Воздухораспределительные системы и перспективы применения дроссельных пневмоударных механизмов и перспективы их применения в машинах нового поколения на их основе

Аннотация

В данной статье рассматривается влияние энергетических параметров на основные геометрические размеры пневматической машины ударного действия.

В работах в порядке предложения приведены примеры использования методик описания и расчета используемые при оценки рабочих процессов дроссельных пневмоударных механизмов (ДПУМ) применительно к золотниковым (ЗПУМ) и клапанным (КПУМ) пневмоударным механизмам.

Вне зависимости от состояния вопроса развития пневматических машин ударного действия (ПМУД) в настоящем времени, следует уделять внимание совершенствованию ЗПУМ и КПУМ.

Поскольку каналы воздухораспределен ия в ЗПУМ и КПУМ являются по сути управляемыми дросселями, то представляет теоретический и практический интерес привести их рассмотрение с позиции ДПУМ. В начале рассмотрим декомпозиции в виде схем-блоков ДПУМ, ЗПУМ и КПУМ с целью установления общности их элементов и в целом композиций.

На рисунках 1 приняты обозначения: С-сеть; ПК-предкамера; Др, Дх - дроссель постоянно открытого впуска в камеру рабочего хода (KPX) и камеру холостого хода (KXX); ВРЗ(к) - воздухораспределитель золотникового (з) или клапанного (к) типа; A-атмосфера; У - ударник; И- инструмент. Сплошная и пунктирная линии указывают на периодические чередования впуска и выпуска воздуха, взаимодействия между ударником и камерой, а так же взаимодействия между ударником и инструментом.

Существенное различие могут представлять элементы впуска воздуха в KPX или KXX в виде Др, Дх или ВРз и BPk объединены корпусом, который на рисунке 1 не показан. Однако возможны варианты расположения упомянутых элементов за пределами корпуса [3]. Все каналы, соединяющие между собой названные воздухораспределительные элементы, включая KPX и KXX могут быть в первом приближении представлены в виде управляемых дросселей и рассматриваться как элементы пневмоники [4]. Влияние управления потоком воздуха (расходом) в каналах можно учесть применив для количественной оценки расхода воздуха расчет в виде «время-сечение» [5], при котором сечение фиксировано, а время учитывается долевым участием в зависимости от времени цикла при рабочем и холостом ходе ударника. Время «перекидки» распределителя, при этом задается функция соотношения сил от давления воздуха и рабочей площади золотника или клапана со стороны KPX или KXX. Время перекидки воздухораспределителя, учитывая его быстродействие [6] можно считать в первом приближении мгновенным. При данных ограничениях и допущениях рассмотрим зависимости работы золотника и клапана [7]. Принципиальная схема ЗПУМ в первом приближении представлена на рис. 2.

Воздухораспределительные системы и перспективы применения дроссельных пневмоударных механизмов и перспективы их применения в машинах нового поколения на их основе

занимаемые клапаном при холостом и рабочем ходе; U0 - кольцевой объем (зазор) между клапаном и стенками клапанной коробки.

Условия работы клапана при мгновенном (условно) открытии - закрытии клапанов впуска: где Wpp, Wрх - проходное сечение канала впуска в камеру рабочего и холостого хода ударника; X Xx,Xt - величина хода клапана, соответственно пр его рабочем, холостом и габаритном ходе, равном Xt = hk, с учетом отсутствия сводных перемещений клапана.

В принципе можно рассматривать (в данной работе опускается) дополнительно варианты Xx = Xp > htn Xx = Xp < Һк, что будет связано с некоторым увеличением объемов Vex и Vep или их уменьшением, что в практических случаях возможно, например, для увеличения или уменьшения времени впуска.

