المعالم الفنية الأساسية

٢.١ المعايير الفنية الأساسية

٢.١.١ المعايير الخاصة بمُكسِّر الصخور الهيدروليكي

(١) معايير الأداء

W وتردد التأثير م هما معايير الأداء التي تصف مُكسِّر الصخور الهيدروليكي. W ويُعرِّف W القدرة التشغيلية للمكسِّر؛ م ويُعرِّف f معدل عمله.

يمكن التعبير عن القدرة الخارجة لمُكسِّر الصخور الهيدروليكي بالعلاقة التالية:

ن = W × م                                           (2.1)

وبما أنَّ المعلمتين اللتين تصفان الأداء — وهما طاقة التأثير وتردد التأثير — مترابطتان بشكل متبادل، فإنه عند تصميم مُكسِّر صخور هيدروليكي يجب مراعاة نسبة W التصنيع الدقيق م يجب أن تُوازن بعناية. وفي ظل شرط الحد الأدنى من السعة المركَّبة، ينبغي تحقيق أقصى كفاءة تشغيلية ممكنة. أما بالنسبة لكاسرة الصخور الهيدروليكية، فيتطلب الأمر طاقة ضرب كبيرة، W ويجب خفض تردد الضرب بشكل مناسب، م لتحقيق الحاجة إلى قوة ضرب عالية وتأثير تكسير جيد. أما بالنسبة للمثقاب الصخري الهيدروليكي، فعلى الرغم من كونه أيضًا آلية ضرب هيدروليكية، فإنه يتطلب طاقة ضرب صغيرة، W وأعلى تردد ممكن للضرب، م لتحقيق الحاجة إلى حفر عالي السرعة.

(2) المعايير التشغيلية

أقصى سرعة اصطدام للمكبس الخامس _m ، التدفق التشغيلي س ، الضغط التشغيلي و ، والقوة الدافعة المثلى م _ت هي المعايير التشغيلية لكسر الصخور الهيدروليكي.

● أقصى سرعة تأثير للمكبس الخامس _m : وهي السرعة اللحظية عند ملامسة المكبس لطرف المثقاب. وتُعرَّف الطاقة الحركية المقابلة للمكبس على أنها طاقة التأثير لمطرقة الهيدروليك W . وعندما تنتقل الطاقة الحركية للمكبس بالكامل إلى الهدف، تكون طاقة تأثير المطرقة الهيدروليكية هي:

W = ½ ميلي فولت ²_m                                            (2.2)

حيث: m — كتلة المكبس.

ومن المعادلة (2.2)، كلما زادت سرعة تأثير المكبس، زادت طاقة التأثير.

ومع ذلك، فإن زيادة الخامس _m مقيدة بعاملين:

1) حدود خصائص المواد للمكبس والمثقاب. فالسرعة النهائية للتأثير الخامس _m مرتبط بالإجهاد التماسي σ ؛ وكلما زاد σ ، زاد تأثيره على عمر خدمة المكبس والمثقاب. وتحت إجهاد التماس المسموح به σ ، يكون الاختيار النموذجي هو الخامس _m = ٩ إلى ١٢ م/ث. ومع تقدُّم علوم المواد، يمكن زيادة قيمة الخامس _m بشكل أكبر.

٢) الحد الأقصى للتردد في آلية التصادم. وبما أن هيكل المكبس ومسافته المقطوعة محدودان، فإن تسارع المكبس إلى السرعة المطلوبة الخامس _m يستغرق وقتاً قصيراً جداً عند ثبات مسافة المكبس المقطوعة. ومن الواضح أن كلما زادت قيمة الخامس _m ، قلَّ الوقت اللازم للتسارع.

يعني التردد المنخفض أن زمن دورة المكبس وزمن اجتيازه للمسافة المقطوعة كلاهما طويلان، بينما يشير التردد المرتفع إلى الخامس _m يؤدي بالضرورة إلى تقليل طول السكتة ووقت الدورة — أي ارتفاع تردد التأثير — مما لا يمكنه تلبية متطلبات التصميم منخفضة التردد.

● تدفق التشغيل س : التدفق الذي تزوده المضخة الهيدروليكية إلى الكسارة الصخرية الهيدروليكية أثناء التشغيل؛ وهو متغير مستقل. وترتبط سلوك ومعايير أداء الكسارة الصخرية الهيدروليكية جميعها ارتباطًا وثيقًا بتدفق التشغيل، وتُعبَّر عنها كدوال لتدفق التشغيل؛ وتتغيّر هذه المعايير مع تغيُّر تدفق التشغيل.

