автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Исследование и создание пневматического строительного молотка на основе дроссельной системы воздухораспределения с щелевым выхлопом

Р Г Б ОД 1 6 янв 1ВГ5

Российская академия наук Сибирское отделение • Институт горного дела

На правах рукописи УДК 622.233

ТЗОГАЧЕНКОВ Андрей Генрихович

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬНОГО МОЛОТКА НА ОСНОВЕ ДРОССЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ С ЩЕЛЕВЫМ ВЫХЛОПОМ

Специальность -05.05.04 - Строительные и дорожные машинц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1994-

"?агота выполнена в Институте горного дела СО РАН

Научный "руководитель - доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ, профессор КЛУМН H.A.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

заслуженный изобретатель РФ ТКАЧ Хаим Беркович кандидат технических наук СЫРЯМИН Юрий Николаевич Ведущее предприятие - Томский электромеханический завод (АО ТЭМЗ)

Защита диссертации состоится ра^я 199 5г.

в часов на заседании специализированного совета Д 003.17.03 при ИГД СО РАН (г.Новосибирск - 91, Красный проспект 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН.

Автореферат разослан " А " ^Ц^М»^ 199£Гг.

Ученый секретарь специализированного совета, д.т.н. / О.Б.Кортелев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Комплексная механизация строительного производства предусматривает обязательное применение ручных машин, способных значительно повысить производительность и улучшить условия труда рабочих. Существенную долю ручных машин составляют пневматические машины ударного действия (молотки и ломы), с помощью которых выполняется около 30 технологических операций в строительстве. Однако, в настоящее время, отечественной промышленностью не выпускается необходимое количество типоразмеров молотков: так, в практике строительства отсутствуют специальные, строительные молотки, имеющие энергию удара 20...30 Дя, хотя с помощью таких молотков можно выполнять более 50% вышеуказанных технологических операций.

Особенностью применения гшокматических молотков в строительстве является необходимость их эксплуатации в условиях отрицательных температур, что предъявляет особые требования к воздухораспределительным устройствам машин. В' зтой связи, одним из эффективных технических решений принципиальной схемы молотка является дроссельный пневмоударный механизм (ДПУМ), характеризующийся отсутствием подвижных элементов в воздухораспределительном устройстве, что предопределяет надежность работы машины в различных неблагоприятных условиях, включая воздействие отрицательных температур. Положительный опыт использования ДПУМ имеется, однако,. только для молотков небольшой энергии удара (до 16 М) • Исследование и создание молотков на основе ДПУМ больших типоразмеров, что потребует пересмотра принципиальной схемы механизма, является актуальной научно -технической задачей.

Цель и идея работы состоит в исследовании рабочего процесса дроссельного пневмоударного механизма, имеющего особенности принципиальной схемы, а именно, выхлопные каналы, выполненные в виде щелей (или ярусов отверстий), расположенных вдоль оси движения ударника, и создании на его основе строительного пневматического молотка, с энергией удара 20...30ЛЯ.

Задачи исследований:

- выбор схемы ДПУМ для строительного молотка;

- установление оптимальных параметров ДПУМ;

- разработка методики инженерного расчета ДПУМ;

- разработка конструкции лабораторной модели-и ее эксперкмен-

3

тальное исследование;

- разработка конструкции строительного молотка и его промышленная проверка.

Методы исследования. Анализ и обобщение данных литературных источников по использованию пневмоударных машин в -строительстве; аналитический и графоаналитический анализ диаграмм рабочего процесса ДПУМ; численные исследования, включая оптимизацию параметров рабочего процесса ДПУМ на ЭВМ; экспериментальное исследование лабораторной модели молотка с ДПУМ; производственные испытания строительного молотка с ДПУМ.

Научные положения.

\. Выполнение выхлопного канала ДПУМ в виде щелей (или ярусов отверстий), расположенных вдоль оси движения ударника, с расстоянием между их отсечными кромками, соизмеримыми с рабочей длиной ударника, позволяет увеличить энергию удара ДПУМ на 25...30% без увеличения объемов рабочих камер, расхода сетевого воздуха при сохранении ударной мощности.