Следующим этапом для выяснения зависимостей функционирования ЗПУМ и КПУМ является составление уравнений, описывающих (в рамках предложенных ограничений и допущений) их рабочий процесс. Для этого введем следующие обозначения для описания рабочего процесса физико-математической модели пневмоударного механизма: ро, ра, рпк, рер, рех, р //.-соответственно давление воздуха в сети, атмосфере, предкамере, камерах воздухораспределителей со стороны рабочего и холостого ходов, камерах рабочего и холостого ходов; W коWep , Wbx, Wp, Wx - соответственно проходные сечения каналов впуска в предкамеру, камеры воздухораспределителя со стороны камер рабочего и холостого ходов; рр , рх - проходное сечение каналов выпуска из камер рабочего и холостого ходов; <Р„КО, фер, (Pbx, (Ррх - коэффициенты бародинамических функций каналов впуска в предкамеру, камеры воздухораспределителя со стороны камер рабочего и холостого ходов, камеры рабочего и холостого ходов; Sp, Sx- коэффициенты бародинамических функций каналов выпуска камеры рабочего и холостого ходов; Vm, Vp, Vx, Vep, Vexсоответственно объемы предкамеры, камер рабочего и холостого хода, воздухораспределителя со стороны камер Vp, Vx \ Xy, Sy, My -соответственно величина хода, площадь диаметрального сечения и массы ударника; Xt, St, Tnt - соответственно, величина хода, площадь диаметрального сечения и масса воздухораспределителя;

Воздухораспределительные системы и перспективы применения
дроссельных пневмоударных механизмов и перспективы их применения
в машинах нового поколения на их основе

Hsx, Hsp- коэффициенты расхода канала впуска в камеру холостого и рабочего хода.

Система бародинамических уравнений (7), уравнение движения ударника и распределителя (8) описывающая в первом приближении динамику ПУМ однопоршневой машины с подвижным воздухораспределителем (золотником или клапаном) без учета изменения температуры, утечек, перетечек воздуха в камерах и каналах имеют следующий вид'

Отметим, что ограничения для пк, (р (рх, Ex, Ep записываются аналогично, широко известным, принимаемым, например в [И].

Координаты для положений золотника или клапана будут зависеть от их конструктивного исполнения. Для исполнений представленных на рисунках 2, 3 ограничения описываются (1) - (4).

Влияние энергетических параметров на основные геометрические размеры пневматической машины ударного действия с переменным объемом рабочих камер с дроссельным воздухораспределением.

Ожидаемые величины геометрических параметров определяются с применением методики расчета Д11УМ.

Заданы следующие параметры ДПУМ: Ay - энергия единичного, Дж; / - частота ударов, Гц; и - скорость ударника, м/с; р$ - давление воздуха в сети, МПа.

Зависимость площади ударника от энергии, частоты, скорости ударника при различных давлениях сетевого воздуха подсчитываются по (9) на основании [1, 2].

Как видно из рисунка 4 при изменении энергии удара для увеличения частоты ударов необходимо увеличить площадь диаметрального сечения ударника.

Отметим, что требуемая площадь ударника будет увеличиваться при понижении сетевого давления воздуха и скорости ударника при неизменной частоте.

Исследование влияния энергетических параметров на объем камеры рабочего хода будет проводилось по формуле:

Как следует из представленной графической зависимости при увеличении энергии удара необходимо увеличить объем камеры рабочего хода. Это обусловлено тем, что для обеспечения необходимых энергетических параметров на заданном уровне необходим больший объем воздуха для передачи большего импульса ударнику со стороны камеры рабочего хода. При увеличении давления воздуха требуемый объем камеры будет уменьшаться, так как большее давление будет обеспечивать больший импульс ударнику.

Площади дросселя камеры рабочего хода от энергии удара , частоты и давления воздуха определяется по формуле:

0,017/Лг.

(И)

Графическая зависимость сор от Ay и представлена на рисунке 6 из которой следует, что увеличение энергии удара влечет за собой увеличение требуемой площади дросселя рабочего хода, так как требуется более интенсивного заполнения воздухом камеры рабочего хода. Однако при фиксированном значении энергии удара, требуемая площадь дросселя будет уменьшаться при увеличении давления, так как заполнение камеры через одинаковые проходные сечения дросселей будет более интенсивным.

