Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,731

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РУЧНЫХ МОЛОТКОВ

Глотов Б.Н. 1 Кокенова А.Т. 1 Cмагина В.С. 1
1 Карагандинский государственный технический университет Республики Казахстан
Развитие машиностроительного комплекса РК предусматривает создание отечественного производства нового конкурентоспособного оборудования в том числе и в строительстве. В различных отраслях производства широко применяются ручные машины ударного действия. В последние годы наметилась тенденция и увеличился спрос на гидравлические ручные молотки.
кластерный анализ
параметрический ряд
коэффициент технического уровня
классы гидравлических ручных молотков
теория подобия
1. Глотова Б.Н. Гидравлические ручные машины ударного действия: Монография. – Караганда, 2013. – 282 с.
2. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. – СПб.: Питер, 1997. – 240 с.

Возрастающая потребность в гидравлических ручных молотках (ГРМ) обусловлена широкой областью применения в промышленном строительстве при пробивке отверстий, разрушении армированного бетона, разрушении инженерных сооружений, в дорожном и железнодорожном строительстве при разрушении асфальтобетона, формировании земляного полотна; в горной и горнодобывающей промышленности при очистке проходческого забоя, разрушении горных пород [1].

В связи с учетом нового возросшего объёма информации о моделях гидравлических ручных молотков ранее приведенные [1] рекомендации требуют уточнения с точки зрения наличия как самих классов, их подклассов, значений базовых и перспективных показателей.

Цель исследования. Процесс создания конкурентоспособных моделей молотков предусматривает ряд этапов, одним из которых является проектирование. На стадии проектирования должны быть определены показатели назначения, обеспечивающие создания импортозаменяющей и экспортоориентированной техники [1].

Целью исследования является совершенствование методики предпроектной стадии расчета гидравлических ручных молотков.

Материалы и методы исследования

В проведенных исследованиях представлена параметрическая информация по 136 моделям молотков. Основными показателями ГРМ является: энергия единичного удара бойка, частота ударов, давление и расход воздуха, сила нажатия, масса и длина без рабочего инструмента. Значения этих показателей зависят от типоразмера молотка.

Для того чтобы оценить распределение показателей ГРМ в отдельных классах и подклассах параметрическая информация представлена в виде гистограмм для каждого показателя. Анализ таблиц табуляции частот позволил установить модальные интервалы по оцениваемым показателям. Следует учитывать, что модальный интервал гистограммы является прогнозным значением исследуемого показателя на краткосрочную перспективу, а требуемое значение показателей, представленных в гистограммах, отражает реальную картину, описывающую в целом современное поколение ГРМ.

Обработка параметрической информации проводилась в среде пакета прикладных программ STATGRAPHICS Centurion [2].

Выделение статистически однородных классификационных групп гидравлических ручных молотков, описанных девятью показателями, установленных в результате выполнения факторного анализа, проводилось с использованием методов кластерного анализа. На первом этапе был проведен кластерный анализ новой параметрической информации, позволивший установить наличие пяти статистически однородных групп гидравлических ручных молотков, результаты которого представлены в табл. 1.

Таблица 1

Границы классов для 136 моделей гидравлических ручных молотков

Номер класса, подкласса

Число

моделей в классе

Значения классификационных показателей

энергия удара, Дж

масса, кг

   

min

max

среднее

min

max

среднее

I

8

18

30

24,3

5,5

13,9

10,6

II

64

35

72

51,9

8,5

22,9

14,6

1

25

35

46

40,3

5,3

21

11,3

2

15

48

55

51,7

9,0

28

14,5

3

24

58

72

65,0

12,0

26

18,3

III

26

75

95

86,1

14

28

23,1

1

17

78

85

82,9

19,5

28,0

23,62

2

9

90

95

92,3

14

25,8

22,15

IV

29

105

140

118,5

16

39

29,3

1

21

105

125

115

25

39

32

2

8

130

140

135

16

38

27

V

9

160

183

163

26

38

33,4

Анализ табл. 1 показывает, что наиболее представительным является второй класс, насчитывающий 64 модели гидравлических ручных молотков с диапазоном изменения энергия удара поршня-бойка от 35 до 70 Дж. В третий и четвертый классы входят соответственно 26 и 29 моделей, имеющие энергию удара от 75 до 95 Дж и 105 до 140 Дж. В пятый класс вошли 9 моделей, с энергей удара от 160 до 183 Дж.

Кластерном анализом второго, третьего и четвёртого класса было установлено наличие во втором классе трёх подклассов, а третьем и четвёртом классах наличие двух подклассов с границами, указанных в табл. 1.

Исследованиями установлено, что в первый класс ГРМ вошли 8 моделей молотков, границы классификационных показателей которого показаны в таблице 1. Принимая во внимание среднее геометрическое значение показателей в первом классе базовые значения показателей назначения имеют следующие значения: энергия удара 25 Дж, частота ударов 34 Гц, ударная мощность 0,85кВт, подача насоса 0,0004 м3/с, давление насоса 11,5 МПа, мощность привода 4,6 кВт, оценка КПД 0,18, масса10 кг, длина 556 мм.

Во втором классе частота ударов поршня-бойка n изменятся от 18 до 48 Гц, при значений границ модального интервала 23 ... 28 Гц. Из сравнения с результатами [1] следует, что произошло увеличение границ модального интервала на 1 Гц.

Значения показателя энергия удара изменяются от 35 до 70 Дж. При этом модальный интервал находится в диапазоне от 35 до 40 Дж с средним значениям 37,5 Дж (14 моделей 21 %). Ранее полученные значения составляют 43…50 Дж при среднем значении 46,5 Дж. Это свидетельствует о том, что большинство разработчиков отдали предпочтении молотком с меньшей энергия удара.

Анализ гистограммы ударной мощности показывает смещение модального интервала в диапазон 1,5 … 1,8 кВт , что по сравнению с ранее полученным результатом 1,08 … 1,42 кВт свидетельствует о желании разработчиков создавать более производительные молотки.

Большинство разработчиков отдают предпочтение конструкции молотков, которые имеют гидропривод с мощностью 3,5 … 4,5 кВт, при подаче насоса 0,00025 … 0,00034 м3/с и давление 9 … 10 Мпа, хотя диапазоны изменения этих показателей достаточно широкие.

Гистограммы показателя оценка КПД свидетельствует о большом разнообразии технических решений, используемых в конструкциях молотков. Однако модальный интервал соответствует диапазону 0,3 … 0,4, т.е. произошло некоторое снижение этого показателя (на 17 %).

Тенденции изменения показателей масса и длина молотка практически не изменились, хотя диапазон изменения этих показателей расширился.

В третий класс вошли молотки с диапазоном изменения энергия удара от 75 до 95 Дж, частотой ударов от 15 до 39 Гц, ударной мощностью от 1,3 до 3,3 кВт, подачей насоса в диапазоне от 0,00031 до 0,00076 м3/с, давления насоса от 10 до 16 Мпа, с мощностью привода от 4 до 9 кВт, показателя оценки КПД от 0,15 до 0,55, с массой от 13 до 28 кг и с показателями длины от 660 до 730.

Из этого следует, что границы показателей энергия удара и частота ударов по сравнению с ранее полученными результатами существенно увеличились и произошло смещения границ модального интервала в сторону увеличения.

Прогнозные значения ударной мощности, подачи насоса, давления насоса, мощности привода, оценки КПД и длины тоже изменились в сторону увеличения.

Половина моделей гидравлических ручных молотков имеют прогнозное значение массы 22 … 25 кг, при изменении значений этого показателя от 13 до 28 кг. То есть в целом значение этого показателя для рассматриваемого класса не изменилось.

В четвёртый класс вошли 29 моделей гидравлических ручных молотков. Сравнение полученных результатов с рекомендациями показывает, что по таким показателям как энергия удара, подача насоса, масса и длина значения модальных интервалов имеют хорошую сходимость, несмотря на то, что количество моделей гидравлических ручных молотков в четвёртом классе возросло с 17 до 29. Следует отметить существенное увеличение показателя частота ударов практически в два раза с 15 до 30 Гц и незначительное снижение оценки КПД с 0,4 до 0,34.

В пятый класс вошли 9 моделей со значением энергии удара от 160 до183 Дж. Опираясь на среднее геометрическое значение показателей в качестве перспективных значений молотков этого класса следует принять следующие значения: энергия удара 160 Дж; частота ударов 25 Гц; подача насоса 0,00058 м3/с; давление 11,8 МПа; масса 32,4 кг; длина 760 мм.

Во всех классах и подклассах с использованием гистограмм изменения показателей базовые значения и коэффициенты весомости определяют структуру коэффициента технического уровня.

Оценка технического уровня (ТУ) ГРМ позволяет выявить наиболее совершенные модели молотков, определить перспективные значения оценочных показателей, наметить пути совершенствования ГРМ. Для оценки ТУ молотков применён комплексный метод, основанный на использовании обощенного показателя – коэффициента технического уровня КТУ, который характеризует оцениваемый молоток по отношению к лучшим существующим образцам аналогичной размерной группы [1].

Для ручных гидравлических молотков функция КТУ описана зависимостью [1]:

glot1.wmf (1)

где γn, γQ, γP, γM, γL – соответственно, коэффициенты весомости показателей частота ударов поршня-бойка, подача насоса, давление насоса, масса и длина; nбi, Qбi, Pбi, Mбi, Lбi – соответственно, базовые значения показателей частота ударов поршня-бойка, подача насоса, давление насоса, масса и длина.

Значения коэффициентов весомости показателей определяют степень важности каждого из них, указывая на возможные пути повышения технического уровня молотков данного подкласса.

