Динамика пневмоударного механизма с перепуском энергоносителя между рабочими камерами
На правах рукописи
ГАРШИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
ДИНАМИКА ПНЕВМОУДАРНОГО МЕХАНИЗМА
С ПЕРЕПУСКОМ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ
МЕЖДУ РАБОЧИМИ КАМЕРАМИ
05.05.04 - Дорожные, строительные и
подъёмно-транспортные машины
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Томск
2004
Работа выполнена в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин)
Научный руководитель: заслуженный изобретатель РСФСР
доктор технических наук, профессор
Абраменков Эдуард Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Смоляницкий Борис Николаевич
кандидат технических наук, доцент Попов Михаил Юрьевич
Ведущее предприятие: ОАО «Сибакадемстрой»
г. Новосибирск
Защита диссертации состоится 25 декабря 2004 года в 10 часов на заседании Специализированного Совета К 122.265.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 638003, г. Томск, Соляная площадь, д. 2, корп. №4.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим высылать в Совет по адресу университета.
Автореферат разослан «___» ____________ 2004 года
Ученый секретарь 
диссертационного Совета С.М. Кравченко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Механизация малообъемных, но трудоемких технологических процессов обуславливается объемами реставрационных, восстановительных и ремонтных работ с разрушением строительных конструкций и дорожных покрытий и определяет уровень развития строительно-промышленного комплекса России. При этом, важное значение уделяется машинам ударного действия. Создание и освоение эффективных машин является важной задачей, так как, на пример в строительстве, в полном объеме строительных работ до 20% составляют ремонтные и вспомогательные операции, выполняемые вручную. Сокращение затрат ручного труда необходимо для решения двух основных задач: социальной и экономической, предполагающих повышение производительности труда и уменьшение за счет этого дефицита квалифицированных трудовых ресурсов. Вопрос обеспечения строительства и других отраслей промышленности современным инструментом настолько важен, что для его решения должна быть разработана Российская научно-техническая программа, одним из направлений которой предусматривалась бы разработка новых и повышение эффективности существующих машин и механизмов, в том числе, пневматических машин ударного действия.
Учитывая комплексность задачи разработки легких навесных машин, представляют теоретический и практический интересы отдельные вопросы: определение влияния физико-механических характеристик обрабатываемых материалов и ударной мощности на вибрационные и силовые характеристики машин ударного действия; доведение вибрационных и шумовых параметров навесных машин до регламентированных величин. Направленность данных исследований и практических предложений касается улучшения эксплутационных и экологических характеристик пневматических машин ударного действия для строительства в условиях сурового климата Сибири. Из пневматических машин ударного действия особый интерес представляют машины с дроссельным пневмоударным механизмом, в котором единственной подвижной деталью является сам ударник, что делает их более надежными при эксплуатации, например, в условиях отрицательных температур. Это обстоятельство подчеркивает актуальность разрабатываемой проблемы. Исследования данного направления являются актуальными, поскольку решают задачи: улучшение условий труда за счет повышения безопасности производства работ, увеличение производительности работ за счет повышения надежности механизмов, а так же улучшение качественных и количественных показателей рабочего процесса за счет совершенствования функциональных узлов машины в целом.
Данная работа является логическим звеном в цикле исследований, выполняемых на кафедре «Строительные машины, автоматика и электротехника» Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), и представляет результаты исследований по теме: «Разработка на основе импульсных систем новых и повышение эффективности существующих ручных машин и инструментов, применяемых в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительствах в условиях Сибири» (гос. рег. № 01940009360).
Цель исследования: разработка конструкции легкой навесной машины ударного действия, позволяющей получить улучшенные эксплуатационные характеристики. Сущность разработки заключается в создании пневматического ударного механизма с процессом перепуска энергоносителя между камерами рабочего и холостого ходов.
Задачи исследования:
- разработка принципиальной схемы дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухоподводом;
- установление баро- и термодинамических зависимостей рабочего процесса дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухоподводом;
- установление рациональных значений параметров дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухоподводом для легкой навесной машины и разработка методики их инженерного расчета;
- создание экспериментального образца дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухоподводом для легкой навесной машины, исследование и испытание его в лабораторных условиях.
