Πρότυπα Κίνησης του Εμβόλου

4.3 Πρότυπα Κίνησης του Εμβόλου

Από την παραπάνω ανάλυση του διαγράμματος ταχύτητας, μπορούν να εξαχθούν οι ακόλουθες συμπεράσματα σχετικά με τα πρότυπα κίνησης του εμβόλου.

(1) Το διάγραμμα ταχύτητας του εμβόλου αποτελείται από δύο τρίγωνα: ένα ορθογώνιο τρίγωνο για το διάγραμμα ταχύτητας της ενεργού φάσης και ένα γενικό (μη ορθογώνιο) τρίγωνο για το διάγραμμα ταχύτητας της επιστροφικής φάσης.

(2) Δεδομένου ότι η ενεργή φάση είναι ίση με την επιστροφική φάση, τα εμβαδά των δύο τριγώνων πρέπει να είναι ίσα.

(3) Η ταχύτητα κατά τη φάση επιβράδυνσης της επιστροφής και τη φάση της ενεργού διαδρομής ακολουθεί μία ευθεία γραμμή στο διάγραμμα ταχυτήτων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, αφού η βαλβίδα εμβόλου ενεργοποιηθεί κατά τη διαδρομή επιστροφής, κατά τη φάση επιβράδυνσης της επιστροφής και τη φάση της ενεργού διαδρομής, η βαλβίδα παραμένει στην ίδια θέση και η δύναμη που ασκείται στο έμβολο είναι η ίδια.

(4) Ένα βασικό αρχή στον σχεδιασμό υδραυλικών σφυριών καταστροφής πετρωμάτων: σε όλους τους εφικτούς σχεδιασμούς, η μέγιστη ταχύτητα του εμβόλου v _m (ενεργειακή επίδραση W _H ) και ο χρόνος κύκλου Τ (συχνότητα επίδρασης κ _H ) πρέπει να είναι σταθερά μεγέθη, διότι καθορίζονται από το εργασιακό καθήκον και δεν μπορούν να αλλάξουν.

(5) Κινηματικές παράμετροι: απόσταση επιτάχυνσης της διαδρομής επιστροφής S _j , χρόνος επιτάχυνσης της διαδρομής επιστροφής Τ ₂^′, και μέγιστη ταχύτητα διαδρομής επιστροφής v _mo είναι όλες εξαιρετικά χρήσιμες για τον έλεγχο του υδραυλικού σφυριού καταστροφής πετρωμάτων, διότι βρίσκονται όλες ακριβώς στο σημείο εναλλαγής της βαλβίδας κατά τη διαδρομή επιστροφής. Για τα υδραυλικά σφυριά καταστροφής πετρωμάτων με ανάδραση διαδρομής, S _j είναι η βάση για τον προσδιορισμό της θέσης της οπής ανάδρασης και είναι εξαιρετικά χρήσιμη για τον σχεδιασμό υδραυλικών σπαστήρων πετρωμάτων. Όσον αφορά το Τ ₂^′και v _mo , δεν υπάρχουν προς το παρόν υδραυλικά προϊόντα σπαστήρων πετρωμάτων που χρησιμοποιούν αυτές τις δύο παραμέτρους για τον έλεγχο του σπαστήρα, αλλά η μέθοδος είναι εφικτή και αξίζει να ερευνηθεί.

(6) Σύγκριση όλων των εφικτών σχεδίων από κινηματικής σκοπιάς (δηλαδή του σημείου P και του σημείου Κ σε διαφορετικές θέσεις), v _m και Τ είναι ίδια σε όλα τα σχέδια. Η μοναδική διαφορά είναι ο λόγος του Τ ₁μέχρι Τ ₂σε Τ (P βρίσκεται στο ΕΜΕ ), καθώς και οι αντίστοιχες διαφορετικές μέγιστες ταχύτητες επιστροφής v _mo .

