Основные сведения из теории удара применительно к ударным инструментам — СОВРЕМЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Основные сведения из теории удара применительно к ударным инструментам

Особенность действия ударного инструмента состоит в том, что приобретенная ударником живая сила в виде энергии удара подается рабочему наконечнику, вместе с этим ударник сбрасывает скорость и возвращается в исходное положение, готовый для нового удара.

Движущийся ударник обладает следующей энергией:

где  – масса движущегося ударника в кГсек2м-1; G1 – вес ударника в кГ; g = 9,81 м/сек2 – ускорение силы тяжести; ʋ1 – скорость движения ударника в анализируемый момент в м/сек.

В момент соударения двух тел общая живая сила системы понижается на величину:

где m1 и m2 – массы соударяющихся тел; ʋ1 и ʋ2 – скорости соударяющихся тел прямо перед ударом, k– коэффициент восстановления, характеризующий упругие свойства данных тел.

Поскольку скорость ʋ2 рабочего наконечника молотка перед ударом обычно принимается равной нулю, выражение выше принимает следующий вид:

Величина коэффициента восстановления установлена в диапазоне 0 < k < 1; k = 0 для тел совершенно не упругих и k = 1 для тел вполне упругих, если явление удара проходит в диапазоне упругости.

Величина k в электро и пневмомолотках (у которых, как правило, совершается удар стали о сталь, т.е. ударника молотка о торец хвостовика рабочего наконечника), будет зависеть от марки стали, ее термообработки и других причин. Согласно экспериментальным показателям, при наличии подобающей термообработки ударника и хвостовика имеют место лишь упругие деформации, а уровень коэффициента восстановления стремится к единице.

Энергия системы (ударник – наконечник) после удара

Энергия А2, которая приобретается рабочим наконечником, нечто иное, как часть энергии А системы, а её величина находится в зависимости от отношения .

Если  – скорость ударника после удара будет равняться нулю и А2 = А кГм.

Если  – после удара ударник будет отскакивать в противоположную сторону, при этом часть энергии будет израсходована напрасно. В таком случае

Если  – после удара ударник будет продолжать движение в начальном направлении, но с меньшей скоростью. В данном случае величина А2 будет зависеть от твердости материала, обрабатываемого наконечником. В процессе обработки мягкого материала, при ударе рабочий наконечник, в сравнении со скоростью ударника, получает большую скорость и поэтому часть его энергии, которая могла бы быть продуктивно применена, поглощает буфер.

В процессе обработки твердых и крепких материалов нередко наблюдается существенное сопротивление продвижению рабочего наконечника в обрабатываемый материал, при этом масса наконечника как будто повышается. В итоге ударник отскакивает, поскольку происходит явление подобно тому, что имеет место при .

Когда обрабатываются материалы средней твердости, в некоторых случаях после удара ударник продолжает передвигаться как цельная часть с рабочим инструментом, при этом передает ему весь собственный остаток энергии, т.е. здесь может происходить явление, подобное при .

Отсюда следует, что на практике при  число полезно используемой энергии, которая зависит от условий работы, находится в диапазоне:

Коэффициент полезного действия удара или в отдельных случаях при  выражение выше изменится до:

Относительно случая  величина К.П.Д. удара может изменяться в диапазоне, который определяют с помощью двух последних выражений.

Максимально низкий К.П.Д. удара может быть зафиксирован при . В связи с этим, когда проектируются молотки, стремятся соблюдать условие m1 = m2 k, при этом под m2 понимают приведенную массу рабочего наконечника т.е. m2 = αmp.н, где mp.н – действительная масса рабочего наконечника, а коэффициент α учитывает влияние твердости материала, который обрабатывается наконечником.

Когда k = 1, выражение выше можно представить в следующем виде:

где G1 – вес ударника, а G2 – вес рабочего наконечника.

Когда обрабатываются мягкие материалы (как уголь, кирпич и т.п.), α принимают равной единице. Значение величины α повышается с усилением крепости обрабатываемого материала.

Для конструкций электрических и пневмомолотков, выпущенных отечественным производителем, ηуд = 0,85-0,98. Машинная продуктивность молотка обычно выражается как:

где z – количество ударов за минуту; Спр – показатель эффективности проходки, представляющий собой соотношение величины h внедрения в мм рабочего наконечника к соответствующей энергии единичного удара, выраженного в кГм, т.е.

ηб – К.П.Д. буксы, близкий к единице.

Согласно практическим данным показатель эффективности проходки Спр довольно стремительно повышается с ростом энергии удара А2. По этой причине следует вывод, что при увеличении работы удара и сохранении мощности приводного двигателя в неизменном положении посредством понижения числа ударов за единицу времени, можно одновременно достичь повышения производительности молотка. Данное обстоятельство свидетельствует о том, что имеет место существование некоторых оптимальных соотношений между энергией единичного удара и числом ударов в единицу времени при котором мощность приводного двигателя будет применена максимально рационально и молоток будет обладать минимальным весом.

Основываясь на анализе изменения Спр в зависимости от А2, можно сделать вывод, что выбор коэффициента эффективной энергии удара меньше 1,0-2,5 кГм для тяжелых работ нецелесообразен.

На схеме представлена кривая Спр = f (А2ηб), которая создана в соответствии с опытными данными, полученными при бетонных работах.

Мощность двигателя для перевода молотка

где ηмех – К.П.Д. редуктора и ударного механизма

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *