דפוסי תנועת המבוכות

4.3 דפוסי תנועת המבוכות

מתוך הניתוח לעיל של תרשים המהירות, ניתן להסיק את המסקנות הבאות בנוגע לדפוסי תנועת המבוכות.

(1) תרשים המהירות של המבוכה מורכב משני משולשים: משולש ימין עבור תרשים המהירות של פעולת ההנעה, ומשולש כללי (לא ימין) עבור תרשים המהירות של פעולת החזרה.

(2) מכיוון שפעולת ההנעה שווה לפעילות החזרה, שטחיהם של שני המשולשים חייבים להיות שווים.

(3) המהירות במהלך שלב הבלימה של המעבר החוזר ושלב הפעולה עוקבת אחר קו ישר יחיד בתרשים המהירויות. הסיבה לכך היא שאחרי שהשסתום של הפיסטון מתחלף במהלך המעבר החוזר, בשלבי הבלימה של המעבר החוזר והפעולה, השסתום נשאר באותו מיקום והכוח הפועל על הפיסטון הוא זהה.

(4) עיקרון מפתח בעיצוב שובר סלעים הידראולי: בכל העיצובים האפשריים, המהירות המקסימלית של הפיסטון v _מ' (אנרגיה של הפגיעה ו _H ) וזמן המחזור T (תדירות הפגיעה f _H ) חייבים להיות גדלים קבועים, מכיוון שהם מוגדרים על ידי משימת העיצוב ולא ניתן לשנותם.

(5) פרמטרי הקינמטיקה: מרחק התאוצה של המעבר החוזר ס _j , זמן התאוצה של המעבר החוזר T ₂^′, והמהירות המקסימלית של המעבר החוזר v _mo כולם שימושיים ביותר בבקרת שובר הסלעים הידראולי, מכיוון שכולם נמצאים בדיוק בנקודת החלפת השסתום במהלך המעבר החוזר. עבור שוברי סלעים הידראוליים עם משוב מהמהלך, ס _j היא היסוד לקביעת מיקום חור המשוב ומאוד מועילה לעיצוב שובר סלעים הידראולי. T ₂^′ו v _mo , כרגע אין מוצרים של שוברי סלעים הידראוליים המשתמשים בשני הפרמטרים האלה לשליטה על השובר, אך השיטה היא אפשרית ושוות מחקר.

(6) השוואת כל העיצובים האפשריים מנקודת מבט קינמטית (כלומר נקודה P ונקודה F במواقع שונות), v _מ' ו T הם זהים בכל העיצובים. ההבדל היחיד הוא היחס בין T ₁ל T ₂ב T (P נמצא על אני ), וכן המהירויות המקסימליות השונות של תנועת החזרה הנובעות מכך v _mo .

בהתבסס על הניתוח לעיל, אם מתבוננים בעיצוב מנקודת מבט קינמטית, מכיוון ש- v _מ' ו T נקבעים שניהם על ידי פרמטרי ביצוע, נשאר למصمם חופש פעולה קטן מאוד. מה שנקרא 'עיצוב' הוא בסך הכול עניין של הפצה נכונה של T ₁ו T ₂בתוך T בזמן שמשמרים v _מ' ו T קבוע — לא יותר מזה. בדרך זו, תכנון מפרק סלעים הידראולי הופך פשוט מאוד: רק לחלק את מחזור התנועה של הפיסטון T לשני חלקים, ותתקבל תכנון אפשרי. עם זאת, קביעת יחס החלוקה הזה דורשת עומק טכני ניכר, כולל בעיית האופטימיזציה של התכנון. ברגע שיחס החלוקה נקבע, כל התכנון נקבע באופן מלא. לכן יחס זמן המכה החזקה α הוא הפרמטר היחיד שיכול לייצג תכנון אפשרי ויש לו יישום אוניברסלי.

יחס זמן המכה החזקה α נקרא גם לעיתים קרובות מקדם מאפיין קינמטי. מכיוון שמקדם המאפיין הקינמטי α אינו תלוי בממדים ומבטא את מאפייני הקינמטיקה, הוא מוגדר כמשתנה תכנוני מופשט; לכל ערך ספציפי שלו מתאים תכנון מסוים, והמאפיינים שהוא מבטא חלים על כל מפרקי הסלעים ההידראוליים בכל הגודלים והדמויות שלהם.

המחקר לעיל מראה שכל פרמטרי הקינמטיקה הם פונקציות של α ; באופן דומה, פרמטרי הדינמיקה, פרמטרי המבנה וכו', יכולים להיבטאות כפונקציות של α מה תכונות נוספות יש ל- α עצמו, ומהו טווח הערכים שלו? מאיור 4-1 ומשוואה (4.5) ניתן לראות בבירור את הדברים הבאים:

1) כאשר T ₁ = 0, α = 0; זה מוצג באיור 4-1 על ידי הנקודה P שנמצאת באותה נקודה כמו הנקודה ה . שטח המשולש △ENK, כלומר ההזזה ס = 0; תנועה בהזזה אפס ( α = 0) אינה קיימת במציאות — ס = 0 אינו בעל משמעות פיזיקלית.

2) כאשר v _mo = v _מ' , ממשוואה (4.6), α = 0.5. בתרשים 4-1 זה מוצג על ידי הנקודה P שנמצאת באותה נקודה כמו הנקודה מ' ; הנקודה ק חוצה בדיוק את הקו O –ה , כלומר T ₁= ½ T . בתרשים 4-1 הנקודה F מתלכדת עם הנקודה O , ונותנת T ₂^′= 0, כלומר זמן התאוצה של המעבר החוזר הוא אפס — גם זה בלתי אפשרי ולא יש לו משמעות פיזיקלית.

3) כאשר זמן התאוצה של המעבר החוזר שווה לזמן הבלימה של המעבר החוזר, כלומר T ₂^′ = T ₂^″, דיאגרמת המהירות של המעבר החוזר היא בבירור משולש שווה-שוקיים. מקדם האפיון הקינמטי לדיאגרמת מהירות מיוחדת זו הוא α = 0.4142. מציור 4-1, α = 0.4142 ניתן לגזור ללא קושי. תוצאה זו יש לה יישומים גם בעת לימוד מפרקות סלע הידראוליות נפוצות באזוט.

מזה ברור שטווח הערכים של α הוא 0 עד 0.5; ומכיוון ש- α = 0 ו- α = 0.5 שניהם חסרי משמעות פיזיקלית, חייב להתקיים 0 < α < 0.5. המשתנה המופשט האופטימלי לעיצוב, שהתקבל ממטרות אופטימיזציה שונות, חייב גם הוא לקיים 0 < α _u < 0.5.