Так для молотков I класса по степени важности показатели располагаются в следующей последовательности:, P, L, М, Q и n (имеют одинаковую степень важности). В выделенных подклассах II, III, IV, V классов установлены свои закономерности, согласно формул (2) – (9).

Во втором классе:

– для 1 подкласса

glot2.wmf; (2)

– для 2 подкласса

glot3.wmf; (3)

– для 3 подкласса

glot4.wmf. (4)

В третьем классе:

– для 1 подкласса

glot5.wmf; (5)

– для 2 подкласса

glot6.wmf. (6)

В четвертом классе:

– для 1 подкласса

glot7.wmf, (7)

– для 2 подкласса

glot8.wmf. (8)

В пятом классе:

glot9.wmf. (9)

Используя полученные зависимости определены значения Кту рассматриваемых моделей ГРМ установлены, что наилучшими моделями в первом классе молоток ВН 051 фирмы «Maruzen» с Кту = 1,3466; во втором классе первом подклассе молоток НСН12 фирмы «Fairmont» (Кту = 1,3945); во втором подклассе второго класса первое место занимает молотку BH0112 фирмы «Maruzen» со значением Кту = 1,2011; в третьем подклассе второго класса на первом месте находится молоток Belle 2012 фирмы «Belle Engineering Ltd.» со значением Кту = 1,1799.

Анализ результатов расчета Кту для ГРМ 1 подкласса третьего класса показал, что лучшим оказался молоток марки BHB 25S фирмы «Belle Engineering Ltd.» со значением Кту равным 1,1251; во втором подклассе третьего класса лучшим молотком оказался фирмы «Belle Engineering Ltd.» марки Belle 2023  (Кту = 1,1689).

Анализ результатов расчета Кту гидравлических молотков четвертого класса показывает, что в 1 подклассе на первом месте находится молоток ВВН 31 со значением Кту = 1,0751 производства фирмы «Montabert». Во 2 подклассе Лучшим является молоток М-16 производства фирмы «Fastverdini», имеющий Кту = 1,227.

Лучшим в пятом классе является молоток М 25 фирмы «Fastverdini» со значением Кту = 1,0875.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные при определении Кту результаты позволили сформировать перспективные значения показателей гидравлических ручных молотков для установленных классов и подклассов, приведенные в табл. 2. Эти значения получены с учётом средних геометрических значений по модальному интервалу и тенденций развития показателей.

Таблица 2

Перспективные значения назначения гидравлических ручных молотков

Наименование

показателя

Классы и подклассы

I

II

III

IV

V

1

2

3

1

2

1

2

Частота ударов, n, Гц

40

30

28

28

26

25

22

20

25

Энергия удара, А, Дж

25

40

50

65

85

95

110

130

160

Ударная мощность, Nу, кВт

1,0

1,2

1,4

1,82

2,21

2,375

2,42

2,6

4,0

Подача насоса, Q 10-4, м3/c

3,3

3,3

3,3

3,3

5,0

5,0

5,0

5,0

5,8

Давление насоса, P, МПа

12

14

14

14,0

14,0

14,0

14,0

14,0

14,0

Мощность привода Nр, кВт

3,96

4,62

4,62

4,62

7,0

7,0

7,0

7,0

8,12

Оценка КПД

0,252

0,26

0,303

0,393

0,316

0,339

0,346

0,371

0,493

Масса, M, кг

8,5

9,0

10

12,0

14

16

20

25

30,0

Длинна, L, мм

540

570

580

590

620

650

700

730

760

КТУ

1,115

1,122

1,141

1,161

1,111

1,118

1,136

1,001

1,041

Место в подклассе

2

5

3

3

2

3

1

4

2

Проведенный сбор параметрической информации по показателям назначения гидравлических ручных молотков за последние 10 лет, позволил установить что, возросло как количество фирм производителей молотков с 20 до 25 так и количество выпускаемых моделей с 85 до 136, что говорит о постоянном росте потребности в машинах данного класса.

Выводы

Исследование тенденций развития параметров гидравлических ручных молотков первого – пятого классов показало что произошло изменение базовых значений показателей, направленные на повышения их технического уровня. Наиболее существенными изменения направлены в сторону увеличения частоты ударов, энергии удара, ударной мощности, давления и оценки КПД; тенденция изменения показателей: подачи насоса, массы и длины направлены в сторону уменьшения.

Для всех классов и подклассов установлена новая структура коэффициета технического уровня, с использованием которой выявлены лучшие модели гидравлических ручных молотков.

Определены перспективные значения показателей, которые рекомендуются использовать при совершенствовании существующих и создаваемых новых образцов ГРМ.


Библиографическая ссылка

Глотов Б.Н., Кокенова А.Т., Cмагина В.С. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РУЧНЫХ МОЛОТКОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 5-3. – С. 385-388;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6792 (дата обращения: 11.12.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252