CC BY
46
РАЗДЕЛ III
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
УДК 625.76:626.226
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОУДАРНЫХ УСТРОЙСТВ
В.С. Щербаков, В.Н. Галдин
Аннотация. Приведены основные зависимости для определения основных параметров (массы гидроударника, частоты ударов, диаметра хвостовика инструмента) гидроударных устройств.
Ключевые слова: гидроударное устройство, основные параметры, проектирование.
Введение
Гидроимпульсная техника (гидроударные устройства, гидромолоты, гидротрамбовки, гидропробойники и др.), основанная на применении в машинах ударного действия объемного гидропривода, позволяет осуществить принципиально новые решения научнотехнических проблем в строительстве, горном деле и других отраслях.
Проектирование гидроударных устройств
Основная цель проектирования гидроударного устройства заключается в выборе оптимального варианта конструктивной схемы устройства, обладающего заданными свойствами, и определении параметров гидроударного устройства. Гидроударное устройство служит для генерирования ударных импульсов заданной энергии единичного удара и частоты при разработке грунта в определенных условиях [1 - 3]. При этом должен обеспечиваться высокий КПД использовании мощности привода базовой машины, при ограниченных размерах и массе ударного устройства для выбранной базовой машины.
Гидроударная импульсная система включает следующие основные функциональные элементы: источник питания (насос) базовой машины и гидроударное устройство, состоящее из энергетического блока, блока управления рабочим циклом и инструмента.
Энергетический блок преобразует непрерывно подводимую от насоса базовой маши-
ны энергию в дискретную энергию с большим значением ударной мощности. Энергетический блок включает корпусные детали, подвижные детали и рабочие полости. Блок управления рабочим циклом предназначен для управления преобразованием непрерывно подводимой энергии в периодические импульсы.
Рабочие полости (камеры) гидроударного устройства рассматриваются как замкнутые объемы, в которых происходит изменение параметров находящейся в них рабочей среды (жидкости или газа - для пневмоаккумулятор-ной полости). Рабочие полости могут быть как постоянного, так и переменного объема. Схема гидропневматического ударного устройства показана на рис. 1.
В настоящее время реальный подход к проектированию различных объектов, в том числе и гидравлических ударных устройств, заключается в наиболее полном сочетании возможностей вычислительной техники по переработке больших объемов информации и умении проектанта-разработчика оценивать ситуацию и выполнять функции, требующие воображения, интуиции и способности учитывать различные факторы, не предусмотренные первоначальной программой.
Следовательно, проблема автоматизации проектирования становится проблемой создания некоего синтеза разума человека и вычислительной системы - эргатического интеллекта.
I
2 1 3 / 4 5 1 6
1 1
<1
1
В Т Р
Рис. 1. Схема гидропневматического ударного устройства:
1 - инструмент; 2 - корпус; 3 - боек; 4 - камера низкого давления;
5 - камера высокого давления; 6 - пневмоаккумуляторная камера;
7 - орган управления рабочим циклом; 8 - напорная гидролиния;
9 - гидробак; В - взвод бойка; Т - торможение; Р - разгон (рабочий ход)
С появлением эргатического интеллекта возникает необходимость в разработке теоретического, математического, программного обеспечения процесса проектирования. Алгоритм проектирования гидравлического ударного устройства представлен на рис. 2.
К основным параметрам гидроударников (гидромолотов) относятся:
- энергия единичного удара Т, Дж;
- масса подвижных частей (бойка) т, кг;
- частота ударов ^ Г ц;
- эффективная (ударная) мощность Nд , Вт;
- коэффициент полезного действия (КПД) п;
- масса гидроударника М, кг.
Энергия единичного удара гидромолота зависит от массы подвижных частей и скорости подвижных частей в момент удара. Эффективная (ударная) мощность гидромолотов зависит от энергии единичного удара и частоты ударов.
Существенным фактором, влияющим на эффективность работы гидромолота, является энергия единичного удара. В связи с этим за показатель конструктивного совершенства ударного устройства может быть принято значение удельной энергии единичного удара, т.е. энергии единичного удара, приходящейся на единицу массы гидромолота.
Частота ударов гидромолотов ограничивается ходом бойка и производительностью насоса базовой машины.
В работе [2] на основе регрессионного анализа статистических данных технических характеристик гидромолотов зарубежных и отечественных фирм были установлены функциональные зависимости между следующими основными параметрами гидромолотов:
• Диаметром хвостовика инструмента гидромолота и энергией единичного удара гидромолота Т:
d = а0 + а1 • Т + а2 • Т2, (1)
где б - диаметр хвостовика инструмента, мм; а0, аь а2 - коэффициенты, а0 = 49,17; аі =
0,0354; а2 = -2,8885-10"6 ; Т - энергия еди-
ничного удара, Дж, Т є (200, 6000).
• Массой гидромолота и энергией единичного удара гидромолота Т:
М = а0 + а1Т + а2Т2, (2)
где М - масса гидромолота, кг: а0, аі, а2 - коэффициенты, а0 = 3,20; а1 = 0,5704; а2 = -0,000035;
Т - энергия единичного удара, Дж, Т є (200, 6000).
На рис. 3 представлены зависимости, полученные по уравнению регрессии (1) (пунктирная линия 2) и уравнению (2) (сплошная линия 1).
