритету, причем приоритет может принадлежать одному

или нескольким однозначно направленным ограничениям;

2. Из приоритетно ограниченного диапазона выбор производится возможно ближе ко 2-му приоритету.

3. При отсутствии жестких требований на все ограничения кроме 1-го приоритета 2-м приоритетом следует считать КПД.

При непротиворечивости ограничений и достаточно узком диапазоне для выбора может быть использована дискретная информация табличного вывода параметров, в противном случае целесообразно их графическое представление.

При корректирующем, по результатам испытаний, расчете параметров опытных образцов гидромолотов был использован табличный метод. В таблице представлены ограничительные значения и приоритетные номера пармет-ров,определяющих выбор одного из 64 вариантов результатов компьютерного расчета. Каждый гидромолот представлен шифром задачи и значениями энергии - А, и частоты - п, ударов. Здесь: Ы1-

виртуальный гидромолот с параметрами бутобоя; 2d2- гидромолот УГДС-03; 3d3-гидромолот ГМБ2Р; 3d4-гидромолот

М478; 4d4-гидромолот МГП-1; 5d5-

гидроперфо-ратор ГП2500; 6d5-

виртуальный гидроперфоратор с неапро-бированной схемой, включающей в себя и сетевой и автономный аккумуляторы. Расчетные значения ограниченных параметров взяты из распечатки таблицы результатов расчета с учетом приоритетности. Как видно из таблицы, эти значения могут выходить за рамки ограничений для 2-го и 3-го приоритетов, при обязательном удовлетворении ограничению с 1-м приоритетом.

При решении задачи с использованием графиков возможны два варианта, выбираемые в зависимости от конкретных условий:

Задача А/п Вид параметров Значение параметров

Р<,МПа л/с И(, мм Иг, мм 8г, см2 V,,,, л П<1

Ы1 10/1 огранич 14 - 500 400 20 - 0,7

приорит 1 3 2

выбор 12,59 1,17 444 9,18 2,26 0,82

2d2 3/3 огранич 14 1,33 150 120 10 0,5 0,7

приорит 1 2 3

выбор 14 0,94 148 7,32 0,32 0,83

3d3 2/6 огранич 15 1,33 120 100 10 1 0,7

приорит 1 2 3

выбор 15 1,31 109 7,38 0,98 0,74

3d4 2/6 огранич 15 1,33 120 100 9 1 0,7

приорит 1 2 3

выбор 15,17 1,31 109 7,5 0,98 0,732

4d4 1/10 огранич 15 1,33 90 83 6 0,5 0,7

приорит 1 2 3

выбор 15 1,05 81 5 0,46 0,77

5d5 2,5/30 огранич 20 - - 28 25 1 0,7

приорит 1 3 2

выбор 17,18 7,01 31 27,1 0,95 0,75

6d5 2,5/30 огранич 20 - - 28 25 1 0,7

приорит 1 3 2

выбор 18,99 9,16 31 27,5 0,35 0,52

1. Выбор в таблице решения зада-

чи из повторяющихся в каждом витке внешнего цикла значений Ь(і) величины, удовлетворяющей условию

[Ы ] > Ы > Ы ] и построение для этого значения графиков д дпд^гУаг в

функции от Рд с наложенными на них ограничениями.

2. Выбор одного из 8-ми повторений 0д(і) или Рд(і) внутреннего цикла, удовлетворяющие условиям Рд < [Рд ]

или О д < [о д ], и построение графиков Ы, Рд, О д, Пд в функции режимного коэффициента і.