Με βάση την παραπάνω ανάλυση, εάν ένα σχέδιο εξεταστεί από κινηματικής σκοπιάς, εφόσον τα v _m και Τ καθορίζονται και τα δύο από παραμέτρους απόδοσης, ο σχεδιαστής διαθέτει πολύ μικρή ελευθερία. Ένας τέτοιος λεγόμενος σχεδιασμός αποτελεί απλώς θέμα ορθής κατανομής Τ ₁και Τ ₂εντός Τ ενώ διατηρούν v _m και Τ σταθερό — τίποτα περισσότερο. Με αυτόν τον τρόπο, η μηχανική σχεδίαση του υδραυλικού σπαστήρα βράχων γίνεται εξαιρετικά απλή: αρκεί να διαιρεθεί ο κύκλος κίνησης του εμβόλου Τ σε δύο μέρη, και λαμβάνεται μια εφικτή σχεδίαση. Ωστόσο, ο προσδιορισμός αυτού του λόγου διαίρεσης περιλαμβάνει σημαντικό τεχνικό βάθος, συμπεριλαμβανομένου του προβλήματος βελτιστοποίησης της σχεδίασης. Μόλις καθοριστεί ο λόγος διαίρεσης, η ολόκληρη σχεδίαση καθορίζεται πλήρως. Συνεπώς, ο λόγος χρόνου της ενεργού διαδρομής α είναι η μοναδική παράμετρος που μπορεί να αντιπροσωπεύσει μια εφικτή σχεδίαση και έχει καθολική εφαρμοσιμότητα.

Ο λόγος χρόνου της ενεργού διαδρομής α ονομάζεται επίσης συνήθως συντελεστής κινηματικού χαρακτηριστικού. Επειδή ο συντελεστής κινηματικού χαρακτηριστικού α είναι αδιάστατος και εκφράζει τα κινηματικά χαρακτηριστικά, ορίζεται ως αφηρημένη μεταβλητή σχεδιασμού· κάθε συγκεκριμένη τιμή του αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη σχεδίαση, και τα χαρακτηριστικά που εκφράζει είναι πλήρως εφαρμόσιμα σε όλους τους υδραυλικούς σπαστήρες βράχων, ανεξάρτητα από το μέγεθός τους και το μοντέλο τους.

Η παραπάνω έρευνα δείχνει ότι όλες οι κινηματικές παράμετροι είναι συναρτήσεις του α ; επίσης, οι παράμετροι δυναμικής, οι δομικές παράμετροι, κ.λπ., μπορούν όλες να εκφραστούν ως συναρτήσεις του α τι άλλες ιδιότητες έχει α αυτός ο ίδιος, και ποια είναι η περιοχή τιμών του; Από το Σχήμα 4-1 και την Εξ. (4.5), προκύπτει σαφώς το εξής:

1) Όταν Τ ₁= 0, α = 0· αυτό φαίνεται στο Σχήμα 4-1 με το σημείο P να συμπίπτει με το σημείο E . Το εμβαδόν του τριγώνου △ENK, δηλαδή η διαδρομή S = 0· μια κίνηση μηδενικής διαδρομής ( α = 0) δεν υπάρχει στην πραγματικότητα — S = 0 δεν έχει φυσική σημασία.

2) Όταν v _mo = v _m , από την εξίσωση (4.6), α = 0,5. Στο Σχήμα 4-1 αυτό φαίνεται με το σημείο P να συμπίπτει με το σημείο M ; το σημείο Κ διχοτομεί ακριβώς τη γραμμή O –E , δηλαδή Τ ₁= ½ Τ . Στο Σχήμα 4-1 το σημείο Κ συμπίπτει με το σημείο O , προκύπτει Τ ₂^′= 0, δηλαδή ο χρόνος επιτάχυνσης της επιστροφικής κίνησης είναι μηδέν — αυτό είναι επίσης αδύνατο και δεν έχει φυσική σημασία.

3) Όταν ο χρόνος επιτάχυνσης της επιστροφικής κίνησης ισούται με τον χρόνο επιβράδυνσης της επιστροφικής κίνησης, δηλαδή Τ ₂^′ = Τ ₂^″, το διάγραμμα ταχύτητας της επιστροφικής κίνησης είναι προφανώς ένα ισοσκελές τρίγωνο. Ο συντελεστής κινηματικού χαρακτηρισμού για αυτό το ειδικό σχήμα διαγράμματος ταχύτητας είναι α = 0,4142. Από το Σχήμα 4-1, α = 0,4142 μπορεί να προκύψει χωρίς δυσκολία. Αυτό το αποτέλεσμα έχει επίσης εφαρμογές κατά τη μελέτη υδραυλικών σπαστήρων βράχων με έκρηξη αζώτου.

Από αυτό είναι σαφές ότι το εύρος του α είναι από 0 έως 0,5· και εφόσον α = 0 και α = 0,5 δεν έχουν καμία φυσική σημασία, πρέπει να ισχύει 0 < α < 0,5. Η βέλτιστη αφηρημένη μεταβλητή σχεδιασμού που προκύπτει από διαφορετικούς στόχους βελτιστοποίησης πρέπει επίσης να ικανοποιεί την ανισότητα 0 < α _u < 0,5.