Pola Gerak Piston

4.3 Pola Gerak Piston

Dari analisis diagram kecepatan di atas, dapat ditarik kesimpulan berikut mengenai pola gerak piston.

(1) Diagram kecepatan piston terdiri dari dua segitiga: sebuah segitiga siku-siku untuk diagram kecepatan langkah kerja, dan sebuah segitiga umum (bukan segitiga siku-siku) untuk diagram kecepatan langkah balik.

(2) Karena langkah kerja sama dengan langkah balik, maka luas kedua segitiga tersebut harus sama.

(3) Kecepatan selama fase pengereman langkah balik dan fase langkah kerja mengikuti satu garis lurus tunggal dalam diagram kecepatan. Hal ini terjadi karena setelah katup piston beralih pada langkah balik, selama fase pengereman langkah balik dan fase langkah kerja, posisi katup tetap tidak berubah dan gaya yang bekerja pada piston juga tetap sama.

(4) Prinsip utama dalam perancangan pemecah batu hidrolik: dalam semua rancangan yang layak, kecepatan maksimum piston v _m (energi tumbukan W _H ) dan waktu siklus T (frekuensi tumbukan f _H ) harus konstan, karena keduanya telah ditentukan dalam tugas perancangan dan tidak dapat diubah.

(5) Parameter kinematika: jarak percepatan langkah balik S _j , waktu percepatan langkah balik T ₂^′, dan kecepatan maksimum langkah balik v _mo semuanya sangat berguna untuk mengendalikan pemecah batu hidrolik, karena semuanya berada tepat pada titik pergantian katup pada langkah balik. Untuk pemecah batu hidrolik berbasis umpan balik langkah, S _j adalah dasar untuk menentukan posisi lubang umpan balik dan sangat berguna dalam desain pemecah batu hidrolik. T ₂^′dan v _mo , saat ini tidak ada produk pemecah batu hidrolik yang menggunakan dua parameter ini untuk mengendalikan pemecah, namun metode tersebut layak diterapkan dan patut diteliti.

(6) Membandingkan semua desain yang layak dari sudut pandang kinematika (yaitu titik P dan titik F pada posisi berbeda), v _m dan T sama di semua desain. Satu-satunya perbedaan adalah rasio T ₁ke T ₂dI T (P berada pada Me ), serta akibatnya kecepatan balik maksimum yang berbeda-beda v _mo .

Berdasarkan analisis di atas, jika suatu desain dipandang dari sudut pandang kinematika, karena v _m dan T keduanya ditentukan oleh parameter kinerja, maka desainer memiliki sedikit ruang kebebasan tersisa. Suatu desain—yang disebut demikian—hanyalah soal distribusi yang tepat T ₁dan T ₂dalam T sementara menjaga v _m dan T tetap — tidak lebih dari itu. Dengan cara ini, desain pemecah batu hidrolik menjadi sangat sederhana: cukup membagi siklus gerak piston menjadi dua bagian, dan Anda memperoleh desain yang layak. Namun, penentuan rasio pembagian ini melibatkan kedalaman teknis yang signifikan, termasuk permasalahan desain optimasi. T dan Anda memperoleh desain yang layak. Namun, penentuan rasio pembagian ini melibatkan kedalaman teknis yang signifikan, termasuk permasalahan desain optimasi. Setelah rasio pembagian ditentukan, seluruh desain sepenuhnya terdefinisi. Oleh karena itu, rasio waktu langkah kerja α adalah satu-satunya parameter yang dapat mewakili suatu desain layak dan memiliki penerapan universal.

Rasio waktu langkah kerja α juga umum disebut koefisien karakteristik kinematik. Karena koefisien karakteristik kinematik α tidak berdimensi dan menyatakan karakteristik kinematika, maka ia didefinisikan sebagai variabel desain abstrak; setiap nilai spesifiknya mewakili suatu desain, dan karakteristik yang diwakilinya berlaku sepenuhnya untuk semua pemecah batu hidrolik, tanpa memandang ukuran maupun modelnya.

Penelitian di atas menunjukkan bahwa semua parameter kinematika merupakan fungsi dari α ; demikian pula, parameter dinamika, parameter struktural, dan sebagainya, semuanya dapat dinyatakan sebagai fungsi dari α apa saja sifat lain yang dimiliki α itu sendiri, dan berapa rentang nilai-nilainya? Dari Gambar 4-1 dan Persamaan (4.5), hal-hal berikut dapat dengan jelas dilihat:

1) Ketika T ₁= 0, α = 0; hal ini ditunjukkan pada Gambar 4-1 oleh titik P yang berimpit dengan titik E . Luas △ENK, yaitu langkah S = 0; gerak langkah-nol ( α = 0) tidak ada dalam kenyataan — S = 0 tidak memiliki makna fisik.

2) Ketika v _mo = v _m , dari Pers. (4.6), α = 0,5. Dalam Gambar 4-1, hal ini ditunjukkan oleh titik P yang berimpit dengan titik M ; titik K tepat membagi dua garis O –E , yaitu T ₁= ½ T . Dalam Gambar 4-1, titik F berimpit dengan titik O , sehingga diperoleh T ₂^′= 0, yaitu waktu percepatan arus balik adalah nol—hal ini juga tidak mungkin dan tidak memiliki makna fisik.

3) Ketika waktu percepatan langkah balik sama dengan waktu pengereman langkah balik, yaitu T ₂^′ = T ₂^″, diagram kecepatan langkah balik jelas berbentuk segitiga sama kaki. Koefisien karakteristik kinematika untuk diagram kecepatan berbentuk khusus ini adalah α = 0,4142. Dari Gambar 4-1, α = 0,4142 dapat diturunkan tanpa kesulitan. Hasil ini juga memiliki aplikasi dalam kajian pemecah batuan hidrolik berbahan peledak nitrogen.

Dari sini jelas bahwa rentang α adalah 0 hingga 0,5; dan karena α = 0 dan α = 0,5 keduanya tidak memiliki makna fisik, maka haruslah 0 < α < 0,5. Variabel desain abstrak optimal yang diperoleh dari berbagai tujuan optimasi pun harus memenuhi 0 < α _u < 0,5.