автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Динамика и конструирование пневматических ручных машин ударного действия дроссельного типа для строительства в условиях Сибири

Б ОД

г"

Томская государственная архитектурно-строительная академия

На правах рукописи АБРАМЕНКОВ ДМИТРИЙ ЭДУАРДОВИЧ

УДК 622.233; 621.542

ДИНАМИКА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ РУЧНЫХ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДРОССЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

05,06.04 Дорожные и строительные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1994

Работа выполнена в'Новосибирской государственной академии строительства

Научный руководитель кхн. доц. Суворов Дмитрий Григорьевич

инициальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ряхин Виктор Александрович

доктор технических наук, профессор Саруев Лев Алексеевич

Ведущая организация - АООТ Томский электромеханический

на заседании специализированного совета К 064.41.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Томской Государственной Архитектурно-строительной академии, 634003, Томск, пл. Соляная, 2, корп. 4, ауд. 211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печать» организации, просим направить по адресу академии.

завод

Защита состоится 0"f 1995 г. в 14°° час.

Автореферат разослан 199^ г.

Ученый секретарь специализированного совета.

Кравченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсификация производственных процессов должна сопровождаться повышением качества продукции, экономией анергии, сырья и материалов, а также непременным улучшением условий труда. Эти требования относятся также к пневматическим ручным машинам ударного действия широко распространенным в строительстве и других отраслях народного хозяйства. Исследования, направленные на улучшение эксплуатационных характеристик пневматических ручных машин ударного действия и,в первую очередь, для строительства,являются актуальными.

Данная работа выполнена по планам научно-исследовательских работ Новосибирской государственной академии строительства (НГАС) по следующим темам: "Разработка на основе импульсных систем новых и повышение эффективности существующих ручных машик и инструментов, применяемых в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве в условиях Сибири" - 01920008776, 1992, 1993, 1904; "Производство ручных пневматических машин ударного действия (инновационная программа 1992, 1993, 1994).

Апробация исследований. Изложенные в диссертации результаты обсуждались на следующих совещаниях и конференциях: Всероссийском научно-техническом совещании "Ручной механизированный инструмент в строительстве" (Новосибирск, 1993); Итоговом семинаре-совещании исполнителей МНТП "Строительство" "Прогнозирование развития регионального строительного комплекса" (Новосибирск, 1993); Научно-технической конференции НГАС (Новосибирск, 1993, 1994); II Всероссийском ^семинаре по угольному машиностроению Кузбасса (Кемерово, 1991); Научно-технических конференциях Новосибирского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института и Новосибирского областного управления научно-технического общества строительной индустрии (Новосибирск, 1990-1992).

Цель исследований. Сущность разработок заключается в разработке теории дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым и коаксиальным кольцевым воздуховодами (ДПУМ(Т)) в системе впуска, позволяющих реализовать в конструкциях улучшенные эксплуатационные характеристики.

Идея работы. Применение в ручных машинах конструктивно простых и надежных дроссельных пневмоударных механизмов (ДПУМ) со

средствами впуска в виде центрального трубчатого и коаксиального кольцевого воздуховодов.

Задачи исследования:

1) разработка принципиальных схем ДПУМ с новыми конструктивными

признаками средств впуска;

2) изучение рабочего процесса и потенциальных возможностей с новыми конструктивными признаками, позволяющими реализовать на практике их положительные качества;

3) установление рациональных значений параметров ДПУМ и разработка методики его инженерного расчета;

4) создание экспериментального и промышленного образцов , исследование и испытание их в лабораторных и производственных условиях.

Методы исследования. Применен комплекс методов, включающий: аналитический обзор и обобщение существующего опыта; теоретические разработки с использованием методов механики, термо - и газодинамики; математическое и физическое моделирование рабочих процессов и установления рациональных соотношений между безразмерными параметрами ДПУМ; экспериментальное исследование эффективности новых машин в лабораторных и производственных условиях.