● ضغط التشغيل و : الضغط الذي تتطلبه المنظومة الهيدروليكية عند تشغيل الكسارة الصخرية الهيدروليكية — أي الضغط النظامي اللازم لتحقيق معايير الأداء الخاصة بها. ويعتبر ضغط التشغيل و متغيرًا تابعًا؛ ويتغير مع تغيُّر تدفق الإدخال س ومع تغيُّر المعايير البنائية. وخلال التشغيل، عندما تبقى جميع المعايير الأخرى ثابتة، لا يمكن تغيير الضغط و بشكل نشط. ويرتبط ضغط التشغيل و وتدفق الإدخال س تفي بمبدأ التكنولوجيا الهيدروليكية الأساسي: إن ضغط النظام يتحدد وفقاً للحمل الخارجي. واستناداً إلى هذا المبدأ، فإن تصميم الكسّارة الصخرية الهيدروليكية يعني استخدام المعاملات البنائية وتدفُّق التشغيل لضمان تحقيق ضغط العمل في النظام و يتم تحقيقه.

● قوة الدفع م _ت عند تشغيل كاسر الصخور الهيدروليكي، تؤدي تسارع المكبس أثناء الشوط القوي إلى ارتداد جسم الجهاز، ما يؤدي إلى فقدان المثقاب لتماسه مع الهدف ويمنع حدوث التأثير بشكل طبيعي. وللتغلب على هذا الارتداد، يجب تطبيق قوةٍ على امتداد محور جسم الكاسر — وتُعرف هذه القوة بـ"قوة الدفع". ويجب أن تكون قوة الدفع كبيرةً بما يكفي للحفاظ على تماس المثقاب بإحكام مع الجسم المستهدف للضرب. كما يجب أن تكون قوة الدفع مثلى. وبعبارة أخرى، توجد مشكلة تتعلق بتحديد قوة الدفع المثلى، وهي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بفئة حجم الآلة الحاملة. فإذا كانت الآلة الحاملة صغيرة جدًّا، فإنها لن تتمكن من تزويد قوة دفع كافية؛ أما إذا كانت كبيرة جدًّا، فعلى الرغم من تلبية متطلبات قوة الدفع، فإن تكلفة الاستثمار في هذه الآلة الحاملة ستزداد، وهو أمر غير مرغوبٍ أيضًا. وفي تصميم كاسرات الصخور الهيدروليكية، ظل تحقيق طاقة تأثير عالية باستخدام قوة دفع صغيرة هدفًا تحسينيًّا دائمًا. وهذا يمكّن من تركيب كاسر صخور هيدروليكي عالي الطاقة التأثيرية على آلة حاملة أصغر، مكوّنًا بذلك تركيبة تشغيلية فعّالة وتقليل تكاليف التشغيل.

(3) المعايير الهيكلية

أقطار المكابس الثلاثة قالب ₁, قالب ₂، و قالب ₃والكتلة العاملة m والشوط العامل ص هي المعايير الهيكلية لكسر الصخور الهيدروليكي. وتُحدِّد هذه المعايير الهيكلية معايير الأداء الخاصة به. ويتمثل تصميم كسر الصخور الهيدروليكي أساسًا في تحديد المعايير الهيكلية قالب ₁, قالب ₂, قالب ₃, m ، و ص التي تضمن تحقيق معايير الأداء المطلوبة. وبمجرد تثبيت المعايير الهيكلية، تتغير جميع معايير الأداء ومعايير التشغيل تبعًا لتدفق الإدخال، وهي دوالٌ لتدفق الإدخال.

2.1.2 ضغط الزيت العامل والضغط الاسمي

(ويُشار إلى الضغط الاسمي بـ و _{التسخين والطهي في البيئات الخاصة} في جميع أنحاء هذا القسم)

عند تشغيل كسر الصخور الهيدروليكي، يُحرِّك ضغط الزيت الهيدروليكي المكبس ليتحرك، ويتحدد نمط حركة المكبس وفق نمط التغير في قوة الدفع الزيتية — وهذه هي حركة المكبس وديناميكيته.

