автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров ручного гидравлического молотка

) Г 5 MJ0ftlCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХCTAI АЛМАТИНСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

-7 \КГ\Ч L. I '.¡.vil Í^J'i

На правах рукопиа

Талипбеков Абилсеит Дурмаханович

УДК 621.972-8:

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РУЧНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО

МОЛОТКА

Специальность 05.05. 04 -Дорожные и строительные машины

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

АЛМАТЫ- 1994

Работа выполнена на кафедре "Строительные и дорожные машины" Карагандинского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института

Научный руководитель:

Консультант:

Ведущая организация:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии Казахской ССР ЯНЦЕН И. А.

кандидат технических наук, доцент ГЛОТОВ Б. Н.

НПО "Фундаментостроения", г. Караганда

доктор технических наук, профессор ХАРЧЕНКО В. В.

кандидат технических наук, доцент САЗАМБАЕВА Б. Т.

Защита состоится "30" июня 1994 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 14. 11. 01 в Алматинском автомобильно-дорожном институте по адрссу:480026, г. Алматы, ул. Раимбека, 165, ауд. №1 кафедры СДМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского автомобильно-дорожного института.

Автореферат разослан "30 " мая 1994 г.

Ученый секретарь специализитаг ¿¿/¿¿^^/ТЪЛ- С. Кульгильдинов ванного совета ^¿у^У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Ручные машины ударного действия, в частности строительные и отбойные молотки, получили широкое распространение в народном хозяйстве как эффективное средство механизации трудоемких технологических процессов. Основные технические операции, выполняемые молотками, осуществляются посредством использования явления удара. В строительном производстве к таким операциям относятся: разрушение мерзлых грунтов и скальных пород,-асфальтобетонных и бетонных покрытий, элементов конструкции из различных строительных материалов. В металлургической промышленности молотки широко используются при обрубке литья, разрушении футеровки при ремонте плавильных печей. В горном производстве молотки применяются на вспомогатель-ных'операциях по зачистке очистных забоев и горных выработок.

Ручные молотки, в зависимости от привода, подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические.

Показатели качества серийно выпускаемых электрических и пневматических молотков приближены к предельно возможным значениям в данных конструктивных исполнениях. Дальнейшее совершенствование этих машин не даст существенного повышения показателя качества без коренного изменения динамической схемы, характера осуществляемого технологического процесса или привода машины.

Применение гидропривода позволяет создать высокоэффективные ручные молотки за счет разработки перспективных схем ударных механизмов, обеспечивающих повышение их показателей качества.

Созданием ручных гидравлических молотков занимается ряд фирм США, Германии, Италии, Швеции, Японии, Франции, России, Казахстана. Растущая конкуренция на мировом рынке между основными производителями заставляет непрерывно повышать требования к их техническому уровню, выдвигая в число первостепенных задач требования высокого качества.

Данная работа выполнялась в рамках общесоюзной комплексной научно-технической программы "ИМПУЛЬС", утвержденной Советом Министров СССР в ноябре 1987г., и является частью комплексных исследований по межотраслевой Республиканской Программе "Науч-

но-техничсские проблемы машиностроения и создание высокоэффективных машин и аппаратов" от 12 июля 1993 г. N338, Задание "Новые высокоэффективные горные машины и оборудование" по разделу "Создание ручных гидравлических молотков и внедрение их в производство"

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является обоснование параметров ручного гидравлического молотка.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в обосновании параметров ручного гидравлического молотка с использованием системного анализа, позволяющего выявить перспективные схемы ударного механизма и молотка в зависимости от требуемых показателей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

- для оценки технического уровня предложен обобщенный показатель качества;

- установлены перспективные уровни и ранжированы единичные показатели качества;

- установлены показатели качества семи структурных схем ударного механизма и трех структур молотка;

- разработана обобщенная математическая модель, позволяющая обоснованно выбрать структурную схему гидравлического ударного механизма и молотка, и оптимизировать параметры по заданным единичным показателям;

- выявлена оптимальная структура молотка "инструмент-ударный механизм-рукоятка", ударный механизм которого - постоянной структуры, напорная, прямого действия, с подготовленным вытеснением;

- получены регрессионные зависимости обобщенного показателя качества от конструктивных параметров молотка;

- определены пути повышения показателей качества.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для достижения поставленной

цели использовались методы:

а) математического моделирования - при исследовании рабочего цикла ручного гидравлического молотка, определении оптимальных параметров, выборе структуры ударного механизма и молотка;

б) экспериментальный - при установлении адекватности математической модели реальному рабочему процессу, исследовании рабочего цикла;

в) статистико-детерминированный - при обработке параметрической информации, результатов теоретических и экспериментальных исследований.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработана методика проектирования ручного гидравлического молотка, на основе которой спроектированы и изготовлены экспериментальные образцы, прошедшие производственные испытания и внедренные в подразделениях Карагандинского областного управления автомобильных дорог и комбината "Карагандашахтострой".

АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Караганда, 1988г); на Всесоюзном научно-практическом совещании "Теоретические и технологические аспекты создания и применения силовых и импульсных систем" (г. Караганда, 1990г); на научно-практических конференциях Карагандинского политехнического института (Караганда 1988-93г.).

Экспериментальный образец ручного гидравлического молотка демонстрировался в 1990 году на ВДНХ РК, автор удостоен диплома II степени ВДНХ.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликованы 5 печатных работ, конструкция молотка защищена 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- обобщенный показатель качества;

- тенденции развития показателей качества ручных гидравлических молотков;

- результаты оценки технического уровня семи структурных схем ударных механизмов и трех структур молотков;

- обобщенная математическая модель;

- основные результаты теоретических и экспериментальных исследований;

- методика проектирования ручного гидравлического молотка.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 87 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 49 рисунков, список литературы из 88 наименований и приложение на 16 страницах.

Автор выражает благодарность кандидатам технических наук, доцентам кафедры СДМ Оресту Григорьевичу Савчаку и Александру Борисовичу Клоку за консультации и полезные советы при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведены исследования, основанные на анализе существующей параметрической и непараметричсской информации по ручным гидравлическим молоткам, направленные на определение базового уровня единичных показателей качества, выявление перспективной структурной схемы ударного механизма (УМ) и молотка.

Степень совершенства, обуславливающая конкурентоспособность ручного гидравлического молотка, можно оценить по значению обобщенного показателя качества, номенклатура с коэффициентами весомости которого представлена в виде:

FK= 0,35-FH+0,25 Fop+ 0,2-Fd+ 0,07 0,07-^c+

■Fan + 0,02 •F„p, (1)

где показатели: FH - назначения, Fß - надежности и долговечности, Fm - технологичности, Fop - эргономические, Foe - эстетические, Fem - стандартизации и унификации, Fnp - патентно-правовые.

Из (1) следует, что наиболее существенными по уровню значимости являются показатели назначения FH, включающие основные единичные показатели:энергию удара А, частоту ударов п, ударную мощность 1V, мощность привода W, массу М, кпд К и эргономические показатели F3p, характеризуемые уровнем вибрации Lv, усилием отдачи Р. Принимая во внимание остальные показатели

Рт, Рэс, Рст, Рпр на среднем уровне, считая их равным 1 и пренебрегая ими, запишем (1) в виде:

>к= 0,35^+0,25-/^. (2)

Показатели назначения Рн и эргономические ГЭр определяются с помощью выражения:

= £ яга/2 с.-, (3)

где Я/ - относительный единичный показатель, определяется Я;= /$/Ко, при желательном увеличении единичного показателя; Н{= Во/Л/, при желательном уменьшении единичного показателя, /?/, Я() - текущее и базовое значение единичного показателя; С/ - коэффициент весомости единичного показателя.

С учетом номенклатуры единичных показателей и формулы (3) формулу (2) можно записать в виде:

[0,35- (а-Л/А0+ Сп-ъ1по+ Су" ИУ Ж/+

+ аОп •Мо/м/) / а+ а«) +

+о,25- (а-1о/и+ Оу-Ро/р^ / о,)]. (4)

Полученная формула (4) принята для оценки технического уровня ручных гидравлических молотков. Анализ формулы (4) показывает, что для оценки уровня качества ручных гидравлических молотков необходимо иметь базовые перспективные значения единичных показателей Я0 и их коэффициенты весомости С7/.

Определение их производилось путем обработки параметрической информации методом гистограмм (Кабашев Р. А., Керов И. П., Сазамбаева Б. Т.), по результатам которой можно выделить три типо-размерные группы ручных гидравлических молотков. Среди них наиболее широкое распространение получила I группа (легкие) молотков. Установлен для этой группы базовый уровень единичных показателей (А0= 41,2 Дж, по = 24,5 Гц, к0= 1,01кВг, \У0= 3,87 кВт, М0— 16,5 кг, К„— 0,26, 109 Дб, Рс,— 200 Н) и их коэффициенты весомости (С7„= <*,= (*= 0,210; Су= 0,197; Са= СР= 0,157; Су/— 0,118; <7*= 0,105).

Для определения перспективной структурной схемы УМ и молотка была проанализирована соответственная непараметрическа 1 информация.

По непараметрической информации гидравлические УМ, применяемые в ручных молотках и формирующие показатели назначения, синтезированы по классификации проф. Басова С. А., существенно дополненной доц. Клоком А. Б. на структурные схемы со следующими сочетаниями структурных признаков:

х2х4х6 - постоянной структуры (постоянная структура - гидравлическая связь между УМ и гидросистемой сохраняется в течение всего рабочего цикла), напорная (напорная - это система, в которой исключается непосредственное соединение напорной гидролинии со сливной гидролинией), {х2}, прямого вытеснения {х4}, двойного действия {хб}; данная схема УМ формируется в обобщенной математической модели коэффициентами К{, Кз, Кб, Кт,

х2х5х6 - постоянной структуры, напорная, подготовленного вытеснения {х5}, двойного действия, - К1, Кз, К4, К5, Кт,

х2х5х7 - постоянной структуры, напорная, подготовленного вытеснения, прямого действия {х7}, - К/, Кг, Кз, Кт,

х2х5х8 - постоянной структуры, напорная, подготовленного вытеснения, обратного действия {х8}, - К}, Кг, К4, К5, Кт,

х2х4х8 - постоянной структуры, напорная, прямого вытеснения, обратного действия, - К;, Кг, Кб, К7;

х 1x5x8 - переменной структуры (переменная структура - гидравлическая связь между УМ и гидросистемой периодически разрывается), напорная, {х 1}, подготовленного вытеснения, обратного действия, -К1, Кг, Кз;

хЗх5х8 - переменной структуры, проточная (проточная - напорная гидролиния преднамеренно соединяется со сливной гидролинией на периоде рабочего хода), {хЗ}, подготовленного вытеснения, обратного действия, - К!, Кг, Кз.

Единичные показатели структурных схем УМ определены выполненными решениями обобщенной математической моделью при одинаковых значениях основных параметров. Сравнительный анализ по показателю назначения представленных структурных схем УМ (х2х5х7 - 1,350, Х2х4х6 - Г„= 1,036, х2х5х6 - 1,224, х2х4х8 - Р„= 1,118, х2х5х8 - /Ъ= 1,251, х 1x5x8 - Д,= 1,280, хЗх5х8 -гн= 1,062) показал, что структурная схема х2х5х7 является перспективной.

Анализ непарамстрической информации, направленной на выявление возможных кинематических связей основных функциональных элементов ручного молотка, формирующий эргономические показатели ГЭр, позволил синтезировать три структурные схемы (рис. 1), по которым реализуются ручные молотки независимо от привода:

а) "инструмент - УМ - рукоятка" {02} в модели формируется коэффициентами / ¡, /г;

б) "инструмент - [УМ+инерционный элемент] - рукоятка", {03}

- /2,;

в) "инструмент - УМ - рукоятка", {Д2} - У/, Зг-

Синтез основан на анализе трудов, посвященных созданию вибробезопасных электрических машин (Алабужев П. М. , Гольдштейн Б. Г., Быховский Б. Н.), пневматических (Суднишников Б. В., Т.упи-цин К. К.), гидравлических ( И. А. Янцен, Г. Г. Пивень, Д. Н. Ешут-кин, В. В. Харченко, О. Г. Савчак, Б. Н. Глотов).

Системный анализ выделенных структурных схем показал (02 -0,719; 03 - Яс= 0,696; Д2-Рк= 0,712), что схема 02 "инструмент

- УМ - рукоятка" с УМ х2х5х7 обеспечивает создание конкурентоспособного молотка с наибольшим значением обобщенного показателя качества.

На основе выявленной структурной схемы 02x2x5x7 разработана принципиальная схема ручного молотка (рис. 2) с гидравлическим ударным механизмом (а. с. №1725578), в котором функцию распределения жидкости, в зависимости от значений управляющего давления, выполняет двухступенчатый золотник. Особенностью приведенной схемы является, с одной стороны, вынесенный блок управления, позволяющий снизить габариты и массу молотка, а с другой

- возможность совместного использования энергии встроенного аккумулятора и рабочей жидкости в период рабочего хода, что существенно увеличивает уровень обобщенною показателя качества.

Принцип действия ручного гидравлического молотка заключается в следующем. В исходном положении, когда поршень-боек 1 находится в крайнем левом, а золотник 2 в крайнем правом положениях (рис. 2), рабочая жидкость из напорной гидролинии 3 подастся в камеру напора 4 и далее по каналам корпуса 5 поступает в камеры холостого хода 6 и управления 7. Под действием рабочей жидкости

Структурные схемы молотка

т

©

©

в

Я

02x2x5x7

РЧКОЯТ-

ум

03x2x5x7

Д2х2х5х7

Рис. 1

Принципиальная схема ручного гидравлического молотка (02x2x5x7)

инстрч-

Рис. 2

происходит перемещение поршня-бойка вправо, сопровождающееся вытеснением жидкости из камеры рабочего хода 8 в сливную гидролинию 9 через канал 10 и кольцевую проточку 11 золотника, а также перекрытием сообщения между камерами 6 и 7. В конце холостого хода кольцевая проточка 12 поршня-бойка соединяет каналы 13 и 14, что, в свою очередь, приводит к сообщению камеры управления со сливом. Под действием силы со стороны камеры напора золотник перемещается влево, отсоединяя камеру слива от камеры рабочего хода и соединяя последнюю с камерами напора и холостого хода с помощью кольцевой проточки 11 золотника. Под действием силы со стороны камеры рабочего хода, обусловленной суммарным расходом жидкости из напорной гидролинии и холостого хода, поршень-боек тормозится, а затем совершает рабочий ход. В конце рабочего хода поршень-боек наносит удар по инструменту 15, а кольцевая проточка 16 соединяет камеры холостого хода и управления, что приводит к перемещению золотника в крайнее правое положение. Далее цикл повторяется.

Для повышения энергии удара в конструкции предусмотрена возможность использования камеры 17 в качестве пневмоаккумулятора.

Таким образом, для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить тенденцию развития единичных показателей качества ручного гидравлического молотка и определить их базовые уровни и коэффициенты весомости.

2. Синтезировать непараметрическую информацию на структурные схемы ударных механизмов и молотков, оценить их технический уровень с целью определения перспективной схемы УМ и молотка.

3. Разработать обобщенную математическую модель функционирования ручного гидравлического молотка.

4. Исследовать влияние параметров на обобщенный показатель качества.

5. Разработать научно-обоснованную методику проектирования.

6. Разработать, создать и исследовать экспериментальный образец ручного гидравлического молотка.

7. Изготовить и внедрить в производство опытные образцы.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ изложены особенности и процесс формирования обобщенной математической модели и методики проектирования ручного гидравлического молотка.

При составлении обобщенной математической модели рассмотрена расчетная схема (рис. 3) и приняты допущения: подача насоса, питающего гидросистему постоянна; гидравлические линии УМ абсолютно жесткие; вязкость и плотность жидкости постоянные; процессы кавитации и гидравлического удара отсутствуют; массы подвижных элементов сосредоточены; перемещение инструмента отсутствует.

Основной отличительной особенностью обобщенной математической модели от ранее разработанных моделей является возможность описания процесса функционирования различных структур УМ и молотка с помощью коэффициентов АГ| (табл. 1) и // (табл. 2).

Дифференциальные уравнения подвижных элементов, входящие в обобщенную математическую модель, представлены в виде:

тб'Хб^Рхх'Зхх— Ррх^рх— (Ртр.м+Fmp.ii)(Хб—Хк) —

~ Рак Ка- 5„ "Рп-Кл ~ Рв-Ъб-Н ~ Гж~ (5)

тК-Хк= Ррх'Брх- Рхх'Яхх- (Ртр.м + Ftnp.ii) (Хб~Х^)--Рак За-Ка-Ьп-Рп-Кл-Рв-(& + &) */2 ~ /ад (6)

«3 'Х3= Рм Рс -5с- Рун 'Буп Fmp.il -¿ЁЛ Х-(7) mв•Xв=Jг■(PpX^Spx-Fmp.n^s\gn {Хв-Хб)~ - Рв-Бв-{1 -Рак-$а-Ка-Рж-Р^\ (8)

Таблица 1

Определение структурной схемы УМ

Структурная схема ударного механизма Периоды цикла Гидравлическая связь между камерами

К] К2 К? К4 к? Кб к?

м+хх ХХ+ рх рх+с п+с хх+п хх+с м+рх

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Х2Х5Х7 XX 1 0 1 0 0 0 0

рх 1 1 0 0 0 0 1

Х2Х4Х6 XX 1 0 1 0 0 0 0

рх 0 0 0 0 0 1 Г 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Х2Х5Х6 XX 1 0 1 1 0 0 0

рх 0 0 0 1 1 0 1

Х2Х4Х8 XX 1 1 0 0 0 0 1

рх 0 0 0 0 0 1 1

Х2Х5Х8 XX 1 1 0 1 0 0 1

рх 0 0 0 1 1 0 1

X1X5X8 XX 1 0 1 0 0 0 0

рх 0 1 0 0 0 0 0

ХЗХ5Х8 XX 1 0 1 0 0 0 0

рх 1 1 1 0 0 0 0

Примечание: 1 - есть, 0 - нет гидравлической связи.

Таблица 2

Определение структурной схемы молотка

Структура молотка Коэффициенты, определяющие структуру

молотка

Ji J2

02 1 0

03 1 1

Д2 0 0

Примечание: Л - структура молотка имеет 02 или 03 в противоположном случае, имеет Д2; 12 - существует инерционный элемент.