Объект исследования: дроссельный пневматический ударный механизм с трубчатым воздухоподводом для организации перепуска между рабочими камерами ДПУМ (ПТ).
Методы исследования: аналитический обзор и обобщение известного опыта; теоретические разработки с использованием методов механики; математическое моделирование процессов работы ДПУМ (ПТ).
Научная новизна:
- в разработке и применении в исследованиях физико-математической модели баро- и термодинамических процессаовпневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением с камерами наддува и центральной воздухоподводящей трубкой с перепуской (ДПУМ (ПТ)), позволяющей улучшить качественно и количественно энергетические параметры рабочего процесса механизма;
- в получении зависимостей между показателями процесса: удельной энтропией, расходом сжатого воздуха, удельной теплоемкостью, температурой и давлением воздуха, проявляющихся при работе ДПУМ (ПТ);
- в установлении основных соотношений геометрических размеров и энергетических параметров ДПУМ (ПТ);
- в разработке методики инженерного расчета параметров ДПУМ (ПТ).
Нучная подтверждена положительным Решением о выдаче и начале действия патетна РФ от 06.08.2002 по заявке № 20002121591/11 (022552).
Практическая ценность и реализация результатов работы: обоснована и разработана новая принципиальная схема ДПУМ (ПТ), позволяющая создать легкую навесную машину с улучшенными эксплуатационными характеристиками;
разработана методика инженерного расчета параметров ДПУМ (ПТ), позволяющая создать ручной инструмент или легкую навесную машину на любые практически приемлемые сочетания энергии и частоты ударов при ограничении по удельному расходу воздуха и усилию нажатия с приемлемой амплитудой колебаний корпуса.
Апробация исследований Изложенные в диссертации результаты обсуждались на научно-технических конференциях в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) в 1997-2004 годах и на международной конференции «Проблемы и перспективы горных наук» 25-29 октября 2004года, г. Новосибирск, Академгородок.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах.
Объём и структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 172 страницах основного машинописного текста содержит 41 рисунков и 35 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
В введении отмечены актуальность проблемы, цель, задачи и методы исследований, положения, выносимые на защиту, достоверность научных положений, научная новизна и практическая ценность полученных результатов и личный вклад автора.
Первая глава диссертации посвящена анализу существующих конструкций пневматических машин ударного действия как ручных, так и легких навесных, потребность в которых высока при выполнении технологических операций в строительстве, составляющих до 20% от общего объема работ.
Анализировались конструкции пневматических ломов, в качестве ручных машин отечественного и зарубежного производств, выпускаемых с различными техническими характеристиками и параметрами: энергия удара, частота ударов, расход воздуха и габаритные размеры. Было выявлено широкое представительство типов ручных машин, изготовляемых зарубежными производителями. Применение же отечественных образцов ограничено по причине недостаточного объема производства, хотя спрос на них, особенно на легкие навесные механизмы и машины с энергией удара 100 – 400 Дж, непрерывно растет в связи с увеличением объемов строительных работ, выполняемых предприятиями различной формы собственности.
В области разработки теоретических основ и создания пневматических машин ударного действия основоположниками были А.П. Герман, Б.В. Суднишников. В результате дальнейших исследований, проводимыми Н.А. Клушиным, Н.Д. Костылевым, А.М. Петреевым, Б.Н. Смоляницким, К.К. Тупицыным, А.И. Федуловым, Э.А. Абраменковым, Д.Э. Абраменковым, Р.Ш. Шабановым, Т.Ю. Виговской и другими авторами были предложены и обоснованы теоретически новые принципы работы пневмоударных механизмов: буферный и форсажный циклы рабочих процессов, повышающие ударную мощность машины; а также цикл с частичным вытеснением воздуха, снижающий отдачу, амплитуду и частоту вибрации. Существенный вклад в изучение рабочего процесса и вибрационных характеристик пневматических машин ударного действия внесли научные коллективы, возглавляемые П.М. Алабужевым, О.Д. Алимовым, В.Ф. Горбуновым, Е.В. Александровым, В.В. Соколинским, В.В. Суднишниковым., Н.А. Клушиным.
Особое внимание было уделено анализу вопросов, посвященных разработке пневматических машин ударного действия с дроссельной системой воздухораспределения.
Задача отыскания рациональных соотношений между конструктивными размерами и кинематическими параметрами для пневматических ударных механизмов и машин предопределяет решение вопросов как энергетического и экономического планов, так и вопросов вибро- и шумозащиты. Анализ источников информации по данным вопросам показывает следуещее.
- Совершенствование энергетических характеристик пневматических машин ударного действия осуществлялось:
- изменением формы диаграммы давления воздуха и силовой диаграммы рабочего цикла (В.В. Суднишников, Н.А. Клушин, Е.Е. Есин, Э.А. Абраменков, Д.Э. Абраменков, А.М. Петреев, В.Ф. Корчаков, А.Г. Богаченков);
- выбором рациональных конструктивных и кинематических параметров ударника и инструмента (Н.А. Клушин, Э.А. Абраменков, О.Д. Алимовым, Е.В. Александров, В.В. Соколинский и другими);
- Совершенствование экономичности ручных пневматических машин осуществлялось:
- изменением расхода воздуха по среднему и текущему давлению воздуха, объему камер, времени впуска и выпуска;
- изменением проходных сечений трактов впуска и выпуска (Н.А. Клушин, Э.А. Абраменков).
- Совершенствование силовых и вибрационных характеристик ручных пневматических машин осуществлялось:
- изменением формы силовой диаграммы рабочего цикла (В.В. Суднишников, Н.А. Клушин, Э.А. Абраменков);
- выбором рациональных конструктивных и кинематических параметров пневмоударного механизма (В.В. Суднишников, Н.А. Клушин, Э.А. Абраменков);
- выбором средств виброзащиты и виброизоляции контактных с оператором мест (И.К. Разумов, С.П. Алексеев, Н.П. Беневоленская и другие);
- статическим и динамическим уравновешиванием колебательной системы машины ( Э.А. Абраменков, Л.Л. Лысенко, В.В. Солдаткин, Д.Г. Суворов, Н.А. Клушин и другие).
Обобщение результатов анлиза позволлило сформулировать следующие выводы:
-теоретический и практический интересы представляет метод (Э.А. Абраменков) расчета расхода воздуха дроссельного пневмоударного механизма без использования сложного математического аппарата и материализации объекта исследования;
-несмотря на относительно высокий уровень, достигнутый в этой области, не решен ряд важных вопросов структурного анализа и синтеза, динамики процесса легких навесных машин ударного действия.
Для достижения цели по разработке экономически эффективного дроссельного пневмоударного механизма и совершенствованию метода его расчета в диссертационной работе предусматривается:
- разработка принципиальной схемы дроссельного пневмоударного механизма с центральным трубчатым воздухораспределением и перепуском между камерами рабочего и холостого ходов (ДПУМ(ПТ));
- установление баро- и термодинамических зависимостей рабочего процесса предлагаемого дроссельного пневмоударного механизма;
- определения рациональных значений конструктивных параметров дроссельного пневмоударного механизма ДПУМ(ПТ) и разработка методики его инженерного расчета;
- создание экспериментального образца ДПУМ(ПТ) для легкой навесной машины, испытание его в лабораторных условиях.
Во второй главе проведен анализ структурных схем пневматических ударных машин, представляющих варианты размещения функциональных узлов (средства подачи, включения и отключения, воздухораспределительное устройство, ударник, цилиндр, рабочий инструмент, устройство удержания и управления) при условии обеспечения повышенного ресурса и надежности работы, а также их соответствия требованиям ГОСТ по шумовым и вибрационным характеристикам. Проведено графическое моделирование конструкций пневмоударных механизмов в зависимости от их назначения, имеющих различную конструкцию исполнительного органа, воздухораспределительного и пускового устройства, устройств вибро- и шумогашения, а также устройств для удержания и управления рабочими органами. Проведена сравнительная оценка конструктивных исполнений пневматических ударных машин по размещению объемов камер соответственно рабочего и холостого ходов. По результатам проведенного анализа было выдвинуто предложение по усовершенствованию механизма: введение трубки с каналом для осуществления процесса перепуска энергоносителя между камерами холостого и рабочего ходов в дроссельном пневмоударном механизме с трубчатым воздухоподводом и перепуском ДПУМ(ПТ) (рис.1).
Рис. 1. Дроссельный пневмоударный механизм с трубчатым воздухоподводом и перепуском ДПУМ(ПТ)
1-трубка, 2-цилиндр, 3-ударник, 4-инструмент.
В третьей главе приведено физико-математическое описание рабочего процесса усовершенствованного дроссельного пневмоударного механизма с трубчатым воздуподводом и перепуском ДПУМ(ПТ), представленное ниже приведенной системой уравнений. При физико-математическом описании приняты допущения:
1) состояние воздуха подчиняется уравнению Клапейрона;2) движение воздуха по каналам является квазистационарным;3) технические характеристики воздухоподводящих дросселей являются совершенными, и их коэффициенты расхода воздуха при численном исследовании приняты равными единице;4) вследствие небольшой массы ударника и трубки машины, силы их собственного веса и трения ударника о стенки трубки и корпуса не учитываются;5) результирующая от сил давления сжатого воздуха в рабочих камерах ПУМ одинакова для ударника и корпуса;6) трубка в осевом положении неподвижна.
; 
; 
; 
;
R, k – газовая постоянная и показатель процесса;
По, ро, хо - проходные сечения дросселей впуска в предкамеру, камеры рабочего и холостого ходов;
Dв - диаметр выпускного отверстия;
pп, pр, pх - давления воздуха в предкамере, в камерах рабочего и холостого ходов;
VП, Vр, Vх – объёмы предкамеры, камер рабочего и холостого ходов;
по, ро, хо - функции впуска воздуха в предкамеру, камеры рабочего и холостого ходов;
ра, ха - функции впуска воздуха в камеры рабочего и холостого ходов из атмосферы;
р1 , х1 - функции проходных сечений каналов выпуска воздуха из камер рабочего и холостого ходов;
по, ро, хо - функции расхода воздуха в зависимости от изменения температур со стороны предкамеры, камер рабочего и холостого ходов;
ра, ха - функции расхода воздуха в зависимости от изменения температуры на выпуске в атмосферу из камер рабочего и холостого ходов;
п, р, х - температура воздуха в предкамере, в камерах рабочего и холостого ходов;
Fу, Fт - силы трения ударника о корпус и трение трубки об ударник в направлении оси перемещения корпуса;
- сила нажатия на корпус;
- перемещения ударника, корпуса и трубки;
Sи, Sт- площади диаметральных сечений инструмента и трубки;
t- время;
- массы ударника, корпуса и трубки.
Алгоритм моделирования положен в основу разработанной и представленной методики инженерного расчета параметров ДПУМ(ПТ).
Баро- и термодинамические характеристики в камерах ДПУМ(ПТ) представлены на рис. 2 (для камеры наддува холостого хода) и на рис.3 (для камеры наддува рабочего хода) зависимостями во времени: давления воздуха рр = р(t), температуры р = (t), расхода Gр = G(t), удельных теплоёмкостей срр=ср(t), cvp=cv(t), а также показателя процесса np= n(t.)
Рис. 2. Баро- и термодинамические характеристики для камеры наддува холостого хода
Рис. 3 Баро- и термодинамические характеристики для камеры наддува рабочего хода
Из полученных результатов исследования этих характеристик следует, что для рациональных соотношений Vp/Vx,,р/х при давлении воздуха в сети от ро=0,4 МПа до ро=0,7 МПа (через 0,1 МПа) процессы энтропии в представлениях (S-0)pv и (S-t)pv для камер наддува как холостого хода, так и рабочего хода являются соответственно подобными, то есть тенденции их изменения близки к процессам, происходящим при ро=0,6 МПа, что подтверждается численными исследованиями при физико-математическом моделировании рабочего процесса в камерах ДПУМ(ПТ).
Давление воздуха перед выпуском в ДПУМ (ПТ) снижается в камере рабочего хода на 15%, а в камере холостого хода до 30%, что способствует улучшению шумовой характеристики механизма. Максимальные температуры воздуха в камерах рабочего и холостого ходов выше атмосферной (290 К) на 80 и 130 К соответственно. Температуры воздуха на выпуске снижаются на 70 К. Иллюстрации и анализ тенденций изменений i(t), Ci(t) и Ci(), Si(t), Si() и ni(t) приведены в тексте диссертации и здесь, из-за объема с учетом направленности решения задач исследования, опущены. Однако отметим, что показатели процесса ni в зависимости от настроек механизма изменяются от 1,0 до 1,8, а удельные энтропии Spi и Svi в камерах рабочего и холостого ходов (-5,30…3,00)·10-3 Дж / (кг·К) и (-6,00…2,40)·10-3 Дж / (кг·К) соответственно. При совмещении изменений термодинамических показателей с перемещением ударника и изменением давления представляется более полно оценить потенциальные возможности ДПУМ (ПТ).
Были установлены зависимости энергетических характеристик ДПУМ(ПТ) от его геометрических параметров, построенные по данным моделирования, от изменения:
- диаметра дросселя камеры рабочего хода Dp px при постоянном диаметре дросселя камеры холостого хода, равном Dpxx = 0,008м при kv=0,2 и kv=0,3;
- диаметра дросселя камеры холостого хода Dp при постоянном диаметре дросселя камеры рабочего хода, равном Dppx = 0,008м при ку=0,2 и ку=0,3;
- от коэффициента соотношений объёмов камер рабочего и холостого ходов = Vp/Vx;
- от высоты камеры холостого хода НКХХ;
- от массы ударника mу ;
- от начального объема камеры холостого хода VH хх ;
- от диаметра выпускного отверстия Dwip.
Оптимальными геометрическими параметрами ДПУМ(ПТ) для легкой навесной машины с дроссельным типом воздухораспределения и энергией удара Ат = 400Дж будут следующие:
коэффициент соотношения объёмов камер рабочего и холостого ходов = 7;
начальный объём камеры холостого хода VHXX = 0,001152м3;
высота камеры холостого хода Нкхх = 0,130м;
диаметр дросселя камеры рабочего хода Dppx - 0,01м ;
диаметр дросселя камеры холостого хода Dpxx = 0,009м;
диаметр выпускного отверстия Dwip = 0,05м;
масса ударника mу = 12кг.
Исследовано влияние перепуска на динамику работы дроссельного пневмоударного механизма с учетом новых параметров процесса. На диаграммах рис. 4 представлены зависимости перемещения X(t), скорости U(t), расхода Gp(t), давлений воздуха в камерах холостого kx(t) и рабочего kp(t) ходов, характеризующие особенности рабочего цикла дроссельного ПУМ с перепуском ДПУМ(ПТ) во времени за цикл работы. Рабочий цикл механизма характеризуется тем, что после соударения ударника с инструменто рабочий цикл повторяется. На участке (19-1) формально происходит, так называемый, выстой ударника. Участок (0-4) соответствует расширению воздуха в камере холостого хода при одновременном поступлении его из сети через впускной дроссель. После закрытия впускного канала (точка 4) в камере рабочего хода начинается сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, одновременно натекающего из сети через впускной дроссель. Подключение канала перепуска (точка 5) способствует более резкому повышению давления в камере рабочего хода и снижению давления в камере холостого хода на участке 5-6. Перекрытие перепускного канала (точка 6) характеризует начало сжатия отсеченного воздуха и воздуха, впускаемого через дроссель в камеру рабочего хода (участок 6-11), а также, с некоторым замедлением (участок 6-7), дальнейшее расширение (участок 7-8) в камере холостого хода. С момента открытия канала выпуска (точка 8) из камеры холостого хода происходит выпуск отработавшего воздуха, таким образом, что давление сначала резко (участок 8-9), а затем плавно, выравнивается до атмосферного. Далее на участке (9-16) поддерживается таким до закрытия выпускного канала при рабочем ходе (точка 16).
Особенно характерным для ДПУМ(ПТ) являетса продолжающееся повышение давления в камере рабочего хода (участок 11-12). Следует отметить, что с увеличением проходного сечения впускного дросселя или с уменьшением объема камеры рабочего хода, максимальное значение kp (точка 12), смещается влево к точке 11, соответствующей крайнему верхнему положению ударника. При изучении множества диаграмм kp и kx с различными настройками ДПУМ(ПТ) установлено, что максимума kp (как это имеет место у машин с традиционным рабочим циклом) на участке tx не наблюдается. Это можно объяснить, во-первых, большим объемом камеры рабочего хода, во-вторых, меньшим проходным сечением дросселя впуска и, в-третьих, малой величиной противодавления, в сравнении с аналогичными параметрами механизмов с золотниковым, клапанным и бесклапанным ДПУМ.
Рис. 4. Принципиальная схема ДПУМ(ПТ) с перепуском и диаграммы его рабочего процесса.
Ускоренное движение ударника на участке 12-16 характеризуется расширением воздуха, поступающего из сети через впускной дроссель. С закрытием нижней кромкой ударника выпускного канала (точка 15) в камере холостого хода начинается сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего из сети через впускной дроссель. С момента открытия перепускного канала (точка 17) воздух из камеры рабочего хода перетекает в камеру холостого хода, что обуславливает резкий рост давления в ней на участке (17-18). После закрытия перепускного канала (точка18) давление в камере рабочего хода снижается, но не так резко, как это наблюдалось на участке (17-18). С момента открытия ударником выпускного канала из камеры рабочего хода начинается выпуск отработавшего воздуха, при этом сначала (участок 18-19) давление падает медленно, а затем, по мере открытия выпускного канала на 1/3 всего сечения (участок 19-20), достаточно резко (участок 20-21) растет, после чего (точка 0) поддерживается на уровне атмосферного. Характерные точки, указывающие на диаграммах начало и конец процесса перепуска, наглядно показывают его реализацию в ДПУМ(ПТ).
Было проведено исследование влияния процесса перепуска на динамику ДПУМ(ПТ). Исследовались зависимости съема мощности N(), удельного расхода qv() от соотношения проходных сечений впускных дросселей, характеризующихся параметром = р / х. Определено, что значение оптимальное значение N определяется: от соотношения проходных сечений впускных дросселей в пределах рац=2,5…2,75; от соотношения объемов камер рабочего Vр и холостого ходов Vх, характеризующегося параметром, диапазон рациональных значений которого достаточно широк и определяется пределами значений рац=2,5…3,5; от параметров перепускного канала: проходного сечения п и расстояния до отсечной кромки канала Wх, конструктивно увязанных с размерами перепускного канала – шириной П и его высотой hп: от зависимости qv и N от безразмерных параметров е и имеют оптимум и для рациональных значений qv и N имеют пределы: ерац = 0,25…0,50 и рац = 0,58…0,64.
Среднее значение съема мощности N() и удельного расхода qv(), полученные при численном исследовании ДПУМ с перепуском и без него свидетельствуют, что при рациональных настройках ДПУМ (ПТ) его экономичность выше на 24,3%, чем дроссельного ПУМ без перепуска, что является явным преимуществом.
Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований. По полученным данным численных исследований была разработана принципиальная схема ДПУМ(ПТ) (рис. 5) и изготовлен экспериментальный образец легкой навесной машины с ДПУМ(ПТ) (рис. 6).
Рис. 5. Принципиальная схема легкой навесной машины с ДПУМ(ПТ)
1-инструмент, 2-букса,3-стакан, 4-ствол (цилиндр), 5-ударник, 6-центральная трубка, 7- фиксатор трубки, 8-пружина, 9- крышка, 10-патрубок, 11, 12-хомуты, 13, 14- проушины, 15, 17-болт, 16-стяжка, 18-дроссельный канал, 19- камера холостого хода, 20-выпускной канал, 21- камера рабочего хода, 22-дроссельный канал, 23-камера, 24- канал перепуска.
Проводилось сравнение результатов физического (рис. 7) и численного (рис. 8) экспериментов. Результаты представлены осциллограммами зависимостей основных характеристик рабочего процесса. Результаты обработки осциллограмм иллюстрированы графическими зависимостями на рис. 9. Установлено:
максимальное расхождение абсолютных значений давления воздуха в характерных точках его изменений для камер рабочего и холостого ходов не превышают 3%;
расхождение в значениях по энергии удара и частоте не превышает 3%, а по расходу - 10%, что находится в пределах возможной погрешности приборов и обработки результатов измерений.
Рис. 6. Экспериментальный образец легкой навесной машины с ДПУМ(ПТ)
а) 1-пневмомолот, 2-узел крепления;
б) 1-камера рабочего хода, 2-камера холостого хода, 3-корпус, 4-ударник, 5-инструмент, 6-воздухоподводящая трубка, 7-пружина, 8-предкамера.
Рис. 7. Осциллограммы зависимостей основных характеристик рабочего процесса, полученные в результате физического эксперимента.
Рис. 8.Осциллограммы зависимостей основных характеристик рабочего процесса, полученные в результате и численного эксперимента.
Рис. 9. Результаты обработки осциллограмм.
- - - - - - - физическая модель
физико-математическая модель
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
В соответствии с поставленными задачами:
1. Предложено усовершенствование конструкции дроссельного пневмоуданого механизма за счет введения трубки с каналом для организации процесса перепуска энергоносителя между камерами рабочего и холостого ходов, и разработана принципиальная схема предлагаемой конструкции.
2. Разработана физико-математическаям модель, представленная системой уравнений, описывающих рабочий процесс ДПУМ(ПТ), что позволило определить ее рациональные конструктивные параметры.
3. Получены баро- и термодинамические зависимости параметров рабочего процесса в камерах рабочего и холостого ходов, позволяющие не только выявить характерные точки этих зависимостей, поясняющие процесс перепуска, но дать физическое толкование процессу перераспределения давления.
4. Разработана методика инженерного расчета ДПУМ(ПТ), позволяющая рассчитать основные геометрические размеры механизма с любым сочетанием энергетических параметров.
5. Доказано теоретически и экспериментально, что, усовершенствованная конструкция ДПУМ(ПТ) позволяет рационально перераспределить энергоноситель между камерами рабочего и холостого ходов, а так же утверждать о подобии процессов энтропии, протекающих в них при давлении воздуха равным от0,4 до0,7 МПа.
Основные положения диссертации представлены в следующих опубликованных работах:
1. Смирных И.В Пневмоударные устройства с повторным исследованием воздуха в рабочих камерах. / Смирных И.В, Гаршин С.В., Малышева Ю.Э., Кутумов А.А., Абраменков Д.Э. // Труды НГАСУ. – Новосибирск: НГАСУ, 2002.- Т.5, вып. 6(21), с. 126-135.
2. Гаршин С.В. Применение ручных пневматических машин ударного действия в практике строительства./ Гаршин С.В., Чичканов В.В., Малышев Ю.А., Виговская Т.Ю., Абраменков Д.Э. // Труды НГАСУ. – Новосибирск: НГАСУ, 2002.- Т.5, вып. 6(21), с. 119-126.
3. Гаршин С.В. Предварительная оценка тенденций изменения энергетических параметров машин ударного действия. / Гаршин С.В., Малышева Ю.Э., Абраменков Д.Э., Пичужков В.В., Кутумов А.А. // Труды НГАСУ. – Новосибирск: НГАСУ, 2002.- Т.5, вып. 6(21), с. 136-146.
4. Кутумов А.А. Предварительная оценка возможности размещения навесного оборудования на универсальном гусеничном шасси /Кутумов А.А., Абраменков Э.А., Абраменков Д.Э., Гаршин С.В. и др.// Труды НГАСУ. Т.7, № 3 (30) Новосибирск 2004. - с. 40-45
5. Кутумов А.А. Взаимное влияние геометрических и энергетических параметров навесного пневмомолота с дроссельным воздухораспределением. / Кутумов А.А., Абраменков Д.Э., Шабанов Р.Ш., Гаршин С.В. и др. // Труды НГАСУ. Т. 7, № 3 (30) Новосибирск 2004. - с. 130-142.
6. Кутумов А.А. Взаимозависимости вибрационных характеристик навесного пневмомолота / Кутумов А.А., Гайслер Е.П., Абраменков Э.А., Гаршин С.В. и др. // Труды НГАСУ. Т.7, №3 (30) Новосибирск 2004. - с. 45-55.
7. Гаршин С.В. Параметры пневматического механизма машины ударного действия для разработки мерзлых грунтов/Абраменков Э.А., Кутумов А.А., Гаршин С.В. и другие// Труды НГАСУ. Т. 7, № 2(29), Новосибирск,2004. – С. 143-157.
8. Заявка № 2002121591/11(022552) на патент РФ / Абраменков Э.А., Абраменков Д.Э., Гаршин С.В. и др. Решение о выдаче и начале действия патента от 06.08.2002г.