2. Изменение термодинамических параметров в рабочих камерах ДГОМ происходит при переменном значении показателя процесса, . причем его значения в определенные моменты времени обращаются в бесконечность, то есть в рабочих камерах ДПУМ имеют место квазиизохо-рические участки цикла.

3. При численной оптимизации ДПУМ, обеспечение постоянства безразмерного комплекса, включающего размерные параметры ДПУК (площади проходных сечений дросселей, площадь сечения ударника и его массу, объемы камер рабочего и холостого ходов, температуру V давление сетевого воздуха, газовую постоянную воздуха), позволяв! обеспечить унимодальность выбранного критерия качества, причем остальные критерии качества являются при этом наилучшими условным» оптимумами.

Научная новизна работы. Проведен качественный анализ влиянш формы и размеров выхлопного канала ДПУМ на его энергетические I расходные характеристики на основе использования теоремы Суднишни-кова. •

Получено выражение для определения мгновенного значения показателя термодинамического процесса в рабочих камерах ДПУМ.

Предложен способ численной оптимизации характеристик ДПУМ, заключающийся в поиске глобального оптимума критерия качества, пр!

' 4

условии постоянства крмплексного безразмерного параметра, нормирующего предельное значение оптимума.

Достоверность научных положений подтверждается корректным использованием известных положений механики и термодинамики, достаточным объемом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и численных исследований. .

Личный вклад автора состоит: в качественном анализе влияния размеров и формы выхлопного канала на энергетические и расходные характеристики ДПУМ; выводе выражения для мгновенного показателя термодинамического процесса в рабочих камерах ДПУМ и численного исследования характера его изменения; разработке метода численной оптимизации ДПУМ и его реализации; проведении экспериментальных исследований и анализе их результатов, разработке методики инженерного расчета ДПУМ с щелевым выхлопом и получении на ее основе исходных данных для проектирования строительного молотка МСП-25.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчета ДПУМ с щелевым выхлопом, позволяющей получать исходные данные для проектирования ручных молотков с любыми энергетическими параметрами, создании на основе данной методики строительного молотка - МСП-25.

Реализация работы в промышленности. Строительный молоток МСП-25 серийно выпускаются фирмой "Пневмолад" (г. Дзержинский, Люберецкого района Московской обл.), годовой объем выпуска составляет около 5 тыс. штук.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные результаты докладывались и были одобрены на Всесоюзном научно -техническом совещаний "Основные направления повышения технического уровня, и качества ручных машин" (Даугавпилс, 1989 г.), на Всероссийском научно - техническом совещании "Ручной механизированный инструмент в строительстве" (Новосибирск, 1993 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, представлена на 95 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков, 5 таблиц, список литературы 97 наименований, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе анализируется состояние парка ручных пневматических молотков, применяемых в строительстве, а также кратко рассматриваются принципиальные схемы их воздухораспределительных устройств.

В настоящее время в строительстве нашли применение практически все типы молотков - 8ачистные, рубильные, клепальные, отбойные -что обуславливается большим разнообразием строительных и строительно-монтажных работ. Характерным является использование молотков не nû технологическому назначению, а в зависимости от возможности осуществления той или иной операции, с учетом энергетических характеристик машин и требуемой производительности. Так, например, рубильные и клепальные молотки могут успешно применятся для разрушения бетона, кирпичной кладки, мерзлого грунта, а некоторые типы отбойных - для размерной обработки строительных деталей и конструкций. В этой связи, целесообразно оценивать потребность в строительных молотках, . -как потребность в машинах определенной энергии удара, по величине .необходимой и достаточной для выполнения соответствующей операции. На основе анализа литературных данных выявлена наиболее универсальная группа молотков, имеющих анергию удара Ш.. .30 Лл, ' с иоысфю которых ксшю выполнять около 55% всех операции, подлежащих механизации посредством ручных молотков.

Отечественной проыыааенностыо выпускается несколько типов молотков," соответствующих данной группе; например, отбойный Ш-1М, клепальный Ш1-4009М. Шогие ведущие зарубежные фирмы также производят молотки такого типоразмера: Atlas Copeo (модель RRC84)', Krupp (модель 338), Holman (модель 101NSP) и другие. Все указанные молотки имени клапанную или золотшжовуа систему воздухораспреде-ления.

Общеизвестно, что наличие в системе воадухораспределения пневматических машин подвижных элементов малой массы (золотников и клапанов), обуславливает иидкую надежность их работы в условиях отрицательных температур окружающей среды. При температуре ниже -15 °с эксплуатация таких машин возможна только при периодическое отогревании. В условиях. России, ' где значительная часть времеш эксплуатации строительных машин .приходится.на зимнее время, акту-

альным является создание молотков указанного типоразмера, нечувствительных к воздействию отрицательных температур.

Во второй главе приводится обоснование выбора принципиальной схемы пневмоударного механизма (ПУМ) для строительного молотка.

К ПУМ, не содержащим в системе воздухораспределения подвижных элементов, относятся беззолотпиковые и бесклапанные ПУМ (БПУМ), а также ДПУМ. БПУМ характеризуются зависимостью хода ударника от его длины, что, вследствие ограничений по массе и габаритам, затрудняет их использование в ручных машинах.

ДПУМ - сравнительно новый тип пневмоударного механизма, предложенный российскими учеными и изобретателями Н.А.Клушиным и Э.А.Абраменковым. Особенностью данного ПУМ является постоянство сообщения его рабочих камер с сетью сжатого воздуха через калиброванные каналы (дроссели), возвратно-поступательное движение ударника обеспечивается определенными соотношениями между объемами рабочих камер, диаметрами дросселей и другими параметрами. Исследованию динамики ДПУМ посвящены работы Э.А.Абраменкова, Н.А.Клушина, А.П.Петреева, Г.Ф.Тимофеева, В.Ф.КорЧакова, А.А.Липина и других. Имеется также положительный опыт создания рубильных и зачистных молотков на основе ДПУМ с энергией удара до 16 Дж.

ДПУМ по удельным энергетическим и расходным характеристикам несколько уступает ЕПУМ, а также волотниковым и клапанным ПУМ (8ПУМ и КПУМ). Удельный расход молотков с ДПУМ на 20...25% больше, а мощность, приходящаяся на единицу площади ударника на 5...10Х меньше, чем у молотков с другими типами ПУМ. С практической точки зрения, указанные недостатки не являются серьезными препятствиями для создания машин с небольшой энергией удара.

Особенностью ДПУМ являются развитые объемы рабочих камер, формирующих силовой импульс. Так, объем камеры рабочего хода у ДПУМ в 2...2,5 рава превышает объем, описываемый ударником при совершении хода. У прочих ПУМ указанные объемы весьма близки. Длй количественной оценки данного свойства ПУМ, предлагается ввести безразмерный параметр - вывод энергии удара из единицы объема рабочих камер:

Ф = Ау ШУг+Ух+... УгОГ1-. (1)

где Лу, ро, V; - соответственно энергия удара, сетевое давление, объёмы камер рабочего и холостого ходов, а также каких-либо дополнительных камер, формирующих силовой импульс.

7

Принципиальные схемы, диаграммы давлений и перемещений "обычного" ДПУМ й с щелевым выхлопом

и > 15 </5*; Дуд<Ц - 1ь)гЛЫ > Луд-

Рцс.1 8

Параметр Ф у ДПУМ в 2...2,5 раза меньше, чем у других ПУМ. Именно это обстоятельство сдерживает создание машин на основе ДПУМ с большой энергией удара, так как значительные объемы рабочих камер обуславливают повышенные габариты и массу молотков.

Совершенствование ДПУМ по параметру Ф возможно путем Изменения сечения и формы выхлопных каналов, что реализовано в нескольких технических решениях, ■защищенных ■ авторскими свидетельствами. В первом приближении, пояснить сущность данных решений можно, сопоставляя две линеаризированные импульсные диаграммы "обычного" и нового ДПУМ при равенстве нулю коэффициента отскока (см. рис. 1, индекс (') относится к параметрам "обычного" ДПУМ.). Новый ДПУМ отличается от иэвестного тем, что расстояние между отсечными кромками его выхлопных отверстий соизмеримо с рабочей длиной ударника. Вследствие развитых объемов рабочих камер, достаточно обоснованно можно считать углы 01 и Вг. а также пиковое значение силы давления в камере рабочего хода (Рр) соответственно равными для обоих механизмов.

Анализ диаграмм, проведенный по методике Б.В.Суднишникова, показывает, что у нового механизма ход под давлением будет больше на величину /г'Ьцг'/"'; где /г'- импульс силы, действующий на ударник со стороны камеры холостого хода после начала сжатия воздуха в камере рабочего хода; Ьиг'- расстояние от центра тяжести импульса ¡2 до вертикали, соответствующей началу сжатия воздуха в камере рабочего хода.

Увеличение хода ударника под Давлением, при сохранении среднего давления по пути ударника, .. однозначно указывает на увеличение энергии удара. При этом, при уменьшении частоты ударов, ударная мощность сохраняется или даже увеличивается за счет превалирующего увеличения энергии ударов. •

Поскольку время опорожнения рабочих камер увеличивается, выхлопные каналы могут быть выполнены более узкими, чем у- "обычных" ДПУМ. Конструктивно каналы могут быть оформлены в виде яруса от-. верстий, расположенных вдоль оси движения ударника. Данное техническое решение получило наименование "щелевой выхлоп".

Третья глава посвящена теоретическому исследованию динамики ДПУМ с щелевым выхлопом (ДПУМ(щ)) и включает; обоснование и разработку математической модели ДПУМ(щ); разработку методики численной оптимизации ДПУМ(щ) и анализ результатов исследований.

9

Математическому моделированию механических и термодинамически

процессов, имеющих место при работе ЦУМ, посвящены работы Г.А.Те рехова, В.Ф.Горбунова, А.М.Ашавского, А.М.Петреева, Э.А.Абраменко ва, X.Б.Ткача, В.А.Щербакова и других авторов. Существующие в нас тоящее время подходы к решению уравнений термодинамики, описываю щих рабочий процесс ПУМ, можно разделить на две группы:

1. Термодинамический процесс в рабочих камерах ДПУМ считаете политропическим. Для построения модели достаточно иметь вакон изменения давления во времени в рабочих камерах ПУМ.

2. Процесс протекает при переменном значении показателя политропы. Решение формируется на основе уравнений энергомассобаланса, для чего необходимо знать закон изменения двух термодинамически? параметров - давления и температуры (массы газа в камере, удельного объема, плотности).

Экспериментальные исследования, проведенные В.И.Бабуровым, Л.А.Фуксом и В.И.Горбуновым показали, что при работе пневмоударно> машины показатель политропы изменяется в широких пределах, однако, политропные математические модели достаточно широко применяются, вследствие своей простоты.

Автором предлагается выражение, позволяющее определить мгновенное значение показателя политропы в рабочей камере ПУМ, при условии наполнения ее из сети с постоянными параметрами:

В (2) значения: к - показатель адиабаты, /? - газовая постоянная, Т0,Т - температура воздуха в сети и рабочей камере, 0,СЗ' -массовый расход воздуха на входе в камеру и выходе из камеры, р -абсолютное давление в камере, V - объем камеры, £ - время.

Выражение (2) получено при совместном решении уравнения политропы и энергомассобаланса для камеры ПУМ.

На рис.2 представлены результаты расчетов Л1 для цикла ДПУМ здесь же приводятся диаграммы безразмерных давлений («1 = р/р0) 1 температур (84 = 77Т0) в. рабочих камерах, рс, - абсолютное давление в сети. Индекс "р" относится к камере рабочего хода, "х" - к каме

л =

сК

(О, 0 - £3 )РТ - р —

дЬ

ре холостого хода.

Значения гц в течение цикла изменяются от + ~ до - 00 в обеих камерах. Экстремумы давления и температуры во времени принимают значения соответственно л =. О (изобарический процесс) и л = 1 (изотермический процесс). В точках Л1- ± « имеет место изохоричес-кий процесс, адиабатический процесс возможен при Г* = Г0 или 0,' ю = О ("адиабатический парадокс", описанный М.Н.Мамонтовым).

Значения ль определенные ив (2), соответствуют положениям теории энергомассообмеяа, разработанной М.Н.Мамонтовым.

Как следует из рис.2, в камерах ДПУМ практически отсутствуют участки стабилизированных значений л, что связано с особенностями его рабочего процесса: одновременность наполнения и опорожнения рабочих камер. Во избежание больших погрешностей при моделировании ДПУМ, следует использовать энергомассосбменную модель.

На рис.3 представлена расчетная схема ДПУМ(щ). Система уравнений, описывающих рабочий процесс, запишется в виде: скр к г с/а. -I

— =- КЯгГРро - Фр^ра) + Яр — . (3)

(К 1 - % 1 с/Т -1

<±ех кП2 г с/£ т

— = - КЯгГРхоЯз - Фх^ха) - — , (4)

с/Т 1 + ¡^2 1 ¿X 1

сВр 0р г с/£ -1

— = --— КякТроЯро - Фр^раОра) + (к-1) аер — , (б)

с/т (1 - ¡Озер1 с/т *

сЮх 8x^2 г с/г, -|

[ КЯ1Г?хсДхоЯз - Фх^хаЯхаЬ (к-1) асх — (6)

с/Г . (1 +1Х2^)Ях1 <1х

С/Ч-

ас

2

= зех - а^э, при е, > 0, (7)

<Л с/г,

— = - к0 — , при г, < О, (8)

с/г с/т

где К = [ гкСк-Ю'1]0-5 ; к0 - коэффициент отскока;

т - безразмерное время, т = 15(тУрр0~1)~0'5 , Ур - начальный объем камеры рабочего хода, 5 - площадь поперечного сечения ударника; г, - безразмерное перемещение, Е, = хКр^Г1, х - размерное перемещение; П^а - газодинамические функции, учиты-

вающие впуск воздуха в камеру и выхлоп в атмосферу, зависящие от

11

Диаграммы изменения . термодинамических параметров

Расчетная схема ДГОМ(щ) х

I

-Ро.Тр.Ур

о 1

-Px.rx.Vx

м3

лр --- пх .

"Рис.2 Рис.3

Зависимости оптимальных значений критериев качества от п0.

минкВт 2,52,01,5

«

0,13-0Д1-0,09-

1,0^0,07-

0,16 0,12 0,08 0,04

•

я < 1 зх"

0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 Л0 Рис.4

Ф

01, *ь 8а= ГаГо-1. ЗЕа = РаРоТ1; где Ра и Га - давление и температур в атмосфере; Ф^ - кусочно-линейные функции, учитывающие текущее значение выхлопного отверстия для камеры, -Ф^ » Ф) (г,,Л4,тГ5,гГб. ^7); «1 - (Ро^р)-0'.5; «2 = ^х"1; У-л - начальный обгем

камеры холостого хода; Кз =■ Гх^р"1; fp,fx - площади проходных сечений дросселей; Я4 = б'Д'р-1; 1 - рабочая длина ударника; «в = 11 Ь - координата нижней кромки выхлопной щели; Яе = Ы"1; Ь -координата верхней кромки выхлопной щели; т = еУр(ЗГр)~1, ширина выхлопной щели. .