тр-Хр= Fnp-Fnip.it -sign Хр-Fnod- Fg> (9)

где пц, XXi, Xi (i: б - боек, к - корпус, з - золотник, в - втулка (инерционная), р - рукоятка) - масса (кг), перемещение (м), скорость (м/с) и ускорение (м/с2); Pj, Sj- давления жидкости и площади соот-ветствущих камер по индексу (j: хх-камера холостого хода, рх - камера рабочего хода, vn - камера управления, в - вспомогательная камера, а - пневмоаккумулятор, п - камера перелива), МПа и м ; Fj - силы (j: гр.м - трения уплотняющих манжет, тр.п - трения поясков, ж - вязкого трения, пр - пружины, g - тяжести, под - нажатия), Н; SH, Sc, So -соответственно площади камер напора, слива и поршня-бойка со стороны вспомогательной камеры, м2; Ка - коэффициент, определяющий наличие встроенного пневмоаккумулятора.

Уравнения расходов жидкости для каждой камеры и гидролинии представлены в следующем виде:

Рис. 3. 1 - поршень-боек; 2 - корпус УМ; 3 - рукоятка; 4 - блок управления БУ; 5 -инерционный элемент; 6 - гидронасос; 7 - инструмент; 8 - пружина; XX - камера холостого хода; РХ - камера рабочего хода; II - камера перелива; В - вспомогательная камера; УП - камера управления БУ; М, С - соответственно яапорнан и сливная гидролинии

Рис. 4

для напорной гидролинии М:

Рм= [(Д +Е2-Рмур-Омх-К1 -Ому'Ъ-Омр-Ъ]; (10) для камеры холостого хода XX:

Рхх= [(Ех+ Е2-Гхх)/Ухх^ • ^нх-Кх- <2х- 0хр-К2- (2хс-К6--.....1 (11)

(12) (13)

(14)

(15)

(16)

где Е1, Е2 - приведенные модули упругости жидкости и РВД, МПа; 0/( - расход жидкости соответственно из одной камеры в другую (¡г. н - насоса, мх - напорная гидролиния (М)+камера холостого хода (х.х.), му - М-»-камера управления (у.), мр - М+камера рабочего хо-да(р.х.), хр - х.х.+р.х., хс - х.х.+сливная гидролиния(С), хп - х.х.+ка-мера перелива(п.), рс - р.х.+С, ус - у.+С, пс - п.+С, сб - С+бак), м3/с; (),

- вытеснение (потребление) расхода жидкости, связанные с уменьшением (увеличением) объема соответствующей камеры по индексу (¡: х

- х.х., р - р.х., п - п., вб и вв - состояние вспомогательной камеры (в.), связанного с движением поршня-бойка (вб) и инерционной втулки (вв)), м3/с; Усж.п -соответствующий обьем, расходуемый на сжатие жидкости и рукавов высокого давления, м3; V',, - объем соответствующей камеры по индексу, м3; Гу, Тг - коэффициенты расхода жидкости,

— [¿СП -Л5 — {¿х • Усж.хх/ Ухх^;

для камеры рабочего хода РХ:

РРх= [(£! + Ег -РрХ) ■ [бф Кг- С?Рс-Кз-<2р+

+ Омр 'К] <2р • Усж.рх/ УрЦ; для камеры управления УП:

Руп= [(£"1 + Е2-Ру^/Уу^-\йчу-Тх -<2ус-Т2+(2у^;

для переливной камеры П:

Рп= [(¿1 + Е2'Рп) /И,] ' [<2ш'/<5- (¿пс'Ка- <2п~

-0,-Усж.Л];

для сливной гидролинии С:

Рс= [(Д + Е2 -Рс) • \0рс-Ъ+()уС-Т2- <2сб+ + 0.с-Л|+0*с-Аб]; для вспомогательной камеры В: Рв= [(Я + Е2-Рв)/Ув] • [<3,6- Озв- (0*6- <3м) • Усж.в/ V«} '/2,

указывающие на появление сообщения камеры управления соответственно с напорной и сливной гидролинией.

Кроме приведенных уравнений в математическое описание сис темы вошли логические коэффициенты и введены ограничивающие факторы (в основном для подвижных элементов) например, в процесс« работы рукоятка может перемещаться в диапазоне: Хк < Хр < Хро если Хр <ХК, Хр <0, то Хр=Хк и Хр= Хс'А и если Хр>Хро I Хр> 0, то Хр= Хро и Хр— Хк-Д.

Решениесистем дифференциальных уравнений (5)-( 16) вданно* работе производилось при помощи метода Адамса, основанного н; аппроксимации интерполяционными и экстраполяционными полино мами правых частей дифференциальных уравнений.

Разработанная обобщенная математическая модель предназна чена для оценки технического уровня различных структур УМ и мо лотка, оптимизации конструктивных параметров и являете; неотъемлемой частью методики проектирования.

