Машины ударного действия. Расчет тормозных устройств импульсных гидроприводов

2.КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ ИМПУЛЬСНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

Величина замедления является одним из основных показателей эффективности работы тормоза. Торможение ударных масс с замедлением, подчиняющимся симметричному трапецеидальному закону с максимальным коэффициентом заполнения графика, может осуществляться аккумулированием кинетической энергии ударной системы, рассеиванием ее на участке торможения (дросселированием жидкости) или комбинированием этих способов.

Классификация устройств, реализующих эти способы торможения (рис. 3), разработана на основе изучения структурных формул семейства ударных систем, учета их наиболее общих признаков и требований, предъявляемых к ним.

Рис. 3. Классификация тормозных устройств

10

Взависимости от используемого рабочего тела и конструктивных элементов в каждой из трех групп имеется несколько типов тормозных устройств. Пружинные и газовые аккумуляторы имеют мягкую характеристику и способны создавать силу сопротивления от 30 до 10 кН, однако использование их в качестве элемента тормоза ограничивается необходимостью большого хода для торможения мощных ударных нагрузок, большими габаритами, возможной осадкой пружины и нарушениями герметичности аккумулятора.

Перспективными для использования в качестве аккумулирующего элемента тормоза являются гидропружины на основе силиконовых жидкостей, сжимающихся до 90 %, и газожидкостных смесей, сжимающихся до 93 % от первоначального объема при давлении 145 – 170 МПа. Но при всех преимуществах они имеют жесткую характеристику, обусловленную высоким модулем упругости жидкости. Необходимость повышения эластичности и снижения максимальных нагрузок на элементы импульсного гидропривода приводит к увеличению объема гидропружины, а использование газожидкостных смесей ограничено их низкой стабильностью.

Взависимости от конструктивной увязки с импульсным гидроприводом строительных и дорожных машин представлены семейства ударных систем с автономным, встроенным тормозным устройством или их комбинацией, имеющими идентичные силовые диаграммы. Многообразие конструкций тормозов ударных органов, реализующих второй и третий способы торможения, представлено принципиальными схемами на рис. 4.

Торможение ударных масс дросселированием газа, ввиду малого рассеивания энергии, необходимости большого пути торможения, быстрого нагрева газа в мощных ударных устройствах использовать нецелесообразно. В гидравлическом тормозе с дросселированием жидкости (рис. 4, а, в) реализация сопротивления тормоза в диапазоне 100

–10000 кН осуществляется соответствующим способом изменения отверстия истечения жидкости. Комбинированные устройства (рис. 4, б, г), осуществляющие торможение дросселированием рабочего тела с частичным аккумулированием энергии пневмоаккумулятором 4, способны реализовать сопротивление в пределах 30 – 1000 кН.

Вобщем виде гидротормоз можно представить цилиндрической полостью А с некоторым объемом жидкости, которая вытесняется поршнем 1 через переменный дросселирующий зазор, формируемый диафрагмой 3 и профилированной втулкой 2. Величина противодав-

11

3.ДИНАМИКА ТОРМОЖЕНИЯ УДАРНЫХ МАСС ИМПУЛЬСНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

Нестабильность процесса разрушения дорожных покрытий, фундаментов и горных пород импульсными нагрузками приводит к тому, что явления холостых ударов бойка по корпусу становятся неотъемлемым свойством конструкции ударных устройств. Поэтому тормозные устройства являются необходимыми функциональными элементами любого типа импульсных гидроприводов. Однако не все возможные способы торможения можно эффективно использовать в строительных и дорожных машинах. Многообразие конструкций тормозных устройств можно представить принципиальными схемами, показанными вместе с импульсным гидроприводом на рис. 4, а, б, в. Диаграммы совместного силового взаимодействия элементов ударного преобразователя и тормоза представлены на рис. 5, а, б, в.

Рис. 5. Характерные диаграммы взаимодействия импульсного гидропривода и тормозного устройства

Для упрощения расчетов принят линейный характер изменения сил в пределах каждого из выделенных участков. Характер и особенности схемы тормоза зависят от того, какие характеристики торможения он должен обеспечивать.

13

При проектировании и анализе импульсных тормозных устройств могут быть поставлены задачи: обеспечить заданный уровень надежности импульсного гидропривода или снизить динамические нагрузки путем выбора конструктивных параметров тормоза при условии ограничения замедления или создании приемлемых из условий прочности напряжений в элементах конструкции импульсного привода. В этом случае задаются размахи перемещения или участок торможения. Эти условия могут удовлетворяться поглощением кинетической энергии подвижных масс гидравлическим тормозом за счет действия силы противодавления жидкости, возникающей в сливной полости при перетекании жидкости через переменные проходные сечения (в функции пути). Величина противодавления РТ в этом случае определится из условия равновесия поршня:

где r – результирующая характеристика сил, входящих в уравнение; Фдв =Ра F a – движущая сила;

ФТ = РТ FТ – сила сопротивления тормоза;

РТ – противодавление, действующее со стороны сливной линии; Fа; FT – активные площади аккумулятора и сливной линии;

RТ – сила трения в уплотнениях и направляющих, приложенная к поршню;

Ра – давление газа в аккумуляторе привода.

Заменяя в уравнении (1) FТ его значением, приняв обозначения:

Из анализа выражения следует, что скорость подвижных частей импульсного гидропривода при одном и том же значении активных сил движения, тем быстрее уменьшается и тем короче переходный

14

Из уравнения (8) следует, что скорость подвижных масс зависит от величины участка d2 и определяется силой RТ. Время движения бойка на этом участке найдем из выражения (8):

деляется значением силы RТ, т.е. чем больше эта сила, тем быстрее гасится скорость. В период движения ударных масс на участке от Хп до Хm их скорость определится из уравнения кинетической энергии. Учитывая, что площадь SKB соответствует кинетической энергии пе-

Из этого уравнения видно, что текущая скорость движения ударных масс на втором участке зависит от величины этого участка и значения силы RН. Тогда для Х= ХН скорость в конце участка определится выражением: