Patrones de movimiento del pistón

4.3 Patrones de movimiento del pistón

A partir del análisis anterior del diagrama de velocidad, se pueden extraer las siguientes conclusiones sobre los patrones de movimiento del pistón.

(1) El diagrama de velocidad del pistón consta de dos triángulos: un triángulo rectángulo para el diagrama de velocidad de la carrera de expansión y un triángulo general (no rectángulo) para el diagrama de velocidad de la carrera de retorno.

(2) Dado que la carrera de expansión es igual a la carrera de retorno, las áreas de los dos triángulos deben ser iguales.

(3) La velocidad durante la fase de frenado en el retroceso y la fase de golpe se ajusta a una única línea recta en el diagrama de velocidades. Esto se debe a que, tras el cambio de posición de la válvula del pistón en el retroceso, durante la fase de frenado en el retroceso y la fase de golpe, la válvula permanece en la misma posición y la fuerza sobre el pistón es constante.

(4) Un principio fundamental en el diseño de martillos hidráulicos para roca: en todos los diseños factibles, la velocidad máxima del pistón v _m (energía de impacto W _H ) y el tiempo de ciclo T (frecuencia de impacto f _H ) deben ser constantes, ya que están especificados en la tarea de diseño y no pueden modificarse.

(5) Parámetros cinemáticos: distancia de aceleración en el retroceso S _j , tiempo de aceleración en el retroceso T ₂^′y velocidad máxima en el retroceso v _mo son todos muy útiles para el control del martillo hidráulico para roca, porque todos coinciden exactamente con el punto de conmutación de la válvula durante el retroceso. En los martillos hidráulicos para roca con retroalimentación de carrera, S _j es la base para determinar la posición del orificio de retroalimentación y resulta muy útil para el diseño de martillos hidráulicos para roca. T ₂^′y v _mo , actualmente ningún producto de martillo hidráulico para roca utiliza estos dos parámetros para controlar el martillo, pero el método es factible y merece ser investigado.

(6) Comparación de todos los diseños factibles desde una perspectiva cinemática (es decir, el punto P y el punto F en distintas posiciones), v _m y T son iguales en todos los diseños. La única diferencia radica en la relación entre T ₁a T ₂en T (P se encuentra en Yo ), así como en las distintas velocidades máximas de retroceso resultantes v _mo .

Con base en el análisis anterior, si se observa un diseño desde una perspectiva cinemática, dado que v _m y T ambos están determinados por los parámetros de rendimiento, al diseñador le queda muy poca libertad. Un llamado «diseño» consiste simplemente en distribuir correctamente T ₁y T ₂dentro de T aunque mantienen v _m y T fijo — nada más. De esta manera, el diseño del rompedor hidráulico de rocas se vuelve muy sencillo: basta con dividir el ciclo de movimiento del pistón T en dos, y se obtiene un diseño factible. Sin embargo, la determinación de esta relación de división implica una considerable profundidad técnica, incluido el problema de diseño de optimización. Una vez que se determina la relación de división, todo el diseño queda completamente definido. Por lo tanto, la relación de tiempo de la carrera de potencia α es el único parámetro que puede representar un diseño factible y posee aplicabilidad universal.

La relación de tiempo de la carrera de potencia α también se denomina comúnmente coeficiente característico cinemático. Puesto que el coeficiente característico cinemático α es adimensional y expresa las características cinemáticas, se define como una variable de diseño abstracta; cada uno de sus valores específicos representa un diseño, y las características que expresa son plenamente aplicables a rompedores hidráulicos de rocas de todos los tamaños y modelos.

La investigación anterior demuestra que todos los parámetros cinemáticos son funciones de α ; asimismo, los parámetros dinámicos, los parámetros estructurales, etc., pueden expresarse todos como funciones de α ¿qué otras propiedades tiene α en sí mismo y cuál es su rango de valores? A partir de la figura 4-1 y de la ecuación (4.5), lo siguiente se observa claramente:

1) Cuando T ₁= 0, α = 0; esto se muestra en la figura 4-1 mediante el punto P coincidiendo con el punto Mi . El área del triángulo △ENK, es decir, la carrera S = 0; un movimiento de carrera nula ( α = 0) no existe en la realidad — S = 0 carece de significado físico.

2) Cuando v _mo = v _m , de la Ec. (4.6), α = 0,5. En la figura 4-1, esto se muestra mediante el punto P coincidiendo con el punto M ; el punto K biseca exactamente la línea O –Mi , es decir, T ₁= ½ T . En la figura 4-1, el punto F coincide con el punto O , lo que da T ₂^′ = 0, es decir, el tiempo de aceleración del retorno es cero; esto también es imposible y carece de significado físico.

3) Cuando el tiempo de aceleración del recorrido de retorno es igual al tiempo de frenado del recorrido de retorno, es decir, T ₂^′ = T ₂^″, el diagrama de velocidad del recorrido de retorno es obviamente un triángulo isósceles. El coeficiente cinemático característico para este diagrama de velocidad de forma especial es α = 0,4142. A partir de la figura 4-1, α = 0,4142 se puede deducir sin dificultad. Este resultado también tiene aplicaciones al estudiar los rompedores hidráulicos de roca con explosivos a base de nitrógeno.

De esto se desprende claramente que el rango de α es de 0 a 0,5; y puesto que α = 0 y α = 0,5 carecen ambos de significado físico, debe cumplirse necesariamente que 0 < α < 0,5. La variable de diseño abstracta óptima obtenida a partir de distintos objetivos de optimización también debe satisfacer 0 < α _u < 0,5.