Химия | Импульсті гидрожетек

Импульсті гидрожетек

Соққы әсерлі механизмдерді қолдану машина жасауда ХІХ-ғасырдың соңын ала басталған, бірақ кең қолдануға ХХ- ғасырдан бастау алады, ол тау жыныстарын бұзудың үнемді тәсілдерін іздеуге байланысты орын алды. Алдымен ол пневматикалық механизмдер, ал 50-жылдардан бастай – электрлік гидравликалық. Соңғылары белгілі артықшылықтарына байланысты кең тарады. 70- жылдардан бастай бұл механизмдер машинаның негізгі бөлігіне аз реакцияда нысанға жоғары салмақ түсіру керек жағдайларда, өндірістің барлық салаларында пайдаланылады. Ол – гидробалғалар гидротерфораторлар, буто бойлар, қойсытқыштар,т.б.
Пайдалы жұмысты атқарудың соққылық тәсілі аса болашақты болып табылады. Бірақ импульсті энергия түрлендірудің күрделілігі мен ішкі динамика мәселелері импульсті жетектің тек ХХ-ғасырда пайда болуына себеп болды.
Қазіргі кезде импульстік варианттар жетектердің барлық түрлерінде белгілі.
ТМД – елдеріндегі соның ішінде Қазақстандағы ғылыми зерттеу және тәжірибе конструкторлық жұмыстардың жоғары деңгейде екендігіне қарамастан, мұндай конструкциялардың дамыту көбіне шетел фирмаларының үлесінде: Финляндия, Швеция, Англия, Жапония және т.б. елдер. Дегенмен де импорт алмастырудың экономикалық ұтымдылығы, отандық конструкциялар әзірлеуді талап етеді. Ол конструкциялар әрі арзан, әрі технологиялы болуға тиісті. ТМД елдеріндегі ғылыми орталар әзірлеген теориялық және тәжірибелік зерттеулер (Қ Р Ғ А, қырғыз ҒА, Кар МТУ, А.А.Сокощинскй, ТКИ, т.б.), аса жетілген елдердегі бұл сұрақтың бүгінгі таңдағы күйлеріне сай келеді, бірақ оларды технологиялық игеру және жобалау мен пайдаланушы мамандар дайындау мәселелері әлі бар.
Бұл курста ТМД елдері ғалымдарының соңғы жылдарда жарияланған «Импульсты гидрожетек» саласындағы еңбектерімен танысамыз.
Сондықтанда бұл пәннің «гидравликалық машинар, гидрожетектер және гидропневмоавтоматика» мамандығы бойынша оқып жүрген студенттер үшін маңызы зор. Бұл пән студенттерді импульстік гидрожетектердің теориялық негіздерімен және оларды есептеу принциптерімен таныстырады.
1. Импульсті гидрожетектердің (ИГЖ) құрылымдық және функционалдық ерекшеліктері.
Өңдеу нысанын импульстік салмақпен қамтамасыз ететін гидрожетектер - импульстік гидрожетектер (ИГЖ) – деген ортақ аталыспен белгілі. Олардың құрылымы көлемдік немесе гидродинамикалық машиналарға негізделуі және кинематикалық тұйықта энергия түрлендірудің аралық буыны болып табылатын - соққыштың (бос) болуымен немесе болмауымен сипатталуы мүмкін. Осылайша, гидрожетектер варианттарын келесідей бөлген ұтымды:
- Импульсті көлемдік гидрожетек;
- Импульстік гидродинамикалық жетек;
- Соққы әсерлі импульстік гидрокөлемдік жетек;
- Соққы әсерлі импульсті гидродинамикалық жетек;
Ең кең тарағандары соққы әсерлі машиналардың көлемдік гидрожетектері: гидробалғалардың, гидроұрғыштардың, ұсақтағыштардың (бутобойлар), гидроперфораторлардың. Мұндай гидрожетектерді күштік дискреттік жұмыс ретінде қарастыруға болады, бұл олардың негізгі ерекшелігі – салмақ пен жетек арасында тұрақты кинематикалық байланыстың жоқ екендігін білдіреді. Соған сәйкес энергияны өңдеу нысанына берудің дискретті сипаты келесідей болады (қуат импульстарын)

А=L Ndt (1.1)

Импульстік салмақ (күш импульсі )жұмыстық құралда тікелей (Ju) немесе аралық буын соққыш (Jб) ретінде құралуы мүмкін ол жұмыстық импульсті соққымен қозғалыс саны (mбy) арқылы береді.

Jб = mбy = Ju (1.2)


Мұндағы mб - масса; y – соққыштың соққы алдындағы жылдамдығы;
Мұндай жетектің гидроқозғалтқышы импульстік түрлендіргішпен болуы керектігі айғақ, оның міндеті энергияның үздіксіз ағымын көтеріңкі қуатты импульстерге түрлендіруі болып табылады. Мұндай түрлендіргіштің циклдық энергия байланысы келесі сипатта болады (1.1-сурет)

Т Nndt= tp Nudt, (1.3)

Мұндағы Nn- жетектің қалыпты қуаты; Nu- импульстің қуаты; Т – цикл уақыты; tp- циклдық жұмыстық фазасы.


1.1-сурет. Импульстік энерго- түрлену принципі.
Диаграммадан көрінгендей, импульстік энергия түрленісі циклдер дайындық фазасы болуы (tп) есебінде мүмкін екен, ол кезде жетек энергия жинайды, ал tр- фазасында ол энергия қуатты өсіруге жұмсалады. Бұл ретте,

Nntn = (Nu – NП ) tр (1.4)

Осылайша, ерекшелігі ретінде, импульстік беріліс құрылымында аккмулятордың міндетті түрге болатындығын атап өту керек. Бұл ретте аккумулятор көмекші элемент емес, энергия түрлендіру жүйесінің негізгі энергетикалық элементтерінің бірі болып табылады.
1.2-суретте Импульсті гидроберілістің функционалды ағымдық құрылымы көрсетілген.


1.2-сурет. Импульсті гидроберілістің функционалдық құрылымы.
С - сорғы; Б - бөлгіш; ҰГЦ - ұрғыш гидроцилиндр; А- аккумулятор; Қ - жұмыстық құрал; (энергетикалық байланыстармен біріккен); ҰГҚ - ұрғыш гидро қозғалтқыш; ГБ - гидробалға; ГҰҰ - гидроұрғыш.
Жуан сызықтар мен көтеріңкі импульсті қуат (Nu) үлестеріне квантталған энергия ағымының өту учаскелері көрсетілген.
Бұлай кваннтық фактор есебінде өтеді: электр жүйелеріндегі ток күші және гидравлика жүйесіндегі сұйық шығыны. Осылайша, импульстік энергоағымдар өтетін учаскелер көтеріңкі өткізгішті болуға тиісті ол ондай участкелерімен байланыстағы энергетикалық элементтерді конструктивті біріктіруді шақырады. Импульстік гидроберілісте құрал (қ), аккумулятор (А) біріктіріледі. Мұндай механизм «гидровалда » (ГБ) немесе «гидро ұрғыш» (ГҰ) – деп аталады. Мұндай құрал (Қ) машинаның жұмыстық органы болып табылады және функционалдық арналуына сәйкес орындалады: Бұзу, бұрғылау, ұнтақтау, нығыздау және т.б
Гидробалғаның ҰГЦ, А және Б кіретін энергетикалық бөлімі оның гидроберілістегі ролі мен орнына байланысты, ұрғыш гидроқозғалтқыш болып табылады.
Қазіргі кезде ұрғыш гидроқозғалтқыш жекеше шығарылмайды және технологиялық механизм ретіндегі гидробалға құрамында орындалады. Импульстік гидроберілістің тек осы бөлімі аса арнайы болып табылады және барлық энергетикалық, динамикалық, кинематикалық және конструктивтік ерекшеліктерін шоғырландырады. Оларды сараптау үшін ұрғыш гидроқозғалтқыштың әсер принципі мен прирнциптік схемасы деңгейінде алдын ала танысқан ұтымды. Мысал ретінде екікамералы ҰГЦ – дің системасын қарастырамыз (1.3- сурет), ондағы ҰГЦ- ің екі камерасы кезекпен екі қалыпты бөлгіш (Б) арқылы арындық және төгу магистральдарымен жалғасады.



Арындық желіде күштік аккумулятор (А), ал төгу желісіне төмен қысымды тұрақтандырғыш (ТҚТ) орнатылған (көмекші элемент ретінде). Ұрғыштың соққы алдында екпін алуы үшін гидробалға конструкциясында поршынның еркін қадамы қарастырылған.
Суретте көрсетілген бөлгіш қалпында сұйық арындық желіден жұмыстық ауданы S1 ҰГЦ – ің алдыңғы тұғырына келіп кіреді, және жұмыстық қысым мен ұрғышты құралдан әкететін күш тудырады. Ауданы S2 ҰГЦ –ің артқы тұғыры төгетін жеңмен байланысқан оған алдыңғы циклде жұмыста болып шыққан сұйық ығыстырылады. Бұл дайындық фазасы («кері қайту») тек энергия түрлену циклына жұмсалатын энергия шығынын қажет етеді, оның негізгісі жағдайда жұмыста болған сұйықты ығыстыру мен үйкелісу ҰГЦ тұтынатын қуаттан сорғы қуатының асуы санымен түсіндіріледі, артық шығын А-мен қамтамасыз етіледі.
«Кері қайту» аяқталғаннан кейін бөлгіш (Б) екінші қалыпқа көшіп, артқы тұғырды арындық желімен, ал алдыңғысын төгетін желімен жалғастырады; ұрғыш жұмыстың қадамдағы екпінді қозғалысын бастайды. Бұл жоғары салмақты фаза сорғы қуатының жетіспеуімен сипатталады, жетіспеген шығынды А-толықтырады.
Импульсті тұтынуға сәйкес, жұмыста былай шыққан сұйықты төгетін магистральға ығыстыруда импульс сипатты болады. Шығын импульстілігін теңестіру (өшіру) үшін төмен қысым тұрақтандырғышын (ТҚТ) пайдаланады, әдетте арындық желідегі А-конструкциясындай, бірақ төмен жұмыстық қысымды. Кейбір жағдайларда теңестіру міндетін жеткілікті дәрежеде сұйықтық өткізгіш қабырғасының былқылдақтылығы (упругость) арқылы шешеді, онда балға конструкцитясында ТҚТ болмайды.
Ұрғыштың жұмыстық қадамы ол hp жолын жүргенде құрал тұтқылына немесе өңдеу нысанына Vy соққы алды жылдамдығындағы соққымен аяқталады. Соққының үнемділігі, ұрғыштың алған қозғалыс санына сәйкес келетін күш импульсімен бағаланады.

Tt = mбVy (1.5)

Бірақ іс жүзінде энергетикалық есептеулердің ыңғайлылығы үшін, бағалау, соққы алдындағы кинетикалық энергияға сәйкес келетін соққы энергиясымен атқарылады.

Ay = mбVy 2 /2 (1.6)

Соққының нәтижесінде құрал денесінде сәйкес кернеулердің толқыны жиналады, ол өңделетін нысан макссивіне беріледі және балғаның арналуына байланысты нысанның жарылуын немесе тығыздалуын шақырады.
Әсер етудің соққылық тәсілі құралды нысанға үздіксіз итеруді қажет етеді және міндетті түрде импульсті гидрожетектен бірге қосымша жетек жұмыс істейді.
Жалпылай келе, соққы әсерлі импульсті гидрожетектің ағымдық және конструктивтік құрылымдарының келесі ерекшеліктерін көрсетуге болады:
1. Импульсті гидроберіліс құрылымында міндетті түрде аккумулятордың, негізгі элементтерінде болуы;
2. Ұрғыш гидроцилиндрді аккумулятормен және бөлгішпен ұрғыш гидроқозғалтқыш конструкциясында, ал соңғысын құралмен гидробалға конструкциясына біріктіру;
3. Жетектегі буынның құралмен және ол арқылы салмақпен байланысының диск ретті сипаты, ол жұмыстың қысымның салмақтың тәуелсіздігін білдіреді;
4. Жетектегі буынның жұмыстық фазадағы екпінді қозғалысы көтеріңкі тұтынатын қуатты білдіреді;
5. Жетектегі буында дайындық қозғалыстың болуы, жұмыстың тек бір бағыттылығын білдіреді;
6. Жетекші буын энергиясын құралға немесе өңдеу нысанына берудің соққылық тәсілі, оның функцияларының ең болмағанда қосарлы екендігін және сәйкес конструктивтік орындалуын, ығыстырғыш (поршень), және ұрғыш ретінде білдіреді;
7. Беріліс жетегіне және күштік цилиндр машинасының негіздік бөліміне импульстік реакция, негізгі жұмыстық процеске сәйкес келеді.