مع الأخذ في الاعتبار كتلة المكبس m والتسارع أ وقوة القصور الذاتي للمكبس م _ك ينتج قانون نيوتن الثاني ما يلي:

م _ك = م.أ.                                              (2.3)

القوة الدافعة م تساوي م _ك من حيث المقدار، لكنها معاكسة في الاتجاه. والقوة الدافعة م التي تؤثر على المكبس تتولد من ضغط الزيت و في الغرفة، ويمكن التعبير عنها على النحو التالي:

و = م _ك / أ = م.أ. / أ = ( m / أ ) · د الخامس / د ت             (2.4)

حيث: m — كتلة المكبس، ثابتة؛

 أ — مساحة سطح المكبس الواصلة بالضغط، ثابتة؛

 الخامس — سرعة المكبس؛ التدفق اللحظي س يحقّق حركة المكبس الدافع المعادلة التالية:

سمعي بصرى = س                                               (2.5)

منذ الخامس و س في المعادلة (٢.٥)، تكون هذه الكميات دوالًّا في الزمن، وبالمفاضلة الخامس و س بالنسبة للزمن نحصل على:

أ قالب الخامس / د ت = D س / د ت                                  (2.6)

وبالتعويض بالمعادلة (٢.٦) في المعادلة (٢.٤) نحصل على:

و = ( m / أ ²) · د س / د ت                              (2.7)

في المعادلة (٢.٧)، m / أ ²ثابتٌ؛ د س / د ت يمثّل معدل تغيُّر تدفُّق النظام.

وبناءً على المعادلات (٢.٣) – (٢.٧)، يُحدَّد ضغط النظام استنادًا إلى التغيُّر في تدفُّق المدخل إلى غرفة الزيت. وبعبارةٍ أخرى، فإن تغيُّر تدفُّق زيت الهيدروليك يؤدي إلى تسارع المكبس وتكوُّن قوة القصور الذاتي، والتي بدورها تشكِّل ضغط غرفة الزيت. و .

ضغط زيت النظام و يتناسب طرديًّا مع كتلة المكبس m ومعدل تغيُّر التدفُّق د س /dت ، ويتناسب عكسيًّا مع مربع مساحة سطح المكبس الخاضع لضغط الزيت أ . ولتخفيض ضغط زيت النظام و ، فإن زيادة مساحة سطح المكبس الخاضع لضغط الزيت أ هي الطريقة الأكثر فعالية، لكنها تؤدي أيضًا إلى زيادة حجم جسم الجهاز، وبالتالي يجب أخذ هذين العاملين في الاعتبار أثناء التصميم.

ضغط زيت النظام و هي دالةٌ في التدفُّق، وتُعدُّ متغيرًا تابعًا؛ فلا يمكن تغييرها نشطيًّا أثناء التشغيل، بل تتغيَّر فقط استجابةً لتغيُّر تدفُّق المدخل. وبما أن تدفُّق الزيت الداخل إلى غرفة الزيت هو دالةٌ في الزمن عند تشغيل كاسِر الصخور الهيدروليكي، فإن ضغط الزيت و يختلف أيضًا مع الزمن ولا يمتلك قيمةً ثابتةً. ويُشار إلى ضغط الزيت المذكور في ورقة بيانات المنتج، والذي يسمّيه المؤلفون «ضغط الزيت الاسمي»، بالرمز و _{التسخين والطهي في البيئات الخاصة} وعند هذا الضغط، تصل معايير أداء كاسرة الصخور الهيدروليكية إلى قيمها الاسمية. و _{التسخين والطهي في البيئات الخاصة} هو معلَّمة افتراضية — لا وجود فعلي لها — لكنها ذات أهميةٍ بالغة في تصميم واستخدام كاسرة الصخور الهيدروليكية. ففي مرحلة التصميم، و _{التسخين والطهي في البيئات الخاصة} تُستخدم كأساسٍ لحساب معايير الأداء والمعايير التشغيلية والمعايير البنائية، ولتحديد مكونات النظام الهيدروليكي. أما في الموقع الميداني، فإنها تصبح مرجعًا مهمًّا للمُشغِّل ليحكم ما إذا كان النظام يعمل بشكلٍ طبيعيٍّ أم لا. وسيتم مناقشة المعلَّمة و _{التسخين والطهي في البيئات الخاصة} بتفصيلٍ أكبر في الفصول اللاحقة.