Teoiric Dhearbhú Athrógach Iompraíochta do Bhreakáirí Carraige Uisce

An smaointe taighde atá i ndiaidh teoiric dhearadh na n-athróg dhíomhaí: cibé acu an bhfuil na paraiméitreacha oibre a’ athrú le linn oibriú briseadóir carraige uisce, na dá pharaiméadar a chomhlíonann na riachtanais dhearadh — fuinneamh tiontaithe O _H agus minicíocht tiontaithe f _H — níor cheart a athrú; mar sin féin, níl na paraiméitreacha eile go háirithe tábhachtach don dearthóir, agus go háirithe níl siad tábhachtach don úsáideoir. Ba chóir an dearthóir áfach aird speisialta a thabhairt do ghlúine an pistóin S , mar gheobhaidh gach iompar an pistóin thar ghlúine shocraithe S , agus glúine an pistóin S tá sé faoi chionstraintí an struchtúir — ní féidir leis a bheith arbitráireach. Ní cheadaítear stróic ar mór ró-mhór ag an struchtúr meicniúil; ní féidir le stróic ró-bheag freastal ar riachtanais an fhuaime agus minicíocht an thimpallta. In eagar eile, is cionstraint é seo ar oibriú an bhriseadair chloiche uisce, agus caithfidh luach oiriúnach a bheith ann.

Conas an fhadhb ríomhdearthachta a dhéanamh do bhriseadair chloiche uisce — a bhfuil sé i ndáiríre córas neamhliniúil — a réiteach le modhanna líneacha is é an ábhar lár an chapaill seo.

3.1 Prionsabal na Héifeachtachta

— Bunús teoiriciúil chun córas neamhliniúil a thiontú go córas líneach

Nuair a bheidh bhriseadair chloiche uisce ag oibriú, tá paraiméadair an chórais — mar shampla brú an chórais p , luas an phistón v , luasleacht a , agus an lucht ar an mbosca — is iad seo uile a athraíonn neamhlineach agus iad mar fheidhmeanna an ama. Tá ríomh a dhéanamh ar chóras den sórt sin an-dhrúchdóir agus casta. Ach tá an sprioc dearadh sa leabhar seo go dtí an méid is simplí: aimsiú na bparaiméadar struchtúrtha agus na bparaiméadar oibre ar bhreacaire carraige hidrilic a chuireann amach an t-energi tionscnaimh riachtanach O _H agus ceannlú f _H . Is é foirmle an energi tionscnaimh:

O _H = ( f / 2) v ²_f                                                                     (3.1)

cén f — mais an píostain, leanúnach;

       v _f — luas dáthúil nuair a thagann an bosca i dteagmháil leis an gcinn ar an scian, i.e. an luas tionscnaimh is airde; is é seo an luas a chaithfear a chinntiú i ndearadh.

Tá dhá choinníoll ann chun a chinntiú go mbaintear an t-energi tionscnaimh riachtanach amach: ní mór don bhosca a bheith le mais áirithe agus le luas áirithe. I mbreacaire carraige hidrilic, ní féidir mais an bhosca a athrú le linn gluaiseachta. Mar sin, is é cinntiú go mbaintear an t-energi tionscnaimh amach ná cinntiú go mbaintear an luas tionscnaimh is airde amach. f ní féidir a athrú le linn gluaiseachta. v _f baintear amach.

Ní mór a léiriú go dtarlaíonn gluaiseacht an pistóin thar ghlúin ar leith. Ar bhfocal eile, is é aidhm an ríomh dearadh do bhriseadóir carraige uisceach ná cinntiú go mbaintear an luas tiontaithe uasta sonrach amach ar phistón de mhais shonrach thar ghlúin ar leith v _f laistigh den am cícle sonraithe T , ag bualadh an chúlghuailín agus ag eisiúint an fhuinnimh bualta sonraithe O _H . Níl na hathruithe dáilte a , v , agus p le linn na gluaiseachta tábhachtach don aidhm ríomh dearadh agus is féidir iad a neamhaird. Cinntiú an ama cícle T cinntíonn freisin an minicíocht bualta sonraithe f _H .