2. ИГШ-ің принциптік схемаларының мүмкін варианттарын тұрғызу.
Қазіргі кезде отандық және шетелдік тәжірибеде қолданылатын соққы әсерлі гидравликалық механизмдер конструкцияларының және тәжірибелік үлгілерінің көптеген сандары белгілі. Әзірлеу кезіндегі ізденістер жиі жекелеген тиесілі творчествалық көз қарастарға негізделеді.
Конструкциялардың барлық мүмкін варианттарын табу мүмкін емес, бірақ, дедуктивті әдіспен әрекет ете, құрылымдық схемалардан принциптілерге, және әрі қарай конструктивтік схемаларға көше отырып, негізгі элементтердің конструктивтік шешімдерінің мүмкін варианттарын сараптап, ұрғыш гидроқозғалтқыштардың белгілі талаптар бойынша іздестіру және жобалау сұрақтарын едәуір жеңілдетуге болады.
Конструкциялардың бір-бірінен айырмашылығы ең алдымен импульсті энергия түрлендіру циклн ұйымдастыруға байланысты, оған келесі процесстер кіреді: ұрғыштың тік («жұмыстық қадам») және кері қозғалыстарға сұйықты кіргізу және шығару, аккумуляторды толтыру және босату. Сұйықты шығару мен аккумуляторды босату энергия беру процесстері болып табылады, қалған төртеуі - энергия тұтыну процесстері олар сәйкес ығыстырғыштардың қозғалыстарымен қошталады. Энергия беру процесстері уақыт бойынша энергия тұтыну процестерімен бірігеді демек, ҰГҚ циклі ығыстырғыштардың төрт қозғалысымен атқарылуы мүмкін, олардың ішінде ұрғыштың «кері қайтуы» және «жұмыстық қадамы» негізгі және уақыт бойынша бірікпейді, ал аккумуляторды толтыру және сұйықты ығыстыру- көмекші және цикл уақыты бойынша жеке фазамен немесе ұрғыш қозғалысы фазасымен біріктірілген болуы мүмкін. Бұл ретте көмекші қозғалыстар не арнайы ығыстырғыштармен орындалады, не соңғылардың функциялары ұрғыш гидроцилиндрдің жетекші буынына беріледі.
Осылайша, ҰГҚ- дың тактылығы туралы сөз қозғауға болады және бар ұрғыш гидроқозғалтқыштарды келесідей бөлуге болады:
- Төрттактылы – жұмыстық циклдың екі негізгі және екі көмекші фазаларымен;
- Үштактылы - бір іріктелінген көмекші фазалы;
- Екітактылы – жетектегі буынның екі негізгі қозғалыстармен және олармен толық біріктірілген көмекші процестермен.
1.1 кестеде кейбір шетелдік және ТМД елдерінің гидробалғалары циклдерінің мазмұны келтірілген.
1.1 кесте




Гидробалға Тактылары
кері қайту жұмыстық қадам аккумуляторды толтыру сұйықты ығыстыр
Сандармен тактілердің реттері белгіленген және олармен біріккен энергия беру процестері жазылған: сұйықты кіргізу мен аккумуляторды босату, сондай-ақ көмекші қозғалыстарды қамтамасыз етуге пайдаланылған сұйық бөлігін кіргізу.
Кестеден көрінгендей, барлығында да «жұмыстық қадам» соңғы тактіде орындалады.
Үш және төрт тактілі ҰГҚ – та «жұмыстық қадам» тек аккумулятордың босатылуымен сипатталады, бұл осы бір тез өтетін фазаны көтеріңкі жылдамдықпен босатып, энергия жоғалысының төмендеуіне септігін тигізеді.
Мұндай шешім жұмыс циклінің уақыты үлкен, демек үш және төрт тактілі ҰГҚ-да ұтымды, олар ауыр, соққы энергиясы 10 кДж – дан жоғары балғаларда қолданылады. Ондай балғалар тайтауда, ірі өлшемдерді ұсақтауда, бейнелеуде т.б. қолданылады.
Өндірісте аса кең тарағандары екітактілі ҰГҚ, негізінен көтеріңкі жылдам әсерлілігіне, автоматтандыру ыңғайлылығына және үзіліссіз соққылар сериясымен жұмыс атқару мүмкіндігіне байланысты.
Осылайша, аталған энергетикалық элементтердің бірігуі жетектің белгілі бір құрылымын, және оның энергия түрлендіру циклін анықтайды, бұл жектектің белгілі бір мүмкін схемаларын синтездеуге мүмкіндік береді. Жетектің аса ортақ қасиеттері оның принциптік схемасымен анықталады. Бұл схемаларды энергетикалық элементтердің мүмкін біріктірілулерін таңдай синтездеу энергетикалық байланысты анықтайды. Синтезге бұлай қарау көмекші және қосымша элементтер ескерілмейтіндіктен (қорғағыш қақпақшалар, сүзгілер, бак) синтезделетін схемаларды бұдан әрі екітактілі соққы әсерлі гидрокөлемдік жетектердің негізгі принципті схемалары - деп атаймыз.
Осылайша өзгертілетін құрылымдық элементтер ретінде келесілерді қабылдаймыз: сорғы – С; аккумулятор – А; төгетін желі – Т, сондай-ақ олардың мүмкін қосарлана бірігулері: сорғы – аккумуляторлы СА және ТА – гидроцилиндр тұғыры төгіліспен жалғасқан, бірақ жетектегі буын-ұрғыш автономды аккумулятор болып табылатын былқылдақ байланыс әсерінде болады. ТС математикалық бірігуі, сондай-ақ үш және одан көп элементтердің бірігулері, гидроцилиндрдің екітұғырлылығына қайшы келеді. Гидрожетектің принциптік схемасын синтездеу үшін гидроцилиндрдің әр тұғырлары үшін энергетикалық элементтердің бөлудің екіқалыпты схемасына сәйкес қосарланған бірігулерін алу керек.
5-өзгермелі құрылымдық элементтерде 25 жұптық бірігулерді алу математикалық мүмкін. Олардан айна симметриял......