Параметры ..Я7 образуют факторное пространство, в котором следует устанавливать оптимальное сочетание факторов для обеспечения наилучших значений критериев качества: Ф - вывода энергии из единицы объемов рабочих камер; д «'<3(АудОг1 - удельного расхода; а * АудКр&иуд)'* - съема мощности с единицы площади ударника при ограничении на ударную скорость; где Иуд, Г, иуд- - энергия ударов, частота ударов и ударная скорость соответственно, 0 - объемный {в пересчете на стандартные условия) расход сетевого воздуха.

Варьирование к* в широких пределах (при сохранений значений других факторов) обуславливает.монотонное изменение Ф, а, и д, причем с увеличением я<, .Фи« увеличивается, а д уменьшается. Объяснить данную закономерность можно, анализируя изменение любого размерного параметра, входящего в .«1. Например, при уменьшении массы ударника, будет иметь место увеличение скорости его движения на соответствующих . участках хода, ■ а скорость и расход воздуха, поступающего.в камеры, ограничены критическими значениями. Чем меньше масса ударника, тем в большей степени дроссели не будут "успевать" наполнять рабочие камеры, что выразится в уменьшении характерных значений давлений, например, пиковых и на выхлопе. Импульсы сил давления, действующих на ударник, снизятся как за счет меньшего среднего давления, так и за счет уменьшения времени действия. Произойдет уменьшение ударногЬ импульса и энергии удара, при увеличении частоты ударов и ударной скорости. В итоге ударная мощность увеличится за счет Превалирующего увеличения частоты ударов.

Расход вогдуха ДПУМ практически не йависит от значений давлений в рабочих' камерах, так как большую часть времени цикла они ыекьиз критеческго;, следовательно, в'рассматриваемом примере расход сохранится постоянным, что, . при увеличении ударной мощности, объясняет уменьшение .удельного расхода.

13 .

Диаграммы давлений в рабочих камерах ДПУМ(Щ)

3£ 1.0

0,6

0,2

-1-Яо»0,Б -----Jto=0,05 t

Рис.5

Аналогичный вывод можно сделать и в том случае, если выразить черев fx и вместо fp и Vp соответственно.

. Автором, для решения задачи оптимизации, предлагается использовать безразмерный" параметр:

Яо - (fp+fxHRrdm^-t'srl-ipoiVp+Vx)]-0;5, ' (9)

причем, в процессе оптимизации; ,

«о ». const. (10)

Условие (10) можно интерпретировать следующим образом: механизму "предоставляется" некоторое количество площади проходных сечений дросселей и начальных объемов рабочих камер, которые в процессе оптимизации должны перераспределиться в определенных соотношениях с сохранением суммарного.значения- При данном ограничении, каждому Яо должен соответствовать единственный глобальный оптимум любого критерия качества, обеспечиваемый всеми значениями rti...Я7.

Ограничение (10) переопределяет совокупность «1...П7, один из них - rti - следует исключить, как независимый фактор, и определять его значение на каждом шаге оптимизации: . ,

«1 » Яо('1+Яэ;"1(^Я2~1)0*5. (11)

Для получения широкого спектра рациональных расходно - энергетических уровней ДПУМ, оптимизационную процедуру следует провести для ряда значений rt0.

Для решения задачи использовался известный метод многофакторной оптимизации ( метод Хука-Дживса) по шести независимым фактора», (Я2...Я7), с учетом условий (10) и (11). Исследование проводило«

. 14

Таблица 1

Основные, показатели ДПУМ

Параметры "Обычный" Щелевой

«о 0,25...0,5

Удельный расход д.Лшн" 1Шп-1 . 1,8...2,6 1,6...2,3

Вывод энергии Ф- 0,125...0,135 0,170...0,190

Съем мощности а 0,105...0,120 0,105...0,118

для четырех значений Я0 " 0,05; 0,1; 0,25; 0,5.

Зависимости экстремальных значений критериев качества Ф, а и д от я0 представлены на рис.4. Характерно, что все три параметра являются гладкими функциями, значения функций в интервалах между выбранными 7Г0 совпадает с 5%-ой точностью с соответствующим численным решением.

Оптимальные значения Яг.. .Л7 при различных я0 отличаются незначительно. Для всего рассматриваемого диапазона я0 - «2 = .6,7... 7,1; «3 » 0,52. ..0,57; 1Г4 = 0,176.. .0,182; Я5 = 1,05...1,1; Яб = 1,7...1,8; Я7 = 240...270. В этих пределах, при любых к0, различие в результатах расчетов не превышает 6%, следовательно, они могут быть рекомендованы в качестве оптимальных для всех настроек. Значение Яб (верхняя, кромка выхлопного отверстия) на 20...35% больше, а «7 (ширина выхлопа) на 50...60% меньше, чем у "обычного" ДПУМ.

На рис.5 представлены теоретические индикаторные диаграмм* давлений в рабочих камерах ДПУМ(щ) при я0 = 0,05 и гг0 = 0,5,приведенные к одному времени цикла.

В табл. 1 приведены основные параметры ДПУМ(щ) и "обычного" ДПУМ. В диапазоне Я0 = 0,25...О,5, приемлемом для создания ручных машин, ДПУМ(щ) имеет.преимущество по Ф и а на 25...30% и 10...15% соответственно.

В рамках данного численного исследования, получены зависимости критериев качества от коэффициента отскока и сетевого давления при различных яа. На основе полученной информации разработана инженерная методика проектного расчета ДПУМ(щ).

В четвертой главе приводятся описание лабораторной модели мо-

15

лотка, методика и результаты экспериментальных исследований.

Особенностью конструкции модели является возможность изменения ширины выхлопного канала и расстояния между отсечными кромками выхлопных щелей, что достигается выполнением канала в виде четырех рядов резьбовых отверстий, которые могут перекрываться заглушками.

При проведении эксперимента в .лаборатории динамики пневматических машин ИГД СО РАН использовалась апробированная методика, основанная на снятии импульсных диаграмм давления В рабочих камерах ПУМ.

Модель запускается- и устойчиво работает в интервале давлений 0,3.. .0,6 Ша (давление избыточное). Энергетические и расходные характеристики с б...10 Х-ой точностью соответствуют расчетным значениям. Установлено, что коэффициенты расхода дросселей для обеих камер равны 0,6...0,65. Результаты эксперимента в дальнейшем использованы при создании строительного молотка.

В пятой главе приводится описание конструкции опытной модели строительного молотка, а также информация по производственным испытаниям и промышленному производству указанных молотков.

Созданный на основе проведенных исследований молоток (МСП-25) имеет следующие параметры: энергия удара - 25 Дж, частота ударов -22,5 Гц, расход воздуха - 1,3 м3/мин, масса - 5,9 кг.

В конструкции молотка применены закрытая рукоять и пусковое устройство, Срабатывающее при нажатии на рукоять. Средства виброзащиты выполнены в виде пружинного амортизатора и резинового демпфера, взаимодействующих между собой. Устройство для удержания инструмента выполнено в виде колпака, навинченного на корпус и фиксируемого с помощью штифта и стопорного кольца.

С начала 1991 г. было организованно опытное, а позднее мелкосерийное производство молотков МСП-25 малым государственным научно - производственным предприятием "ПНЕВМОЛДЦ" (г. Дзержинский, Люберецкого района Московской области).В соответствии с выполнением данной производственной Программы, фирмой "ПНЕВМОЛАД" совместно с Государственным испытательным, центром (ВНИИСМИ) были проведены эксплуатационно-исследовательские испытания молотка МСП-25. Испытания предусматривали установление энергетических, расходных, вибрационных и шумовых параметров молотков. Результаты испытаний подтвердили соответствие молотков их техническим характеристикам,

16

а также действующим нормам на вибрационно-шумовые характеристики. В течение 1992 г. выпущено около 5000 шт. молотков МСП-25.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

В диссертации даны решения ряда научно - технических задач, возникающих при создании новых ручных пневматических машин ударного действия, применяемых в строительстве:

1. На основе анализа литературных источников установлено, что наиболее универсальными в условиях строительства являются молотки с энергией удара 25...30 Дж.