Площади дросселя камеры холостого хода от давления воздуха в сети определяется по формуле:

Графические зависимости (14) представлены на рисунке 7, из которых следует, что при постоянном давлении и увеличении энергии удара увеличивается и координата выпускного отверстия камеры холостого хода. Это обусловлено

Воздухораспределительные системы и перспективы применения дроссельных пневмоударных механизмов и перспективы их применения в машинах нового поколения на их основе необходимостью увеличить перемещения ударника, что достигается за счет увеличения времени действия импульса давления воздуха на ударник со стороны камеры холостого хода. Как видно из рисунка 7, при увеличении давления воздуха требуется меньшая длина камеры холостого хода, так как большее давление создает повышенный импульс, позволяющий увеличить перемещение на расчетную величину за более короткое время.

Графические зависимости (14) для координат начала выпуска воздуха из камеры рабочего хода от скорости ударника и ударов представлена на рисунке 8.

Выводы:

1. Установлены влияния энергетических параметров на основные геометрические размеры пневматической машины ударного действия с переменным объемом рабочих камер с дроссельным воздухораспределением.

2. Имеющаяся информация по ДПУМ, ЗПУМ, КПУМ позволяет произвести расчет рабочих процессов указанных ПУМ на любые приемлемые энергетические параметры.

 

Литература:

  1. Абраменков Э.А. Создание ручных пневматических машин ударного действия с дроссельным воздухораспределением.Автореф. докт. дисс,- Новосибирск: 1989.-48с.
  2. Абраменков Д.Э. Методология, теория, разработка и создание дроссельных пневмоударных механизмов и типоразмерного ряда строительных ручных машин/ Автореф. докт. дисс.- Новосибирск: 2004.-36с.
  3. Абраменков Э.А. Пневматические механизмы машин ударного действия. / Э.А. Абраменков. Д.Э. Абраменков. - Новосибирск: Изд. НГУ. 1993.-430с.
  4. Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. /Л.А. Залманзон - M.: Изд. Наука, Гл. ред.ф.-м. литературы. 1969. - 508с.
  5. Мамонтов М.А. Некоторые случаи течения газа по трубам, насадкам и проточным сосудам. -M.: Оборонгиз. 1951. - 490 с.
  6. Суднишников Б.В.. Есин Н.Н., Тупицин К.К. Исследование и конструирование пневматических машин ударного действия. - Новосибирск: Наука, 1985.-134с.
  7. Абраменков Д.Э. Необходимый и достаточный объем камеры рабочего хода пневмоударного механизма дроссельного типа. /Ю.Э. Малышева. Д.Э. Абраменков. Г.А. Мазалов, Э.А. Абраменков. Труды HT АСУ. - Новосибирск: НГАСУ, 2005. -Т.8, № 1(31).-С. 5-13.
  8. Абраменков Д.Э.. Абраменков Д.Э. Закономерности контактов рабочего тела в баро- и термодинамическом процессе пневматического механизма машины ударного действия. Труды НГАСУ,-Новосибирск: НГАСУ. 2001.-Вып. 4 (15)- С. 185-196.
  9. Абраменков Д.Э.. Абраменков Э.А., Виговская Т.Ю.. Шабанов Р.Ш. Характерные бародинамические процессы пневматических машин ударного действия/Труды НГАСУ- Новосибирск: НГАСУ. 2000,-Вып. 1 (8).- С. 57-68.
  10. Абраменков Д.Э. О бародинамическом и термодинамическом КПД дроссельного пневмоударного механизма /Д.Э. Абраменков, Э.А. Абраменков. Труды НГАСУ т. 10, № 3 (41). - Новосибирск: НГАСУ. 2007. -С. 6-14.
  11. Абраменков Д.Э. Пневматический механизм ударного действия дроссельного типа с буферным циклом и форсажем камеры рабочего хода. /Д.Э. Абраменков. Э.А. Абраменков. А.С. Дедов//Изв. Вузов. Строительство. 2006.№10. - С.58-66.
Год: 2016