Основные научные положение, защищаемые в работе: - принципиальные схемы ДПУМ с новыми конструктивными признаками средств впуска в виде центрального трубчатого и коаксиального кольцевого воздуховодов, позволяющих качественно »вменять рабочий процесс пневмоударного механизма (ПУМ);

- физико-математическая модель рабочего процесса пневматического ударного механизма с ДПУМ(Т) , дающая закономерности основных показателей качества - удельного расхода сжатого воздуха, удельной мощности и др.;

- система уравнений, описывающая рабочий процесс машины с ДПУМ при наличии в системе управления впуском центрального трубчатого и коаксиального кольцевого воздуховодов, позволяющих вскрыть частные закономерности, характерные только для машин с конкретными средствами впуска;

- метод предварительного определения необходимой и достаточной величин энергии единичного удара ПУМ- по известным или ожидаемым физико-механическим характеристикам обрабатываемого материала и заданными частотой ударов и усилием нажатия;

- метод расчета ДПУМ с использованием рациональных значений безразмерных параметров, полученных физико-математическим моделированием;

- новые принципиальные схемы и конструкторские решения ДПУМ, реализованные в конструкциях высокопроизводительных, надежных и удобных в эксплуатации строительных молотков ММП-12 и его модификаций..

Достоверность научных положений обоснована:

- анализом направления совершенствования ПУМ с воздухораспреде-лением ударником (по патентным материалам за период с 1877 по 1993 гг.);

- разработкой.и анализом математической модели рабочего процесса ДПУМ(Т);

- численным исследованием рабочих процессов ДПУМ(Т);

- применением предложенной методики расчета при создании новых моделей машин и сопоставлением расчетных параметров е фактически измеренными, а также параметрами,полученными другими исследователями;

- созданием и всесторонним исследованием в лабораторных условиях нового высоконадежного образца ручной машины.

Научная новизна заключается:

- в разработке принципиальных структурных схем ручных мазик е ДПУМ с новыми конструктивными признаками средств впуска, улучшающими качественно и количественно рабочий процесс механизма;

- в разработке метода предварительного определения необходимой и достаточной величин энергии единичного удара ПУМ по известным или ожидаемым физико-механическим характеристикам обрабатываемого объекта е заданными частотой ударов и усилием нажатия;

- в предложении и компановке камер рабочего и холостого ходов в ПУМ, характеризующих зависимость величины хода ударника, его длины рабочего цилиндра;

- в разработке физико-математической модели рабочего процесса ЕШУМ(Т);

- в исследовании частной физико-математической модели рабочего [троцесса ДПУМ(Т);

- в разработке методики инженерного расчета ДПУМ с использова-шем рациональных значений безразмерных параметров.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Обоснована и разработана нрвая принципиальная схема ДПУМ(Т) позволяющая создавать машины ударного действия с улучшенными экс пдуатационными характеристиками. Разработана простая и удобна для практики, методика инженерного расчета ДПУМ на любые практи чески приемлемые сочетания энергии и частоты ударов при ограниче нии по удельному расходу воздуха и усилив нажатия.

Создан экспериментальный образец ручной машины с ДПУМ(Т) -строительного молотка - ММП-12. Указанный молоток используется.] учебном процессе как наглядное пособие по разделу "Пневматически! механизированный инструмент" курса "Строительные машины" в НГАС. По металлоемкости на единицу ударной мощности строительный молоток положительно отличается от зарубежных аналогов и не уступав: отечественным образцам. Себестоимость изготовления строительной молотка может быть снижена вдвое в сравнении с аналогами. Молото! с ДПУМ имеет вдвое больший ресурс работы, надежный запуск и работу при отрицательных температурах. Вибрационные и шумовые характеристики нового молотку без защитных устройств предпочтительна аналогичных, серийно выпускаемых. Расчитаны, созданы и находятс: на стадии исследований и разработок по программе Р® "Строительст во" высокопроизводительные, надежные и удобные в зксплуатаци строительные молотки и ломы на энергии единичного удара 2, 5, 8 12, 16, 20, 25, 30, 35, 45, 50, 63 и 100 Дж. Внедрение молотков народное-хозяйство для нужд заводов стройиндустрии и строитель по-монтажных организаций Российской Федерации даст существенны экономический и социальный эффект.

Издана в соавторстве в 1993 г. издательством Новосибирског государственного университета монография "Пневматические механиз мы машин.ударного действия" в объеме 430 страниц.

Личный вклад автора в следующем:

- в создании классификации основных требований к ручным машина с ПУМ и ее применении при анализе, синтезе и прогнозировании не вых машин;

- в создании принципиальных схем ДПУМ(Т);

- в разработке и применении в исследовании физико-математическс модели рабочего процесса ДПУМ(Т);

- в установлении основных геометрических размеров и знергетичес ких параметров ДПУМ в зависимости от физико-механических свойст!

^Срабатываемой среды;

- в расчете, разработке конструкции, доводке и испытаниях строительного молотка ММП-12.

Публикация. По теме диссертации написаны 2 научно-технических отчета, опубликованы монография и 15 статей, получены Б авторских свидетельств на изобретения и 6 патентов РФ..

Объем работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка литературы, приложения и включает 166 страниц основного машинописного текста," в том числе 41 рис., 9 табл. , список литературы из 235 наименований на 25 стр., 10 приложений на 81 стр., включающие 14 рис. и 16 табл.

Введение. Диссертационная работа посвящена новому перспективному направлению в развитии ПУМ - созданию пневматических ручных машин ударного действия о дроссельным воздухораспределением, позволяющих создать значительный экономический эффект в строительстве.

Наличие только одной подвижной детали в ДПУМ обеспечивает наивысшую, среди других механизмов, надежность работы в условиях отрицательных температур, что предопределяет перспективность его использования в ручных машинах ударного действия, предназначенных для работы в условиях Сибири.

Раздел 1 содержит аналиа материалов о применении сжатого воздуха в машинах ударного действия.

Теоретическому и экспериментальному исследованию рабо-шх процессов ПУМ' посвящены работы П.М.Алабужева, О.Д.Алимова, Е.В.Александрова. А.М.Ашавского, ' В.Ф.Горбунова, Н.Н.Есина, Н.А.Клушина, А.Д.Костылева, А.М.Петреева, Б.В.Суднишникова, К.К.Тупицына, А.И.Федулова, Г.Т.Ямкового и их учеников и последователей. Существенный вклад в теорию дроссельных ПУМ внесли работы Э.А. Абраменкова.

Оригинальность принципа впуста и независимость длины ударника от величины его хода при отсутствии подвижного распределителя позволили выделить дроссельные ПУМ в самостоятельный класс механизмов- дроссельных.

Целью предлагаемых исследований является разработка нового перспективного направление в развитии ДПУМ , создание экономически эффективных структурных схем ПУМ, достаточно точного метода их расчета, что обеспечит создание на этой основе высокопроизводи-

- 7.г

тельных, надежных машин широкого применения:

1) разработка принципиальных схем ДПУМ с новыми конструктивными признаками средств впуска;

2) изучение рабочего процесса и потенциальных возможностей ДПУМ с новыми конструктивными признаками средств впуска, позволяющими реализовать на практике их положительные качества;

3) установление рациональных значений параметров ДПУМ и разработка методики его шшнернйго расчета;

4) создание экспериментального и промышленного образцов ручных машин, исследование и испытание их в лабораторных и производственных условиях эксплуатация.

Решение перечисленных садач распространяется в основном на ручные машины о ДОМ, прзднаэпачатше для разрушения крепких естественных и пасусстЕШШ материалов при строительстве в условиях С1!б1фИ.

Раздел 2 содержит обоснование структурной охемы и физико-ыа-теиатичзокой модели ИУУ, кгаачаа краткое описание принципиальных охам механизмов с дроссельный Есздухораспредзлением,

Основные требования к ручным ПУН в ключам: устойчивость, надежность в долговечность. Ш подчинены признаки: энергетические, ексномаческио, санитарно-гигиенические и конструктивно-технологические. ■

В'разделе графического моделирования' •- рассматриваются и УЕЛЗьтаатса конструктивные варианты расположения объемов ' камер рсоочзго а холостого ходов. Предпочтение 'для.ручных маашн с дпум отдается коаксиальному кольцевому располотлиню камэр.

Вибор и обоснование принципиальной схемы ДПУМ выполнен на основании анализа 24 схем механизмов, из которых 8 разработаны при участии автора. В данной работе модель дополнена ограничения-1гл дла процесса выпуска и допущениями по изменению в процессе вдуска. Здесь принимается, что состояние газа в камерах механизма изменяется по закону политропы близкому по значению к адиабатическому. Идентификация расхода газа и выходных энергетических параметров осуществляется посредством коэффициента расхода газа, который расчитывается (или определяется экспериментально). Идентифицирующий коэффициент расхода газа используется при определении размеров каналов впуска и выпуска в инженерной методике расчета ДПУМ. Наличие зазоров в парах ударник - цилиндр и ударник -

трубка позволяют рассматривать физико-математическую модель ДПУМ (Т) без учета сил трения в уравнении движения ударника. ■

Раздел 3 содержит исследования основных закономерностей изменения геометрических и энергетических параметров ДПУМ(Т). Здесь приводится расчетная схема (см.рис.1) и основные уравнения (I) динамики ДПУМ (Т).

• Уравнения ДПУМ (Т) в безразмерном виде (1) представлена системой:

d ,.. п

—- (ж1/к(1 - х)) = Яр(*р, ato) - Yp(aeap.aip) Е ев1 vpt (х) dt Ы.2,3

d ... п

— (ж1/к(1 Лх)) - сАх(юх, ао) - Yx(3sax,asx) Е exi vxt (х) dt 1=1.2.3

А . 1 ">

— _ В(ЖХ - щ>) при х > О, dx*1

dx dx

(—-)о - - М-)у при х < О,

dt dt

В (1) обозначены безразмерные параметры:

-1 2 -1-2 -1 -1 « » WjcVptWpVx), В - Ро S Vp n ((ipk), X - VpVx - lplx .

-1 -1 -1 -1 1/2 t - t Wp К Vp . x - xlp - xSVp , К » (2 k R 6o(K - 1) ).

-1 ' 2-1 -1 epi - ZptYp(upS) , exi - zxlVx(uxVpS) - zXiVx(*wj<S).

1P - Vpsi lx - Ух sl

-l -l -l -l -l Kp = PpPo . ~x " PxPo, г^р = PaPp. гсох - PaPx. = PoPo .

где Po, Bo, R- соответственно давление, температура.и газовая постоянная сжатого воздуха в сети; Vp, Vx, wp, wx- соответственно объемы камер рабочего и холостого ходов и эффективные площади сечений дросселей впуска в названные камеры; к, ку - показатель процесса и коэффициент отскока ударника от инструмента; 1р, 1х -приведенные длины камер рабочего и холостого ходов; Zpi, zxi -приведенные ширины выпускных каналов со стороны рабочего и холостого ходов (zPi = 2xj при симметричных относительно образующей цилиндра площадях выпускных каналов); t, t - текущее и безразмерное время; х, х - текущее и безразмерное перемещение ударника;

Рр. Рх. Ра - соответственно давление воздуха в камерах рабочего холостого ходов и в атмосфере. Здесь же функции изменения гаа (сжатого воздуха) в камерах рабочего (индекс р) и холостого (ин деке х) ходов - Яр(аер,ао) и Ях(а*,Яо) подобны и являются общеиа вестными функциями Сен-Венана - Ванцеля. При ®р > «о и *х > ;*о следует ПР(Х) (*р<х). «о) - - йр(х)(*о. *р(х>). Функции истечени: сжатого воздуха из выпускных каналов соответствующих камер Ур(«ар.®р) и Ух(®ах,зЕх) записываются аналогично функциям Пр(Х) ' такими же ограничениями.

Согласно расчетной схеме значения функций уР1(х) и чХ1(х) указы вают на. работу соответствующего выпускного канала, где 1 -1,2,3. Следовательно,

при Ир! при Ьр1 при х при ЬХ1

(х)

Ух1(*)

Ьр1 Ьр1 О

о

X г Ьх1

-

- *

х.

х > Ьр1. Ьрь > * .

при Ь„1 > х > Гъсь Ьх1 при х > Ьх1.

где Ьри Ьх1 - соответственно безразмерные расстояния между верхними отсечными (фомками 1 - выпускных каналов камеры рабочег и холостого ходов; ЬР1, - соответственно безразмерные рассто яния между нижними отсечными кромками ударника 1 - выпускных кг налов камер рабочего и холостого ходов. Здесь функции ур1(х) су ществуют для второго и третьего.ярусов выпускных каналов, то ест расчитываются при Ьр2, Ьрз, Ирг, Ьрз- Функции уХ1(х) существу! для всех ярусов, то есть расчитываются при Ьх1, Ьхг. Ьхз, ЬХ2, Ьхз Значения еР1, еХ1 учитываются для каждого из ярусов вь пускных каналов в соответствии с гРь

Численное исследование рабочего процесса ДПУМ (Т) проведе[ на ЭВМ ЕС 1030 по уравнениям (1), программа расчета помещена приложении к диссертации.

