artem@bgk-spb.ru

+7-911-755-74-34

info@bgk-spb.ru

+7-981-718-01-14

Легенды о рельсотронах в сваебойном бизнесе


Приветствую друзья! Этой статьёй мы начинаем цикл работ посвящённых малогабаритным копровым установкам.

В первой заметке мы постараемся разобраться в вопросе: что такое энергия удара гидромолота и откуда она берётся. Итак, начнём.

25 Января 2019



Для начала давайте разберёмся с терминологией.

Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Существует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Потенциальная энергия - скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил. Измеряется в Дж (джоулях) и рассчитывается по формуле Ep=mgh, где m - масса тела (кг), g – ускорение свободного падения тела (м/с2), h – высота, на которой находится тело (м).

Кинетическая энергия - скалярная функция, являющаяся мерой движения материальных точек, образующих рассматриваемую механическую систему, и зависящая только от масс и модулей скоростей этих точек. Проще говоря кинетическая энергия – это энергия движения тел. Измеряется в Дж (джоулях) и рассчитывается по формуле Ek=mv2/2, где m - масса тела (кг), v – скорость тела (м/с).

Удар - толчок, кратковременное взаимодействие тел, при котором происходит перераспределение кинетической энергии. В физике под ударом понимают такой тип взаимодействия движущихся тел, при котором временем взаимодействия можно пренебречь.

Удары бывают трёх типов: абсолютно упругий удар, абсолютно неупругий удар, реальный удар (промежуточный вариант первых двух типов).

Абсолютно упругий удар - удар, при котором полная кинетическая энергия системы сохраняется.

Абсолютно неупругий удар - удар, в результате которого тела соединяются и продолжают дальнейшее своё движение как единое тело.

Реальный удар - при реальном соударении тел наблюдаются промежуточные варианты между случаем абсолютно упругого удара — отскока, и случаем абсолютно неупругого удара — слипания соударяющихся тел.

Сила - физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. Приложение силы обусловливает изменение скорости тела или появление деформаций и механических напряжений. Измеряется в N (ньютонах) и рассчитывается по формуле F=ma, где m – масса тела (кг), a - ускорение (м/с2).



Нас же интересует кинетическая энергия, как один из основных показателей производительности копра. Именно с неё нужно начинать подбор оборудования для забивки свай.

Гидромолоты по принципу действия делятся на два основных типа:
-cо свободнопадающим грузом
-c разгонным блоком.
Все молоты имеющие полиспастную (горизонтальную или вертикальную) систему подъёма и сброса груза относятся к первому типу.
Молоты имеющие прямой привод могут быть представителями как первого, так и второго типа.

Кинетическую энергию свободнопадающего, равноускоренного груза можно определить по формуле
Ek=mv2/2, при этом v=√(2*9,8*h), где v это предударная скорость, 9.8 это g (ускорение свободного падения), а h это высота падения в метрах .
Но нужно учесть, что есть большое количество противодействующих сил, таких как, сопротивление воздушной среды, трение направляющих груза, гидродинамика рабочей среды в гидравлической схеме, отсутствие соосности между взаимодействующими телами и т.д.
Из всего этого следует один простой вывод: свободнопадающий груз никогда не сможет достигнуть ускорения 9,8 м/с2, 80% - это предельный к. п. д. системы в реальных условиях.

Кинетическая энергия груза с разгонным блоком при равноускоренном движении, рассчитывается по тем же формулам: Ek=mv2/2, v=√(2ah), где a – ускорение (м/с2), но при этом ускорение может быть выше g за счёт силы приложенной соосно вектору основного движения.



Образец простейшего расчёта молота с разгонным блоком при абсолютно упругом ударе

Исходные данные:
масса груза 'm' = 1400 кг,
расчётное ускорение придаваемое разгонным блоком 'a' = 12,9 м/с2 (с учетом g),
высота падения груза 'h' = 1,2 м,
к. п. д. системы = 62% (0,62);

Подставим значения в формулу расчета кинетической энергии Ek=1400*12,9*1,2*0,62= 13435 Дж= 13,4 кДж.