Более детально методику решения задачи покажем на примере расчета параметров гидромолота МГП-1, результаты которого представлены в таблице под номером машинной задачи 4d4. Ог-

раничение на решения приняты из условий применения молота для отбойных работ при проходке гидротоннелей (оборка кровли, разрушение целиков и негабаритов), оговоренных при заключение договора на проведение ОКР с Тадж. СУСГСС (1988-1991 гг.):

[Рд] = 14.5 МПа; [0д] = 80 л/мин (насосная станция СНУ-5); [Ь1]=90 мм;

[ЫГ] = 67 мм (Б0 = 15 кН);

[пд ] = 0.6; [32 ] = 6см2;[Ьвг] = 500 см3 (усло-

вия компоновки аккумулятора поршневого типа). Выбор рациональных параметров осуществлен обоими описанными вариантами.

1. Из таблицы результатов расчета в пределах [Ь1]-[М] выбираем значение хода Ь = 0.082 м, для которого построены графики, представленные на рис. 2. Анализ графиков показывает:

8г,см2 (2ал/с

0,7

0,6

0,5

3] 0,4] 0,8

1.6

1,4

1,2

■

ру\

[Уаг]

Ч^аг

8 10 1: <1 14 Уаг 16 %

Рэ

0,8

Рис. 2. Выбор давления питания гидромолота МГП1

- в реальном диапазоне Рд все значения Пд )[^д ]’

- минимизации 0д,Б2, и Уаг отвечает выбор возможно большего значения Рд;

- наиболее узкие рамки для выбора Рд обусловлены ограничениями [Уаг] и [Рд].

Соответственно производен выбор максимально возможного значения Рд = 14.5 МПа.

2. Из таблицы результатов выбраны параметры внутреннего цикла варьирования I = 1,2...9,6, где значения Рд = 24,025...13,96 МПа, включающие ограничение [Рд] = 14.5 МПа. Построенные графики с наложенными ограничениями представлены на рис. 3. Анализ графиков показывает, что наиболее узкие рамки выбора параметров накладываются ограничениями [Ь1] и [Ш], удовлетворяющими всем остальным ограничени-

ям. В этих рамках диапазонах значений для выбора составляют: Ь=64...93 мм; Рд=14,4.15,4 МПа; Б2=4,9.5,8 см2; Пд = 0,71 ...0,8; 1=3.2...4.9.

Здесь, в отличие от вышеприведенного расчета с использованием табличного метода, приоритетность устанавливалась методом экспертных оценок. С учетом предназначенности молота, согласно ТЗ, для горных и строительных работ, а также большого значения требований к его компактности и металлоемкости, установлена следующая оценка весомости ограничений в баллах по десятибалльной шкале:

]-10;[рд]-8;.м-9;^]-7

Отсюда, согласно изложенным принципам, выбор из графиков на рис. 2:

Рд = 14,5 МПа; к = 82 мм; = 5,1 см2

г = 3,6; г/д = 0,77

8г,см' г]д 1і,мм

0,9

0,8

0,7

0,6

1 0,5 40

Р (,МПа

120

100

80

60

\

Л Пд _

Ь/| [Рд]

Рд

\

[Пд]

\ь

2 2 1 6 8 /

Пд [Н/], С[ЬП Рд-,

16

14

Рис. 3. Выбор коэффициента і и хода бойка к гидромолота МГП-1.

из графиков на рис. 3:

Рд = 14,5 МПа; к = 78 мм; = 5,8 см2

г = 3,7; Пд = 0,78

При уточняющем расчете варьируемые параметры превращены в констан-ты,и значения их для файла ввода приняты: Рд=14.5МПа; 1= 3.6.

Анализ приведенных методов по-

1. Митусов А.А. Компьютерное обеспечение исследований и проектирования импульсных гидроприводов ударного действия// Горные машины и автоматика. - 2003. - №12. - С.

37-39.

казал, что достоинствами табличного являются большая оперативность за счет возможности работы с программой при проектировании в диалоговом режиме; графический же метод более точен и более документален, что удобно при формировании технических документов, а также в научных и академических целях.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Митусов А.А. Способы регулирования и настройки импульсных гидроприво-дов//Горный журнал. - 2003. - №3. - С. 70-72.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------

Митусов А.А. - кандидат технических наук, КарГТУ, Республика Казахстан.