Результаты численных исследований установили рациональнс значение основных безразмерных параметров наилучшим образом обес печивающих баланс между Минимумом расхода воздуха 0, прихедящеге ся на единицу ударной мощности N и максимумом ударной .мовдюст! приходящейся на единицу площади сечения Б ударника, движущегос

сеть р0,90

т - - — - - «-» 1

г-£~У / /

РхЛ-/

Ь| = В;/1р Ь^^Др

Л±

о. -О

Ко-"о г

л)

к*?.

Нг

ТГ

&3.

¿Г1

-Щ.

Рр,УрУ щ р! БмпОц2 - (1? )/4;

X

УУр Их

РисЛ. 1-трубка; 2-цилиндр; 3-ударник; ^инструмент дув0.у/Н,мУсВт ЫАРоЗи)

\ <Чу >

\

\

—.к^о,—к 9=0,3

б)

Ж

\

Х»7.

3

\-7, Ку=0,3

11 10 9 8

А Ь В

Рис.2, Графические зависимости Цу,£„ от Л^-.оЦб^Рсв)-, Ц.ЬзСП

-II-

со скоростью и при давлении воздуха р0 подводимого к ДПУМ (Г). Результаты исследований сводятся к следующему:

- в плоскостях (X - qv) и (X - ей) с увеличением ку и л монотонно возрастает ем и снижается Чу, рациональные значения X находятся в диапазоне 6.0 ...7.0 (см. рис. га);

- в плоскости (а - Чу) система зависимостей имеет оптимум, при этом с увеличением V, в, ку значения Чу уменьшаются, рациональные значения чу находятся в диапазоне 2,5 ... 4,5 (см. рис. 26);

- в плоскости (а - ен) система зависимостей имеет оптимум, при этом с увеличением А, о, ку значения ен увеличиваются,- рациональные значения а находятся в диапазоне 3,0 ... 5,0 (см. рис. 26);

- в плоскости (о '- аер) система с уменьшением В обуславливает увеличение «ртах, при атом более существенно с увеличением ку, «*;

- в плоскостях (в - Чу) и (В - ен) с увеличением а, в значения ду и еы вначале изменяются существенно ( в = 2...6 ),

а затем (в -6...10) монотонно приближаются к своим наилучшим значениям (Чу гЛ1п Чу) (см. рис. 2в);

- в плоскостях (Их - Яу) и (Их - ем), а также в плоскостях (Ьр - Чу).(Ьр - ен) однозначно с увеличением Их, Ьр для координат первого и второго ярусов выпускных каналов Чу и еы изменяются в начале существенно ( Ьр, Ьх •» 0.07Б ... 0,125), а . затем (Ьр, Ьх « 0,125...0,200) монотонно приближается к своим наилучшим значениям (Чу -» ш1п Чу, ен •* гпах еы) (см. рис. 2г);

- в плоскостях (ку г чу) и (ку - ен) значения Чу и ен монотонно приближаются к своим наилучшим значениям (ку - 1,0), однако для большинства реально существующих значений коэффициентов отскока (ку « 0,1...0,3) удельный расход воздуха Чу снижается до 20%, а удельная мощность еы повышается только до 10% и таковые тенденции сохраняются как при увеличении а от 3 до 4, так и при увеличения В от 2 до 8.

Следующий Шаг в исследовании процесса выпуска'включал получение менее громоздких безразмерных параметров и их оценку с использованием предложенной физико-математической модели ДПУМ (Т). Так были введены безразмерные геометрические параметры':

_ -1 -1 -1 21 - г\ (ЭД . гг = 22 (яО) , г'з - 23 (пО) , - -1 ~ -1

Н1 - на , Вз = ВзЬ;

2 -1

размерные энергетические параметры А • U , • i - Т , где L, S, На, Вз - параметры,обозначенные на схеме (см. ркс.1); A, и, 1, Т -энергия единичного" удара, скорость и частота ударов ударника, время цикла. Процесс запуска и выхода ударника на расчетный режим движения осуществляется за 4...6 циклов и обеспечивается наличием участка "свободного пробега". Поэтому компромиссным-будет принять zi * 0, гз * 0 (при относительных малых значениях z\ tt 23) с целью сохранения достаточно высоких величин энергии единичного удара (А) и частоты ударов (1). При этом не нужно увеличивать V», что улучшает конструкторские и технологические свойства ПУМ . Из конструкторских соображений с учетом квдетшот процесса в камерах ЙПУМ (Т) рациональным будет принимать 21-23 - 0,2...0,4, при которых значения qv и также являются приемлемыми. Отмен™ также, что малые значения 21 и 23 (при рациональных значениях hi, Ьэ) позволяют при скоростях ударника (8.,.1¿í/c) на указанных участках его перемещения практически без изменения сохранить импульсы холостого и рабочего ходоъ, поскольку давление воздуха в камерах также сохраняется. Параметр Z2, как следует.из анализа зависимостей qv, su. А, 1, имеет диапазон наилучших значений: г2 »• 0,76.. .1,50. Значения Z2 > 1,5 обуславливав уменьшение давления воздуха по пути движения ударника и однозначное ухудшение всех энергетических параметров. При zz < 0,75 наблюдается недовыпуск отработавшего воздуха из камеры рабочего хода, более резкоо торможение ударника при сжатии отсеченного и вновь поступившего в нее воздуха .что не компенсирует уменьшение А и 1.

