أنماط حركة المكبس

٤.٣ أنماط حركة المكبس

من التحليل أعلاه لمخطط السرعة، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية حول أنماط حركة المكبس.

(١) يتكون مخطط سرعة المكبس من مثلثين: مثلث قائم الزاوية لمخطط سرعة الشوط القوي، ومثلث عام (غير قائم الزاوية) لمخطط سرعة شوط العودة.

(٢) وبما أن طول الشوط القوي يساوي طول شوط العودة، فيجب أن تكون مساحتا المثلثين متساويتين.

(3) السرعة أثناء مرحلة كبح الحركة العكسية ومرحلة الحركة الفعالة تتبع خطًّا مستقيمًا واحدًا في مخطط السرعة. ويعود ذلك إلى أن صمام المكبس، بعد تبديله أثناء الحركة العكسية، يبقى في الوضع نفسه خلال مرحلة كبح الحركة العكسية ومرحلة الحركة الفعالة، وبالتالي فإن القوة المؤثرة على المكبس تبقى ثابتة.

(4) مبدأ أساسي في تصميم كاسرات الصخور الهيدروليكية: في جميع التصاميم الممكنة، يجب أن تكون أقصى سرعة للمكبس v _م (طاقة التصادم و _H ) وزمن الدورة T (تكرار التصادم ف _H ) قيمتين ثابتتين، لأنها مُحدَّدة مسبقًا ضمن متطلبات التصميم ولا يمكن تغييرها.

(5) معاملات الحركة: مسافة تسارع الحركة العكسية س _ج ، وزمن تسارع الحركة العكسية T ₂^′، وأقصى سرعة للحركة العكسية v _mo جميعها مفيدة جدًّا في التحكم بكاسرات الصخور الهيدروليكية، لأنها تقع جميعًا عند نقطة تبديل الصمام أثناء الحركة العكسية. وبالنسبة لكاسرات الصخور الهيدروليكية التي تعتمد على إرجاع إشارة من طول الحركة، س _ج يُعتبر أساسًا لتحديد موقع فتحة التغذية الراجعة، وهو مفيد جدًّا في تصميم كاسرات الصخور الهيدروليكية. أما بالنسبة إلى T ₂^′و v _mo ، فلا تستخدم أي منتجات كاسرات صخور هيدروليكية حاليًّا هذين المعلَّمتين للتحكم في الكاسرة، لكن الطريقة ممكنة ومن الجدير بحثها.

(6) مقارنة جميع التصاميم الممكنة من منظور حركي (أي النقطة فوسفور والنقطة ف في مواضع مختلفة)، v _م و T متماثلة في جميع التصاميم. والفرق الوحيد هو نسبة T ₁إلى T ₂في T (فوسفور تقع على أنا )، وكذلك الاختلاف الناتج في سرعات السكتة العكسية القصوى v _mo .

وبناءً على التحليل أعلاه، إذا نظرنا إلى التصميم من منظور حركي، وبما أن v _م و T محدَّدتان كليًّا بواسطة معالم الأداء، فإن للمصمِّم هامش حرية ضئيل جدًّا. وبالتالي فإن ما يُسمَّى «تصميمًا» ما هو إلا مسألة توزيعٍ دقيقٍ T ₁و T ₂داخل T بينما تظل v _م و T ثابت — لا شيء أكثر من ذلك. وبهذه الطريقة، يصبح تصميم المثقاب الهيدروليكي لكسر الصخور بسيطًا جدًّا: ما عليك سوى تقسيم دورة حركة المكبس إلى قسمين، فتحصل على تصميم قابل للتنفيذ. T وإن تحديد هذه النسبة التجزيئية يتضمَّن عمقًا تقنيًّا كبيرًا، بما في ذلك مشكلة التصميم الأمثل. ومتى ما حُدِّدت هذه النسبة التجزيئية، فإن التصميم الكامل يتحدد تلقائيًّا. وبالتالي فإن نسبة زمن الضربة القوية ألفا هي المعلَّمة الوحيدة التي يمكن أن تمثِّل تصميمًا قابلاً للتنفيذ ولها تطبيقٌ عالميٌّ.

نسبة زمن الضربة القوية ألفا تُسمَّى أيضًا بشكل شائع معامل الخصائص الحركية. وبما أن معامل الخصائص الحركية ألفا كمية غير بعديَّةٍ وتعبِّر عن الخصائص الحركية، فإنه يُعرَّف كمتغيِّر تصميمي مجرد؛ حيث إن كل قيمة محددة له تمثِّل تصميمًا معينًا، والخصائص التي يعبِّر عنها تنطبق تمامًا على جميع المثاقب الهيدروليكية لكسر الصخور، بغضِّ النظر عن أحجامها وطرزها.

يبيِّن البحث أعلاه أن جميع المعاملات الحركية هي دوالٌّ لـ ألفا ؛ وبالمثل، يمكن التعبير عن معاملات الحركة ومعاملات البنية وغيرها من المعاملات جميعها كدوال لـ ألفا ما الخصائص الأخرى التي يمتلكها ألفا بحد ذاته، وما هو مدى قيمه؟ ومن الشكل (٤-١) والمُعادلة (٤.٥)، يتضح ما يلي بوضوح:

١) عندما T ₁= 0, ألفا = ٠؛ ويظهر هذا في الشكل (٤-١) بنقطة فوسفور المتطابقة مع النقطة هـ مساحة المثلث △ENK، أي السكتة (الحركة الخطية) س = ٠؛ ولا وجود فعليًا لحركة ذات سكتة صفرية ( ألفا = ٠) — س = ٠ ليس لها معنى فيزيائي.

2) عندما v _mo = v _م ، من المعادلة (4.6)، ألفا = 0.5. وفي الشكل 4-1، يُظهر ذلك النقطة فوسفور المتطابقة مع النقطة م ؛ والنقطة ك تنصِف خطَّ أو –هـ بالضبط، أي أنَّ T ₁= ½ T في الشكل 4-1 تتطابق النقطة ف مع النقطة أو ، مما يعطي T ₂^′= 0، أي أنَّ زمن تسارع مرحلة العودة يساوي صفرًا — وهذا أمرٌ مستحيلٌ أيضًا ولا معنى فيزيائيَّ له.

3) عندما تساوي مدة تسارع الحركة العكسية مدة كبح الحركة العكسية، أي T ₂^′ = T ₂^″، فإن رسمة سرعة الحركة العكسية تكون بشكل واضح مثلثًا متساوي الساقين. ومعامل الخصائص الحركية لهذا الرسم البياني الخاص للسرعة هو ألفا = 0.4142. ويمكن استنتاج القيمة ألفا = 0.4142 بسهولة من الشكل (4-1). ولهذا الناتج أيضًا تطبيقات عند دراسة المكابس الهيدروليكية لكسر الصخور بالانفجارات النيتروجينية.

ومن هذا يتضح أن مدى ألفا هو من 0 إلى 0.5؛ وبما أن كلاً من ألفا = 0 و ألفا = 0.5 لا يحملان معنى فيزيائيًّا، فلا بد أن يكون: 0 < ألفا < 0.5. كما يجب أن تحقِّق متغير التصميم المجرد الأمثل، الذي يتم الحصول عليه وفقًا لأهداف تحسين مختلفة، الشرط: 0 < ألفا _u < 0.5.