Иногда всплывают абсолютно фантастические показатели.

Некоторые производители либо по незнанию, либо специально вводят своих клиентов в заблуждение относительно основных характеристик своих молотов.

Например, главный конструктор «Синей компании» в видео «Интервью с главным конструктором ***»**, размещённом на Youtube, на четвёртой минуте говорит о том, что «импульс удара 30-35 кДж» при массе груза 950 кг.

«Бело-оранжевая компания», связанная с палеонтологией в комментариях к видео «Сваебойная установка в Калуге - битва сваебоев»** пишет, что максимальная высота падения груза 0,5 м, при массе 1300 кг.

Ещё одна небезызвестная «жёлтая компания» на своём официальном сайте публикует следующие данные: вес молота - 1500 кг, Ход груза - 800 мм, Энергия удара - до 15 кДж.

Попробуем проверить заявленные выше характеристики. Для простоты расчётов мы не будем учитывать противодействующие силы. Как мы узнали выше Ek=mv2/2, v=2√(2ah). Приведем формулу: Ek=mah.

В следующих примерах представим, что к. п. д. этих системы 100% (что на самом деле невозможно).

1-й пример. m - 950 кг, Ek - 30 кДж, h - ? (высота падения груза, м). Как мы видим из конструктива, груз – свободнопадающий, тогда h= Ek/(ma), 30000/(950*9,8)=3,222 (м). Ответ: высота падения груза в данной установке должна быть 3,22 метра, при общей длине молота, около 2-ух метров.

2-й пример. Привод прямой, производитель утверждает, что груз с разгонным блоком, допустим. m - 1300 кг, Ek - 12 кДж, h - 0,5 м, a - ? (ускорение, м/с2), (энергия удара взята с официального сайта компании). a= Ek/(mh), 12000/(1300*0,5)=18 (м/с2). Ответ: ускорение, с которым груз падает на свайный оголовок должен быть 18 м/с2; ближайший конкурент «Liebherr», с ускорением 13 м/с2.

3-й пример. Привод прямой, груз, свободнопадающий. m - 1500 кг, Ek - 15 кДж, h - 0,8 м, a - ? (ускорение, м/с2). a= Ek/(mh), 15000/(1500*0,8)=12,5 (м/с2). Ответ: ускорение, с которым груз должен падать на свайный оголовок равно 12 м/с2; следовательно 9,8=12.

Друзья, обратите внимание, что все эти расчёты очень далеки от реальности. Мы считали без учета потерь системы. В жизни эти показатели будут гораздо ниже расчётных, при этом мы разбирались только с кинетической энергией груза, энергия передаваемая свае, гораздо ниже в следствие упругих деформаций всех элементов системы.

В свете всего вышесказанного встаёт один из самых главных вопросов – ценообразование. Компании, не вкладывающие собственные средства в опытные разработки, практические тесты, штат высококлассных специалистов, качественные комплектующие и прописывающие характеристики своих поделок «от потолка», могут позволить себе держать цены на уровне себестоимости. Но это тупиковый вариант развития сваебойного бизнеса в России. Накачивание рынка игрушками ведёт к всё большему ухудшению качества работ, и как следствие, отказу потенциальных клиентов от фундаментов на основе железобетонных свай.

Вывод: не верьте на слово, проверяйте, пересчитывайте. Но помните, самый точный способ измерить ускорение – акселерометр, всё остальное лукавство.

В следующей статье мы разберёмся с вопросом, почему необходимо знать точную энергию удара молота и какова её роль в работах связанных с малоэтажным строительством.



P.S. Если у Вас есть пожелания, дополнения или замечания, пишите в комментариях. Мы постараемся всем ответить. Давайте учиться вместе.

* электромагнитный ускоритель масс, разгоняющий токопроводящее тело вдоль двух металлических направляющих с помощью силы Лоренца, в несколько раз быстрее скорости звука.

** публичные видео размещённые на youtube.ru



Яндекс.Метрика