Сообразуясь с изменением qv = q(Hi, В3) и отдавая приоритет Л или 1, можно назначать при конструировании ДПУМ (Т) различные значения Hi и В3. Tac, при ориентации на повышение частоты ударов предпочтительными будут í¡i = 0,8 ... 1,0 и Вз = 1,2 ... 1,4. При_приоритете энергии единичного удара следует_ориенткроваться на H-L = 0,95 ...1,15 и Вз - 1,14 ...1,60. При Hi < 1,0 рабочий процесс в камере холостого хода характеризуется меньшими значениями противодавления и импульса, что предопределяет уменьшение величины хода ударника и повышение, в основном за счет этого, частоты ударов. Время сообщения камеры с атмосферой уменьшается, что характеризуется незначительным увеличением qv, а меньшие скорости ударника приводят к уменьшению ец. При Tía. > 1.2 следует ожидать

незначительного изменения 1 и я*, при более существенном ухудшении А и ец • При Вз < 1.3 резкое уменьшение А и ем не компенсируется увеличением 1, кроме того резко увеличивается удельный расход воздуха. Процесс в камере рабочего хода при атом характеризуется недовыпуском, более ранним повышенным противодавлением, что приводит к повышению частоты ударов_при уменьшении величины перемещения и скорости ударника. При Вз > 1.6 протекание рабочего процесса аналогично изменениям при 2:2 > 1,9, то есть параметры 1, А, ем. Чу ухудшаются однозначно. Объясняется это тем, что при одинаковой площади сечения выпускного канала изменение г-г тождественно изменению Вз. поскольку увеличение ширины канала вызывает уменьшение его длины и наоборот. Однако кинетика процесса в первом случае характеризуется более ранним уоркожением ударника при отсутствии давления воздуха на торцы ударника во время сообщения камер с атмосферой. С учетом полученных при численном исследовании результатов разработана методика инженерного расчета ДПУМ (Т) для ручного счета при заданных А, х, р0, а, в, Я. Ьр, которая помещена в приложении к диссертации.

Вопрос об определении необходимой и достаточной величины энергии (частоты ударов) рассмотрен в работе с позиций предложенной автором синтезированной "силовой картины" схемы резания лезвием рабочего инструмента (зубилом) полосы однородного по физико-мехаНическим свойствам материала (стали). Пример расчета изложен в приложении к диссертации. Получено пригодное для инженерных целей совпадение результатов расчета и параметров, предлагаемых соответствующими ГОСТ, например, для рубильных молотков.

Раздел 4 содержит экспериментальное подтверждение теории и методики инженерного расчета геометрических параметров и необходимой величины энергии единичного удара ДПУМ (Т) для практических целей. Максимальная величина погрешности приходится на удельный расход воздуха и не превышает 12Х. Экспериментально показано, что увеличение объема камеры рабочего хода ДПУМ (Т) предопределяет "улучшенные" очертания диаграмм давления, однако, обуславливает увеличение удельного расхода воздуха и уменьшение съема мощности с единицы рабочего объема камеры. Отмеченное является практическим подтверждением необходимости установления рациональных структур ударной мощности ДПУМ (Т).

Технические характеристики молотка ММП-12 в сравнении с ана-

-

логичными характеристиками представительных молотков подтверждают положительные конструктивные и технологические особенности дроссельного ПУМ с центральным трубчатым воздуховодом.

Показано, что многоцелевой строительный молоток с ДПУМ (Т) имеет наряду с улучшенными очертаниями диаграмм давления воздуха и улучшенные показатели по усилию нажатия и вибрационным характеристикам в сравнении с аналогами, несмотря на большие площади сечения и массы ударников. Вибрационные характеристики этих молотков без средств виброзащиты превышают уровни, нормированные ГОСТ 17770-72 на частотах 125 и 250 Гц.

При коэффициенте внутрисменного использования а - 0,25 вибрационные характеристики полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ 17770-88. При «о » 0,5 превышения нормы ГОСТ наблюдается только на частоте 125 Гц.

Отмечается тенденция снижения уровней звуковой мощности молотка, например, на. частотад 1000 и 4000 Гц, а на частотах больших 4000 Гц наблюдается тенденция к повышению звуковой мощности, однако, с учетом ЦДШХ ГОСТ 12.2.030-78 молотки удовлетворяют нормам эксплуатации. Полная безопасность работы обеспечивается при использовании наушников по ГОСТ 12.4.051-78.

Молотки с ДПУМ (Т) выгодно отличаются от лучших отечественных образцов меньшей удельной массой, а в некоторых случаях и меньшим удельным расходом сжатого воздуха.

Работоспособность молотка в условиях отрицательных температур в первую очередь зависит от типа воздухораспределительного устройства, чем мевьиз отношение массы ударника к площади его контакта с трубкой и корпусом молотка, тем надежнее будет работа молотка при низких температурах.

Пневматические молотки с ДПУМ (Т) работают устойчиво и на-дегшо при ' всех возможных давлениях сжатого воздуха и в большом диапазоне изменения коэффициента отскока удйрника от инструмента.

Представляется возможным, благодаря простоте конструкции и повышению ресурса ДПУМ (Т), понизить дефицит ручных машин ударного действия в парках строительных машин.

Увеличение выпуска машин с ДПУМ (Т) может быть достигнуто без увеличения станочного парка и рабочих площадей заводов-изготовителей.

В разделе 5 отмечается, что снижение номенклатуры, ручных ма-

шин усугубляет создавшееся положение в строительной отрасли. Например, создавшийся дефицит по ручным машинам ударного действия составил более 807.. По большинству технологических операций в строительстве сложились условия, при которых, например, на бетонных и железобетонных работах вручную выполнялось около 8% объема работ, а трудовые затраты на их производство составляли до 70%, а на монтаже сборных железобетонных конструкций соответственно IX и 80%. Ситуация и не могла быть другой, поскольку плакируемая (ГОСТами) оснащенность машинного парка ручными машинами только ударного действия предусматривала 41%, а выпуск составлял 18% в сравнении с оснащенность» зарубежного строительства. Несмотря на имеющуюся справочную литературу по вопросам эксплуатации, ремонту и содержанию парка ручных машин, практически мало что делалось по подготовке профессиональных рабочих, исиодьзущих машины в строительном технологическом процессе.

Направленность дальнейших исследований и технических решений автор видит в обязательном учете условий эксплуатации ручных машин характерных для регионов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего CeBepai. При этом предусматриваются: развитие теории и установле-' ние закономерностей саморегулирования рабочего процесса в зависимости от обрабатываемой среды и условий эксплуатации; поиск новых принципиальных решений ПУМ,максимально удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к ручным машинам; разработка типоразмерного ряда и создание конструкций ручных машин ударного действия, способных решать многоцелевые задачи строительной отрасли.

Основные результаты работы. ■ 1. Предложен перечень требований, предъявляемый к ручным машинам ударного действия. Перечень содержит базовые признаки: устойчивость, надежность и долговечность, которым подчинены уточняющие признаки: энергетические, экономические, санитарно-гигиенические и конструктивно-технологические. При обосновании принципиальной и структурной схем ручной машины на стадии проектирования, перечень требований позволяет осуществить выбор приоритетных показателей и их сравнение по значимости для рассматриваемых схем.

2. Показано, что коаксиальное кольцевое расположение объемов камер рабочего и холостого -ходов для пневматических ручных машин ударного действия является наиболее предпочтительным, чем последовательное или торцевое.

- 1.6 -

3. Теория ДПУМ(Т) рассмотрена с общих позиций газодинамики и механики, что позволило уравнения рабочего процесса записать в виде системы уравнений давления сжатого воздуха в камерах со стороны торцов ударника и уравнения движения ударника с учетом коэффициента отскока. С использованием результатов численного исследования ДПУМ (Т) составлена методика его инженерного расчета.

4. Установлено, что удельный расход сжатого воздуха ДПУМ(Т) практически можно сохранить на уровне 3,7'Ю'5 м3/с-Вт для ручных молотков о энергией удара до 100 Дж, что не. превышает среднее значение удельного расхода воздуха для всей группы (по ГОСТ) ручных Пневматических молотков.

5. При отрицательных температурах окружающего воздуха (до 243К) пневматический молоток с ДПУМ (Т) обладает надежным запуском и устойчивой работой.

6. Вибрационные и силовые характеристики многоцелевого молотка МШ-12 с ДПУМ (Т) даже без внешних средств виброзащиты и виброгашения лучше, чем у молотков, нашедших применение в отечественной и зарубежной практике. Усложнять конструкцию молотка при увеличении его массы и габаритов за счет дополнительных средств снижения аэродинамического шума представляется нерациональным, поскольку будут ухудшаться условия маневренности, манипуляции, надежности и долговечности.

7. Предложена силовая картина и методика расчета необходимой и достаточной величины энергии единичного удара при резании металлической пластины. Метод расчета дает удовлетворительное совпадете с заданными значениями энергии удара и размерами сечения среза по ГОСТ 15997-81 и может быть рекомендован для инженерных це-1ей.

8. Молоток многоцелевой пневматический с ДПУМ (Т) расчитан по федложзнным методикам, удовлетворяет с учетом регламента требо-1аниям, предъявляемым к ручной машине ударного действия соответс-вующего класса и назначения, включая показатели по производись ности при меньшем до 20% усилии нажатия.

в. Учитывая, что потребности строительства в ручных машинах дарного действия будут возрастать за счет ремонтно-восстанови-ельных работ, целесообразно изготовление и использование пневма-ических молотков с ДПУМ (Т) расширять. Программы "Строительство"

"Трансфериые технологии, комплексы и оборудование", в которых

автор принимает непосредственное участие, предусматривают разработку типажного ряда ручных машин ударного действия из 13 наименований. Осуществляется отработка технологий их изготовления на машиностроительном предприятии.

Основное содержание диссертации, опубликовано в следующих работах автора:

1. Абраменков Э.А., Абраменков Д.Э. Некоторые результаты исследования дроссельного пневмоударного механизма с трехярусным выпускным трактом //Изв.вузов.Строительство.1992, N3,-с.103-107.

2. Абраменков Д.Э. Экономические и социальные перспективы использования ручных машин с дроссельным пневиоударным механизмом в строительстве //Сб. Прогнозирование развития регионального строительного комплекса.-Новосибирск, НГАС, 1993,-с.63-64.

3. Абраменков Д.З., Суворов Д.Г. Пневматический ударный механизм с трубчатым дроссельным воэдухораспределением //Сб. Повышение эффективности средств и методов механизации строительства. Ручные машины.-Новосибирск, НГАС, 1994,-с.32-34.

4. Абраменков Д.Э., Корчаков В.Ф., Суворов Д.Г. Пневматический молоток с управляемым выпуском отработавшего воздуха //Сб. Повышение эффективности средств и методов механизации строительства. Ручные машины.-Новосибирск, НГАС, 1994,-с.40-42.

б. Семенов М.Ю., Абраменков Д.Э. Пневматические ручные машины для строительства //Сб. Повышение эффективности средств и методов механизации строительства. Ручные машины.-Новосибирск, НГАС, 1994,-с.61.

6. Абраменков Д.Э., Абраменков Э.А. Анализ физико-математических моделей пневмоударных механизмов с дроссельным воздухо-распределением //Сб. Повышение эффективности средств и методов механизации строительства. Ручные машины.-Новосибирск, 1994,-с.25-27.

7. Абраменков Д.Э. Сравнительная оценка конструктивных решений рабочих камер пневмоударного механизма с дроссельным воздухо-распределением //Сб. Повышение эффективности средств и методов механизации строительства. Ручные машины.-Новосибирск, 1994,-с.20-22.

8. Абраменков Э.А.> Абраменков Д.Э. -Пневмоударные механизмы с дросселями постоянного геометрического сечения //Изв.вузов, Строительство, 1993, N4,-0.64-69.

Абраменков Дмитрий Эдуардович

•Динамика и конструирование пневматических ручных машин ударного действия дроссельного типа для строительства в условиях Сибири

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени 1сандидата технических наук

Печать офсетная. Объем услов. 1 п.л. уч. - изд. л., Тираж 100 экз. Заказ №л7/ .НГАС.