Дальнейший анализ технических характеристик гидромолотов зарубежных и отечественных фирм, приведенных в работе [2],
позволил выявить закономерность зависимости частоты ударов гидромолота от его энергии единичного удара: с увеличением энергии единичного удара гидромолота снижается его частота ударов. Указанная закономерность выражается следующим уравнением регрессии:
/ Техническое задание на проектирование гидроударного устройства
Рис. 2. Алгоритм проектирования гидроударника
/ = ЬТп, (3)
где f- частота ударов, Гц; Ь - коэффициент, Ь = 68,598; Т - энергия единичного удара, Дж, Т е (1000, 5000); п - показатель степени, п = -0,2779.
2000 М, кг
1500
1000
500
175.0 d, мм
150.0
125.0
100.0
75.0
50.0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Т, Дж
Рис. 3. Зависимость массы гидромолота М (сплошная линия 1) и диаметра хвостовика d инструмента (пунктирная линия 2) от энергии единичного удара Т
1
2 -
.—^ ** ** -
На рис. 4 приведен график зависимости частоты ударов гидромолота от энергии еди-
ничного удара, регрессии (3).
построенный по уравнению
1000
2000
3000
4000 Т, Дж 5000
Рис. 4. Зависимость частоты ударов гидромолота f от энергии единичного удара Т
На рис. 5 - 6 показаны окна для определения основных параметров гидроударного устройства.
Выводы
Таким образом, функциональные зависимости основных параметров гидромолотов
являются базой для проектирования и прогнозирования основных параметров гидроударных устройств, используемых в качестве активных рабочих органов базовых машин.
Рис. 5. Рабочее окно определения параметров гидроударного устройства (энергия единичного удара 1500 Дж)
Рис. 6. Рабочее окно определения параметров гидроударного устройства (энергия единичного удара 2500 Дж)
Библиографический список 3. Норенков И.П. Введение в автоматизирован-
1. Архипенко А.П. Гидравлические ударные ное проектирование технических устройств и систем
машины /А.П. Архипенко, А.И. Федулов. - Новоси- /И.П. Норенков. - М.: Высш.школа, 1980. - 311 с.
бирск: ИГД СО АН СССР, 1991. - 108 с
2. Галдин Н.С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: монография / Н.С. Галдин. - Омск: Изд-во СибАДИ,
2005. - 223 с.
Functional dependences of key parameters of hydroshock devices
V.S. Shcerbakov, V.N. Galdin
The basic dependences for definition of key parameters (weight of hydroshock devices, frequencies of impacts, diameter of a shaft of the tool) hydroshock devices are resulted.
Щербаков Виталий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, декан факультета «Нефтегазовая и строительная техника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное
направление научных исследований - проектирование систем управления строительных и дорожных машин. Имеет более 260 опубликованных работ. E-mail: sherbakov_vs@sibadil.org
Галдин Владимир Николаевич - инженер, соискатель Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - автоматизированное проектирование систем. Имеет 2 опубликованные работы.
E-mail: galdin_ns@sibadi.org.
Статья поступила 15.03.2010 г.
УДК 004.021 : 621.9.02
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ И КОРРЕКТИРОВКИ ПОЛОЖЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Е. Е. Шмуленкова
Аннотация. В статье рассматривается методика получения чертежей металлорежущего инструмента автоматизированным способом. Для этого используются программы, описанные на языке программирования AutoLISP с применением функций доступа к примитивам. Автоматизированная система проверяет, есть ли пересечение геометрических объектов друг с другом. Для анализа геометрических объектов применяется теория множеств.
Ключевые слова: чертеж металлорежущего инструмента, теория множеств, автоматизированное определение пересечений геометрических объектов.
Введение
При создании графических баз данных режущего инструмента одной из задач является разработка параметрических чертежей. Процесс разработки чертежей режущего инструмента имеет сложную специфику и итерационный характер. Данному проектированию свойственно неоднократное возвращение к началу процесса. В связи с этим автоматизация процессов разработки чертежей инструментов является актуальной для большинства предприятий [1, 2].
Постановка задачи
Каждый вид инструмента подразделяется на коды. Например, резцы, подразделяются на отрезные быстрорежущие, твердосплавные, расточные, канавочные, резьбовые и др. Как правило, чертежи, принадлежащие одному коду инструмента, имеют однотипные изображения видов, разрезов и сечений и отличаются лишь размерами. В связи с этим наиболее рационально для чертежей инструментов одного кода создавать параметриче-
ские изображения, изменяющие свою форму в зависимости от задания того или иного геометрического параметра. При анализе возможных графических систем выяснилось, что для решения данной задачи можно использовать программу Т-Аех. Это связано с тем, что в ней, возможно, осуществлять расчеты, создавать внутренние базы данных и что самое важное сложные параметрические модели, на основе которых создаются чертежи. Если чертеж создан на основе параметрической 3D -модели, то при изменении исходных данных формирующих данную модель происходит автоматическое преобразование изображений на чертеже. Однако недостатком данной программы является то, что после преобразования на чертеже могут возникнуть проблемы связанные с тем, что произойдет наложение геометрических объектов друг на друга. Как правило, при этом пользователь редактирует данный чертеж вручную. В связи с этим предлагается использовать систему AutoCAD, ко-