2. Проведенные теоретические исследования различных типов воздухораспределительных устройств ПУМ, выделили дроссельные ПУМ, как весьма перспективные для создания молотка с соответствующими параметрами. Предложенное техническое решение ДПУМ, содержащее измененную по сравнению с известным схему выхлопных каналов, позволяет на 25...30Х увеличить энергию удара без увеличения объемов.рабочих камер и удельного расхода ДПУМ.

3. Обоснованно применение энергомассообменной модели для задач математического моделирования ПУМ. Проведенный анализ термодинамических процессов, происходящих в рабочих камерах ДПУМ, показал, что показатель процесса изменяется в них от + до - «>.

4. Предложен способ численной оптимизации параметров ДПУМ, заключающийся в поиске глобального оптимума критерия качества, при условии постоянства комплексного параметра, нормирующего предельное значение оптимума. Установлено, что зависимости оптимальных значений критериев качества от данного комплексного параметра, являются гладкими функциями, что позволяет получить все многообразие возможных сочетаний- расходно-энергетических уровней ДПУМ.

5. На основе проведенных численных исследований создана инженерная методика расчеи ДПУМ с щелевым выхлопом, позволяющая определить все необходимые для проектирования молотка параметры с помощью приводимых формул и графиков.

6. Проведенные эксперименты подтвердили результаты численных исследований и послужили основанием для уточнения инженерной методики, что позволило разработать пневматический строительный молоток МСП-25.

7. Производственные испытания молотка МСП-25 показали его хо рошие эксплуатационные характеристики, что особенно проявляете? при работе в условиях отрицательных температур. •

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Результаты экспериментального исследования надежности запуска пневмоударных механизмов в условиях отрицательных температур // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - Новосибирск, 1987. -N 2. - С. 107 - 110.(соавторы Э.А.Абраменков, В.П.Брызгалов, Г.Ф.Тимофеев).

2. Характер изменения показателя процесса в рабочих камерах дроссельного пневмоударного механизма // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - Новосибирск, 1988. - N 2. - С. 113 - 116 (соавторы Э.А.Абраменков, В.В.Пичужков).

3. Дроссельный пневматический механизм с щелевым выпуском отработавшего воздуха // Изв. ВУЗов. Строительство и. архитектура. -Новосибирск, 1988. - N 4. - С. 96 - 100 (соавторы Э.А.Абраменков, В.П.Брызгалов).

4. К вопросу об удельном расходе воздуха пневматическим ударны)* механизмом // Цзв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - Новосибирск, 1986. - N 6- - С. 107 - 111 (соавтор Э.А.Абраменков).

5. A.c. 1328185 СССР, МКИ В 25 D 9/00 Пневматический молотоь (соавторы Э.А.Абраменков, Б.Г. Ким). Опубл. 07.08.87 Бюл. N 29.

6. A.c. 1061982 СССР, МКИ. Е 21 С 3/24, В 25 D 9/04 Пневматический молоток (соавторы Э.А.Абраменков,В.П.Брызгалов). Опубл. 23.12.83 Бюл. N 47.

7. A.c. 1172692 СССР, МКИ В 25 D 9/04 Пневматический молото: (соавторы Э.А.Абраменков, В.П.Брызгалов). Опубл. 15.08.85 Бюл.N30.

Богаченков Аццрей Генрихович

Исследование и создание пневматического строительного молотка на основе дроссельной системы воздухораспределения с щелевым выхлопом

Автореферат

диссертации на соискание 'ученой степени кандидата технических наук

Печать офсетная. НГАС. 3,274. Тираж 100 экз. 94 г.