Установлено, что на решение обобщенной математической моде ли существенно влияют параметры X (5хх, Хб, $ак.рх= Зр*— Бхх, тс Сп - жесткость пружины,¿>1 - срабатывание блока управления в конц( периода рабочего хода).

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложены задачи и критерий оптимизации процесс и результаты поиска оптимальных параметров, методы у средства их достижения.

Задачи оптимизации при проектировании ручного гидравлического молотка подразделяются на "локальные" и "глобальные".

Общий подход к решению обеих задач оптимизации основан нг итерационном моделировании ручного гидравлического молотка, оценке их и принятии решения по достижению критерия проектирования.

Процесс поиска (рис. 4) оптимальных параметров по "локальной' методике осуществляется следующим образом:

- устанавливаются варьируемые параметры X, определяется их уровень и формируется матрица планирования;

- задается квазиоптимальная совокупность параметров £1, Ег, 1:щрм, Ртр.м, Fg, /'ж, 5С, Буп, пц, и др.), базовые единичные показатели Мо, "о, А'о, УУо, Ма, К„, Ра);

- система моделируется при переборе каждой строки (один опыт) варьируемых параметров X по матрице планирования, вычисляются единичные показатели Л; (Л, п, Л^ IV, М, К, Ь, Р) и обобщенный показатель качества до их исчерпания;

- по полученным данным определяются регрессионные зависимости обобщенного показателя качества Рк от варьируемых параметров X молотка;

- по регрессионным зависимостям определяется максимальное значение обобщенного показателя, а соответствующие ему параметры являются оптимальными.

Процесс "глобального" поиска отличается от "локального" поиска более высоким уровнем связи, в котором:

- формируется структура молотка,

- формируется структура УМ,

- осуществляется "локальный" поиск,

- выдаются оптимальные схемы УМ и молотка и их параметры по достижению критерия проектирования.

На основе плана эксперимента по структурной схеме 02x2x5x7 получены результаты "локальной" оптимизации, представленные в виде регрессионных зависимостей обобщенного показателя качества /V от варьируемых параметров^ (рис. 5). Соответствущие максимальному значению Рк= 0,719 параметры Бхх— 0,0000817м2, Зак.рх— 0,000177м2, Хб= 0,054м, С„= 1250Н/м, д\ = 0,005м, тб= 0,75кг являются оптимальными. Анализ по степени влияния варьируемых параметров показал, что существенно влияет на показатель качества /ч параметр те, уменьшение которого от 1.5 до 0.25 кг увеличивает /ч на 56.3 %; менее влияет параметр ¿>1, его варьирование от 0 до 0.015 м изменяет /V всего на 15.1%.

Методы и средства их достижения: план эксперимента с шестые варьируемыми параметрами и их шестью уровнями (при использовании матрицы планирования, основанной на рекомендациях проф. М М. Протодьяконова) позволил сократить количество вычислении от 1296 до 36.

Использование программы ММРЬОН, основанной на статистико-детерминированном методе проф. М. А. Ермекова, позволило: определить вид регрессионной зависимости и выбор аппроксимирующе»

функции; отыскать коэффициенты регрессионного уравнения; выбрать параметры, наиболее существенно влияющие на объект; оценить значимость полученных результатов на основе проверки статистических гипотез по критерию Фишера.

Регрессионные зависимости обобщенного показателя качества Рк от основных параметров молотка 02x2x5x7

0.Т2&

ата

\ 88 V в и

Ч / /

&.Я СИ

_а», ая

аайл аообш аййГ

1Ю

аоЛтт

155 Д1Г

оюйво з&н?

смойг аоа&вт аейв аайвт 0.006112 ¡¡аТ1

й» абв абя а 4» айео ~ т

аЬ Ш Ш а 4» и.«'

зЬ Но 11а а»*

Рис. 5

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты экспериментальных исследований, основными задачами которых являлось: проверка работоспособности экспериментального образца ручного гидравлического молотка, установление особенностей рабочего цикла, определение действительных значений показателей назначения, измерение кинематических и силовых параметров вибрации, подтверждение адекватности математической модели и результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры СДМ КарПТИ на специальном стенде. При этом регистрировались (рис. 6): скорость бойка Хб (кривая 1) давление жидкости в камерах холостого РХх (кривая 2) и рабочего хода Ррх (кривая 3), в сливной гидролинии Рс (кривая 4); скорость рукоятки Хр (кривая 5);

тодача насоса; сила нажатия на рукоять; время цикла Тц. Анализ зсциллограмм рабочего процесса молотка показал стабильность его заботы, соответствие показателей назначения расчетным значениям. Сравнение экспериментальной осциллограммы с теоретическими диграммами, полученными при решении математической модели, показало их качественную и количественную сходимость. Так, этклонение теоретических единичных показателей от экспериментальных не превышает: для энергии удара 6,04%; частоты ударов -*,64%; ударной мощности-0,79%; мощности привода- 10,34%; КПД -12,41 %, а обобщенного показателя составляет - 3,3 %, что свидетель-

Экспериментальная осциллограмма рабочего процесса

ггвует о достаточной сходимости полученных результатов.

Вибрационные характеристики молотка, определенные с исполь-юванием виброметра ВИП-2, во всем диапазоне октавных полос сред-{егеометрических частот не превышают уровней, регламентированных ГОСТом 17770-86, а усилие отдачи не превышает 220 Н, что также допустимо.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приведены рекомендации по совершенствованию конструкций, направленные на повышение показателей качества гидравлического ручного молотка, а также отражены вопросы их практическою применения.

На основании результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика проектирования, с использованием которой созданы опытные образцы ручных гидравлических молотков РГМ-50 (ручной гидравлический молоток с энергией удара до 50 Дж), изготовленные на производственной базе Инженерно-технического центра "Гидросила" г. Караганды.

В 1992-1993 годах молотки проходили производственные испытания на объектах КарОУАД и ШСУ ШСМ комбината "Карагандашах-тострой". Результаты испытания подтвердили работоспособность молотков, соответствие показателей качества расчетным значениям и эффективность применения по назначению. Испытания показали возможность функционирования гидравлического ручного молотка в широком диапазоне подачи насоса (0. 0005 - 0. 001 м/с), что позволяет подключать его в качестве дополнительного оборудования к гидросистемам строительно-дорожных машин, в частности, к трактору МТЗ-82 и экскаватору ЭО-4121Б или к автономной маслостанции.

В работе также определены пути дальнейшего совершенствования конструкции молотка с целью повышения показателей назначения и улучшение эргономических показателей, заключающиеся в использовании встроенного аккумулятора и инерционной втулки. Так, использование аккумулятора со степенью сжатия от 1 до 4 позволяет притех же габаритах повысить показатель назначения Т7,, от 1,342 до 1,356, а инерционного элемента - эргономического показателя Рэр от 1,000 до 1,305.

При расчете экономической эффективности ручного гидравлического молотка в качестве базисной техники был принят ручной гидравлический молоток МО-9Г (КарПТИ, а.с. №658267), имеющий лучшие технико-экономические показатели.

В ходе расчета было установлено, что годовой экономический эффект от внедрения одного ручного гидравлического молотка РГМ-50 составляет 327 рублей (по ценам 1989г.).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате обработки параметрической информации, выявлены тенденции развития ручных гидравлических молотков по единичным показателям качества, определены их базовые уровни и коэффициенты весомости.

2. На основе анализа непараметрической информации синтезированы семь гидравлических структурных схем ударного механизма. Оценка их технического уровня показала перспективность схемы х2х5х7 ударного механизма постоянной структуры, напорная, прямого действия с подготовленным вытеснением.

3. Анализ непараметрической информации, направленный на выявление возможных кинематических связей основных функциональных элементов ручного молотка, формирующий эргономические показатели, позволил синтезировать три структурные схемы. Оценка технического уровня их выявила перспективную схему молотка 02x2x5x7 по максимальному значению обобщенного показателя качества 0,719.

4. На основе оценки технического уровня структуры ударного механизма и молотка разработан ручной гидравлический молоток защищенный а.с. N91725578.

5. Разработана обобщенная математическая модель, учитывающая свойства и особенности семи структурных схем ударного механизма и трех структур молотка, позволяющая оценить технический уровень по показателю качества, структуры ударного механизма и молотка и оптимизировать их параметры.

6. Разработана "глобальная" методика расчета гидравлического ручного молотка, основанная на использовании математической модели и организации по ней итерационных циклов проектирования в зависимости от базового уровня показателя качества, позволяющая поэтапно обосновать структуру молотка, ударного механизма и их параметры.

7. В результате оптимизации установлено максимальное значение обобщенного показателя качества {Рк— 0,719), что показывает относительно (Рк= 0.6 - базовый) высокую конкурентоспособность

данного ручного гидравлического молотка 02x2x5x7. Соответствующие этому показателю значения параметров являются оптимальными: 5«= 0,0000817м2, Бак.рх— 0,000177м2, Хб= 0,054м, Сп~ 1250Н/м, (З1 = 0,005м, то~ 0,75кг. Получены зависимости в графическом и аналитическом виде обобщенного показателя качества от варьируемых параметров.

8. Экспериментальным путем определены показатели качества гидравлического ручного молотка: А = 45 Дж, п =28 Гц, М = 8 кг,

0,696.

9. Найдены зависимости оптимального значения обобщенного показателя качества от степени сжатии газа аккумулятора и массы инерционного элемента.

10. Вибрационные характеристики экспериментального образца не превышают допустимые значения уровня вибрации ни в одной октавной полосе частот и удовлетворяют требованиям ГОСТа 1777086.

11. Количественно и качественно доказана адекватность обобщенной модели. Расхождения по обобщенному показателю качества составляет 3,3%, что говорит о достаточной достоверности результатов обобщенной математической модели.

12. Возможность функционирования гидравлического ручного молотка в широком диапазоне подачи насоса (0,0005 - 0,001 м3/с) позволяет подключать его в качестве дополнительного оборудования к гидросистемам строительно-дорожных машин, в частности, к трактору МТЗ-82 и экскаватору ЭО-4121Б или к автономной маслостан-ции.

13. По результатам производственных испытании опытные образцы внедрены в подразделениях КарОУАД и Шахтостроительного управления Шахтостроймеханизации комбината "Карагандашахтост-рой".

14. Расчетный экономический эффект от применения РГМ-50 составляет 327 рублей ( по ценам 1989г).

15. Дальнейшие исследования должны быть направлены:

а) на поиск более совершенных конструктивных схем ударного механизма и молотка,

б) на создание средних и тяжелых ручных гидравлических молотков с конкурентоспособными показателями качества.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Янцсн И. А., Глотов Б. Н., Талипбеков А. Д. Математическая модель динамического уравновешенного гидравлического молотка. -В сб. : Оптимизация режимов и параметров горных и строительно-дорожных машин. - Караганда, 1989, с. 83-88.

2. Талипбеков А. Д. Экспериментальные исследования динамически уравновешенного гидравлического молотка. -В сб.: Оптимизация режимов и параметров горных и строительно-дорожных машин.-Караганда, 1989,

с. 112-114.

3. А. с. № 1725578 СССР. Гидропневматическое ударное устройство/ Янцсн И. А. , Глотов Б. Н., Талипбеков А. Д. -опубл. в бюлл. 1992, №13.

4. Положительное решение ВНИИГПЭ от 11. 10. 90 по заявке №4796016/33. Устройство ударного действия /МулдагалиевЗ. А., Глотов Б. Н. , Талипбеков А. Д., Цой В. Е.

5. Янцен И. А., Глотов Б. Н.,Талипбеков А. Д. К оценке уровня качества ручных гидравлических молотков. -В сб.: Качество и эффективность функционирования транспорта промышленных предприятий. -Караганда, 1993, с. 30-36.

6. Талипбеков А. Д. Синтез структур молотков и их оценка технического уровня. -В сб. : Качество и эффективность функционирования транспорта промышленных предприятий. -Караганда, 1993, с. 62-66.

7. Янцен И. А. , Глотов Б. Н. , Талипбеков А. Д. Ручной гидравлический молоток / Изв. вузов. Горный журнал. -1993, №9, с. 108-112.

T Y Й I H I

Диссертация бэсекеге жарайтын сапалы керсстк1штер1 жогарь кол бал га ны дайындауга жэне жасауга арналган.

Жуйел1к анализд1 колдану нспзвде, уру механизм» меь балганыц перспективалык схемалары аркылы жогары сапаль корсетк1штср1 бар гидравликалык колбалга жасауга болады.

Ал, жуйел1к анализд1 журпзу ушш жалпылама математика-лык модель жасалынды жоне тшмдипк белгю рет1нде жалпылама сапа керсеткшп алынды. Ypy механизмшщ жет1 курылымдык схемасыныц жане балганыц уш курылымдык схемасыныц жумыс барысын модельдеу аркылы колбалганыц перспективалы схемась айкындалды.

Зерттеулердщ нэтижеанде айкындалган гидравликалык колбалганыц методикасы аркылы енеркэсш улплер! жасалывды.

Олар Караганды облыстык жол баскармасыныц бвл1м1нде жэне Караганды шахта курылыс комбинатында сынактан carri етш сол косшорундарга енпз!лд1.

SUMMARY

This dissertation is dedicated to the research and making of the hand hydraulic hammer with indexes of the high quality, which can be competed.

Making the hand hydraulic hammer is based on systematic analysis, which can show a long-range diagram of the hand hydraulic hammer.

To make system analysis a summarized mathematical model was made. This model serves as a criterian for making an optimum index of high quality. Research of the working procsses of seven structure diaqrams of percussive mechanisms and three structures of the hammer, which were shown as a result of the synthesis of the patent information allowed determine a long-range diagram of the hand hydraulic hammer.

A practical value of this dissertation consists in the making of the projecting method for the hand hydraulic hammer. On the basis of this method the experimental unit was designed and made.

The experimental units are used in the working processes of the Karaganda Regional Department of Road Building and a group of enterprises "Karagandashahtostroy".