Am ciorcal T agus minicíocht tiontaithe f _H sásamh f _H = 60 / T , ina T is é am cícle oibre an pistóin (do shimpliú an ríomha, neamhairdtear an stad gearr ag an bpointe bualta).

Má fhagtar modh simplí ríomhdearbhaithe dearadh chun an aidhm thuas a bhaint amach, bheadh sé úsáideach don dhearadh inžinéiríochta. Mar a fheictear go maith, cuireann brú ola hidrálach an pistún i mbun oibre; bunaithe ar dhlí na huillimh airgid agus gan aon caillteanais eile fuaimniú, aistritheann an obair seo go léir go dtí an t-energi cinéiteach an pistúin agus is é seo a aschur amuigh, ag tabhairt an gaol seo:

(f / 2) v ²_f = ∫ ₀^S F (S ) d S                                                            (3.2)

An mionn fisiciúil den chothromóid (3.2): is é an taobh deis an obair a dhéanann an fhorza athraitheach F (S ) thar an stróic S ; is é an taobh clé an t-energi cinéiteach a bhuaightear ag an bpistún ag bogadh thar an stróic S .

Chun ríomh líneach a bhaint amach, is féidir leat smaoineamh ar fhorza thabhartha F _g a dhéanann an céanna obair leis an bhforza athraitheach F (S ) thar an stróic chéanna S . Mar sin, is í an fhorza thabhartha F _g is féidir leis an bhfuorce athraitheach a ionadú F (S ) i ríomh líneach le heifeacht chomhionann, ag tabhairt:

(f / 2) v ²_f = ∫ ₀^S F (S ) d S = F _g × S                                               (3.3)

Nuair a ionaithnítear an chothromóid (3.1) sa chothromóid (3.3) faightear:

F _g = O _H / S                                                                           (3.4)

I mboinn an chothromóide (3.4), is é an fhuorce thábhachtach F _g an fhuorce comhionann; déanann sí an obair chéanna go díreach leis an bhfuorce athraitheach F (S ).

Is í an chothromóid (3.4) an foirmle le haghaidh ríomh an fhóirce comhionann. Fuascailt an impacht O _H = ( f /2)v ²_f cuirtear sí amach mar chuid den tasc dearadh agus is paraiméadar aitheanta í. An stróic S is féidir a fháil ó ríomhanna cineamaitice agus is aitheanta í freisin; mar sin féin is féidir an fhuorce comhionann riachtanach chun an fuascailt impacht riachtanach a bhaint amach a ríomh. Tógáil cheart an stróice dearadh S agus an minicíocht f _H , mar aon le hinmhíniú an stróice S , a chuirfear isteach é go gradamail i gceannraí níos déanaí.

Tá an fórsa cothromaithe seo an-úsáideach i ríomhcháilcítí dearadh bhriseadóir craiceann hidrálach. Bunaithe ar an bhfórsa cothromaithe, is féidir a fháil amach an t-achar a bheith ag an bpistón faoi bhrú — i.e. na tomhas struchtúrtha ar an bpistón — is féidir na coinníollacha oibre agus an toirt éifeachtach an acumhlaí a shonrú, agus is féidir ríomhcháilcítí cineamaitice agus dinimicí do bhriseadóir craiceann hidrálach a dhéanamh.

Is é achar an bhrú a thagann ar an bpistón:

A = F _g / p _g                                                                            (3.5)

I mBriathar (3.5), p _g is é an brú oil cothromaithe an chórais, a chuireann leis an gcomhthéacs de fhórsa cothromaithe, agus is athróg fhiúntach é. Áfach, ós rud é go mbíonn an t-oil ag gluaiseacht agus go bhfuil an t-ádh fágtha ann, ní mór go mbeidh an brú oil oibre an chórais i ndáiríre níos airde ná an brú oil cothromaithe, mar sin is é an brú rátaithe a úsáidtear i ndearadh:

p _H = KP _g                                                                               (3.6)

I mBriathar (3.6), K = 1.12 go 1.15 is é comhéifeacht an ádha do oibriú an chórais hidrálach. Is é luach p _H roghnaítear i bhfírinne é bunaithe ar na riachtanais iomlána an chórais atá á dhearadh, mar sin is féidir an chead a bheith ríomhtha agus aitheanta. Mar sin:

A = KF _g / p _H                                                                          (3.7)

Nuair a chuirtear an egn. (3.4) isteach go dtí an t-ionchur seo, faighimis:

A = Kw _H \/ ( p _H S ) (3.8)

Ní mór pointe tábhachtach a léiriú: níl na torthaí a ríomhannar ón egn. thuas i gcomhthéacs na gceartanas agus na ndinimic iomlána fíor-realata — tá siad curtha in iúl mar athraithe líneach, i.e. tréithtear gluaiseacht an phistóin mar luasuithe cothromaithe agus laghdú cothromaithe. Áfach, tá am cícle an phistóin T , an luas uasta v _f , agus an stróicthe gluaiseachta S fíor; chun na riachtanais dearadh a shásamh, is simplí, praiticiúil agus cruinn iad.

I ndáiríre, is an cheist is tábhachtaí í an bhfuil an t-éineas tiontaithe O _H , minicíocht an ionsáite f _H , agus sruth Q a bhaineann leis an mbreaker carraige uisceach is fíor. Mar a bheith beartaithe ar cheartchead an píosóin A is seasmhach agus an t-imeall S is seasmhach freisin, agus mar sin is gá go mbeidh sruth an phuimpe Q fíor freisin.

Ar an bhealach seo, is féidir an prionsabal chumhacht coibhneasta a úsáid chun ríomh an dearadh neamhliniúil ar an mbreaker carraige uisceach a shimpliú go líniúil; is féidir ríomhanna na gceartchuaillí agus na ndinimic a shimpliú go mór agus iad a mheas mar ghluaiseacht le hastuasú cothrománach agus le lagú cothrománach.

Is é an inspioráid acadúil ar an gcumhacht choibhneasta ná an próiseas casta a dhíbirt, an fírinne den fhadhb a ghabháil, agus an fhadhb neamhliniúil a liniú. Ach tá na toraidh atá de dhíth an-ghnách agus oiriúnach, agus tá siad cabhrach le haghaidh do thoiscithe níos doimhne agus taighde ar phatrúin oibriú an mbreaker carraige uisceach.

3.2 Dinimic Gluaiseachta an Phíosóin

Bunaithe ar phrionsabal na bhfórsa cothrom, tá luas an pistóin agus na fórsaí mar a thaispeántar in Iomhá 3-1, ag baint le trí chéim: luascadh ar ais, laghdú luais ar ais (brecadh), agus an t-imeall cumhachta.

(1) Cothromóid dhinimiciúil don chéim luascadh ar ais an pistóin

Tabhair an fhorce tiomána ar ais F _2g , an luas v , agus an luasghoile a mar shainmhínithe [+]. Is é seo an fhorce cothromach a luasann an pistóin ar ais:

F _2g = p _g A ^′₂ = mA ₂                                                                   (3.9)

cén a ₂= [+] — luasghoile ar ais an pistóin;

       A ^′₂— limistéar éifeachtach a bhaineann le brú an tsochraí ar aghaidh an pistóin;

       p _g — brú cothromach an chórais.

(2) Cothromóid dhinimiciúil don chéim laghdaithe luais ar ais an pistóin

An fórsa thiomána cothrom leis sin a laghdaíonn luas an pison ar an stróictheach ar ais is ea:

F _3g = p _g A ^′₁ = mA ₃                                                                 (3.10)

cén a ₃= [−] — laghdú luais (brecadh) an pison ar an stróictheach ar ais.

cothrom na ndinimic do staid an pison a oibríonn

An fórsa thiomána cothrom leis sin a mhéadaíonn luas an pison ar an stróictheach cumhachta is ea:

F _1G = p _g A ^′₁ = mA ₁                                                                 (3.11)

cén a ₁= [−] — méadú luais an pison ar an stróictheach cumhachta;

       A ^′₁— limistéar éifeachtach a bhaineann leis an bpréis

Tá an coincheap de limistéar éifeachtach a bhaineann leis an bpréis ag athrú i mbun na trí phrionsabal oibre éagsúla don bhriseoir carraige uisceach a díorthaíodh thuas; pléitear é i mionlach sa chapall dinimic.