Ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობის მუშაობის პრინციპის ანალიზი

2.2 ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობის მუშაობის პრინციპის ანალიზი

Ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობას აქვს რამდენიმე სტრუქტურული ფორმა. მუშაობის პრინციპიდან გამომდინარე, ავტორები აბსტრაქტულად აჯამებენ და აჯამებენ ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობის ყველაზე ძირეულ და ყველაზე მნიშვნელოვან იდეებს და ამცირებენ მათ სამ ძირეულ მუშაობის რეჟიმად: სუფთა ჰიდრავლიკური, ჰიდრავლიკურ- pneumatic კომბინირებული და აზოტ-ექსპლოზიური.

2.2.1 სუფთა ჰიდრავლიკური მუშაობის პრინციპი

Სუფთა ჰიდრავლიკური მუშაობის პრინციპი სამი განხორციელების ფორმით ხორციელდება: წინა კომპარტმენტში მუდმივი წნევა / უკანა კომპარტმენტში ცვალებადი წნევა (შემოკლებით „წინა კომპარტმენტში მუდმივი წნევის პრინციპი“), უკანა კომპარტმენტში მუდმივი წნევა / წინა კომპარტმენტში ცვალებადი წნევა (შემოკლებით „უკანა კომპარტმენტში მუდმივი წნევის პრინციპი“) და წინა და უკანა კომპარტმენტებში ცვალებადი წნევა (შემოკლებით „ცვალებადი წნევის პრინციპი“).

(1) წინა კომპარტმენტში მუდმივი წნევის პრინციპი

Ეს იყო ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელების განვითარების დასაწყისში პირველად მიღებული მუშაობის პრინციპი; ყველა შემდგომი ტექნიკური განვითარება ამ პრინციპზე აიგება. წინა კომპარტმენტში მუდმივი წნევის ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელი ნაჩვენებია ნახაზ 2-1-ში.

Სურათიდან 2-1 ჩანს, რომ სისტემა შედგება ცილინდრის სხეულის, პისტონის, კონტროლის ვალვის და ზეთის გასაყვანი არხებისგან. ცილინდრის სხეული და პისტონი ქმნიან შეჯახების მეхანიზმს. პისტონი ჰიდრავლიკური ზეთის მოქმედებით ცილინდრის სხეულში წინ-უკან მოძრაობს, გარეთ გამოყოფს შეჯახების ენერგიას და მიზანზე ძლიერ შეჯახების ძალას ახდენს, რაც ქმნის სარეკლავის ეფექტს. კონტროლის ვალვის ფუნქცია არის პისტონს მარეგულირებელი ზეთის მიმართულების შეცვლა, რაც უზრუნველყოფს პისტონის პერიოდულ რეციპროკულ მოძრაობას.

Სურათში 2-1 ნაჩვენები ჰიდრავლიკური ქანების გამოყოფის მოწყობილობის პისტონი მდებარეობს შეჯახების წერტილზე; ვალვის სპული მდებარეობს იმ პოზიციაში, სადაც მხოლოდ დასრულდა ძალიან მოძრავი სტროკიდან დაბრუნების სტროკაზე გადართვა. ამ მომენტში მაღალი წნევის ზეთი შედის ცილინდრის მუდმივი მაღალი წნევის კომპარტმენტში (კომპარტმენტ ა ) ვალვის მუდმივი მაღალი წნევის პორტის მეშვეობით და აძლევს პისტონს დაბრუნების სტროკას (მარჯვნივ). პისტონის ცვალებადი წნევის კომპარტმენტში (კომპარტმენტ b ) დაბრუნდება ტანკში პორტ 4-ის მეშვეობით და სავალვულო ცვლად-წნევიანი/დაბრუნების ზეთის პორტით. როდესაც პისტონი უკან მოძრაობს და მისი წინა საყრდენი გადაკვეთს ცილინდრის სხეულზე მოთავსებულ პორტ 2-ს, მაღალწნევიანი ზეთი მიემარება წამლავ ვალვუს პორტ 5-ს, რაც იწვევს ვალვუს გადართვას (მარცხნივ). რადგან ვალვუს მუდმივი მაღალწნევიანი კომორა ახლა დაკავშირებულია შუალედურ ცვლად-წნევიან კომორასთან, მაღალწნევიანი ზეთი შედის პისტონის უკანა კომორაში b პორტ 4-ის მეშვეობით. პისტონის ორივე მხარე ახლა მაღალწნევიანი ზეთითაა შევსებული, მაგრამ რადგან უკანა კომორის წნევის ქვეშ მყოფი ფართობი b მეტია ვიდრე წინა კომორის წნევის ქვეშ მყოფი ფართობი ა პისტონი დაიწყებს დამუშავების სტრიკის დროს შემცირებას, მისი სიჩქარე ნულამდე ეკლება და იგი იწყებს ძალის სტრიკს (მარცხნივ). როდესაც პისტონის ცენტრალური ჩაღებულობა აკავშირებს პორტებს 2 და 3, პისტონი მხოლოდ მიაღწია შეჯახების წერტილს, რაც ერთი ციკლის დასრულებას ნიშნავს; ამავე დროს წამგადამის ვალვის პორტი 5 აკავშირდება დაბრუნების ზეთის ხაზს, ამიტომ სპული გადაინაცვლებს მარჯვნივ და დაბრუნდება 2-1 ნახაზში ნაჩვენებ პოზიციაში, რაც ერთი სრული ციკლის დასრულებას და პისტონის შემდეგი დაბრუნების სტრიკის მოსამზადებლად მზადებას ნიშნავს. ამ წესით პისტონი ახდენს უწყვეტ შეჯახებას და უწყვეტად გამოყოფს შეჯახების ენერგიას. ჰაერის კომპარტმენტი c ამ მუშაობის პრინციპში ჰაერის კომპარტმენტი გამოიყენება ატმოსფეროში.

(2) უკანა კომპარტმენტის მუდმივი წნევის პრინციპი

Შეიძლება აღინიშნოს, რომ ეს მუშაობის პრინციპი მხოლოდ იმ პირობით შეიძლება განხორციელდეს, რომ პისტონის წინა კომპარტმენტის წნევის ქვეშ მყოფი ზედაპირის ფართობი ა უფრო დიდი იყოს ვიდრე უკანა კომპარტმენტის ამ ზედაპირის ფართობი b , ანუ პისტონის წინა კომპარტმენტის დიამეტრი უფრო პატარა იყოს ვიდრე უკანა კომპარტმენტის დიამეტრი ( d ₁ > d ₂).

Ნახ. 2-2 აჩვენებს უკანა კომპარტიმენტის მუდმივი წნევის / წინა კომპარტიმენტის ცვალებადი წნევის ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის სქემატულ გამოსახულებას.

Ნახ. 2-1-თან შედარების დროს, ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ ცილინდრის სხეულზე მოთავსებული პორტი №1 დაკავშირებულია სავალვულოს ცვალებადი წნევის კომპარტიმენტთან, ხოლო არ არის დაკავშირებული მუდმივი წნევის (მაღალი წნევის) კომპარტიმენტთან; პორტი №4 პირდაპირ დაკავშირებულია სავალვულოს მუდმივი წნევის კომპარტიმენტთან; ყველა სხვა ზეთის გამავალი არხი იგივეა. ნახ. 2-2 აჩვენებს იმ მომენტს, როდესაც პისტონის ძალიან სტროკი მხოლოდ დასრულდა და სავალვულო უკვე გადართულია — სისტემა იმ მომენტში находится, როდესაც დაბრუნების სტროკი იწყება.

Ამ პრინციპის მუშაობის მახასიათებლები არის ის, რომ ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელი დაბრუნების სტროკის დროს ზეთს არ ამოტუმბავს, ხოლო ძალიან სტროკის დროს ამოტუმბავს; ასევე, წინა კომპარტიმენტის წნევის ქვეშ მყოფი ფართობი ა უფრო დიდი იყოს ვიდრე უკანა კომპარტმენტის ამ ზედაპირის ფართობი b რადგან ძალიან მოკლეა ძალიან ხანგრძლივობა და დიდია სითხის სიჩქარე, ამ პრინციპის ჰიდრავლიკური წნევის კარგვები მეტია ვიდრე წინა კომპარტმენტის მუდმივი წნევის პრინციპის შემთხვევაში. ამჟამად უმეტესობა ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობები არ იყენებს ამ პრინციპს.

(3) წინა-და უკანა კომპარტმენტების ცვალებადი წნევის პრინციპი

Წინა-და უკანა კომპარტმენტების ცვალებადი წნევის პრინციპი ნაჩვენებია ნახაზ 2-3-ში. ამ სქემატური გამოსახულებიდან ადვილად ჩანს, რომ ამ ტიპის ჰიდრავლიკური შეჯახების მოწყობილობას აქვს რთული სტრუქტურა და ბევრი გამავალი გზა, რაც ამატებს წარმოების ხარჯებს. ამიტომ ამჟამად ის არ გამოიყენება ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობებში; ის ჯერ კიდევა გამოიყენება ზოგიერთი ბრენდის ჰიდრავლიკური ქანების გამჭედლებში.

Ნახაზი 2-3 აჩვენებს პისტონის ძალიან ხანგრძლივობის ბოლო და დაბრუნების სტროკის დასაწყისის მდებარეობას. როდესაც დაბრუნების სტროკა იწყება, სავალვეს შუა კომპარტმენტიდან მაღალი წნევის ზეთი შედის პისტონის წინა კომპარტმენტში ა მარცხენა კომპარტმენტისა და ცილინდრის პორტი 1-ის მეშვეობით და აგრძელებს პისტონს მარჯვნივ. უკანა კომპარტმენტში მდებარე ზეთი b გამოიყოფა ზეთის ტანკში ცილინდრის პორტიდან 5 და ვალვის მარჯვენა კომპარტამენტში. დაბრუნების სტროკის დროს, როდესაც პისტონის მარცხენა კიდე გადის ცილინდრის სხეულზე მოთავსებულ პორტ 2-ზე, მაღალი წნევის ზეთი პორტიდან 7 ვალვის სპულს აძლევს მარჯვენა მხარეს გადასვლის ძალას; ვალვის სპული მყისიერად ცვლის ცილინდრის სხეულის მიწოდების და გამოყოფის ზეთის გზებს — ცილინდრის პორტი 5 მაღალი წნევის ქვეშ მოექცევა და ცილინდრის პორტი 1 ზეთის ტანკში დაბრუნების გზას მიჰყავს — ამიტომ პისტონი დაიწყებს დამუხრუჭებას, მისი სიჩქარე სწრაფად ნულამდე შემცირდება და გადავა ძალით მოძრავი სტროკის აჩქარებაზე. როდესაც პისტონის ძალით მოძრავი სტროკი მიაღწევს შეჯახების წერტილს, პისტონის ცენტრალური ჩაღრმავება უკავშირდება ცილინდრის პორტებს 2 და 3, პორტები 4 და 5 უკავშირდება ერთმანეთს, ვალვის სპულის მარცხენა მხარე პორტის 7-ის მეშვეობით უკავშირდება პორტებს 2 და 3 ზეთის დაბრუნების გზით, ხოლო ვალვის სპულის მარჯვენა მხარის პორტი 6 უკავშირდება პორტების 4 და 5-ის, ვალვის მარჯვენა მხარის და შუალედური კომპარტამენტის მეშვეობით მაღალი წნევის ქვეშ, რაც იწვევს სპულის მარცხენა მხარეს გადასვლას, ცილინდრის მიწოდების და გამოყოფის ზეთის გზების ცვლილებას და პისტონის ერთი სრული სამუშაო ციკლის დასრულებას. ჰიდრავლიკური შეჯახების მოწყობილობის პისტონი და სპული დაბრუნდება ნახაზ 2-3-ში ნაჩვენები მდგომარეობაში — დაბრუნების სტროკის დასაწყისში. ამ გზით ჰიდრავლიკური ქანების გამომტყორვნებელი პისტონის უწყვეტი რეციპროკური მოძრაობის მეშვეობით უწყვეტად გამოყოფს შეჯახების ენერგიას გარეთ, რაც ეფექტურად ასრულებს შეჯახების სამუშაო პროცესს.

Ზემოაღნიშნული სამივე სუფთა ჰიდრავლიკური მუშაობის პრინციპი ამჟამად გამოიყენება ჰიდრავლიკურ საქანე ხვრელებში, ჰიდრავლიკურ საქანე დამხსნელებში და სხვა ჰიდრავლიკურ შეჯახების მექანიზმებში, მაგრამ ჰიდრავლიკურ საქანე დამხსნელებში ჯერ კიდევ უფრო ხშირად გამოიყენება ჰიდრავლიკურ-პნევმატიკური კომბინირებული მუშაობის პრინციპი.

2.2.2 ჰიდრავლიკურ-პნევმატიკური კომბინირებული მუშაობის პრინციპი

Სუფთა ჰიდრავლიკური მუშაობის პრინციპის ანალიზიდან ჩანს, რომ სუფთა ჰიდრავლიკური შეჯახების მექანიზმის ყველა შეჯახების ენერგია მიეწოდება ჰიდრავლიკით. თუმცა, როგორც სუფთა ჰიდრავლიკური საქანე დამხსნელების გამოყენება გაიზარდა და კვლევები განვითარდა, გამოვლინდა, რომ ჰიდრავლიკური კარგვები საკმაოდ დიდი იყო, რაც შეზღუდა ეფექტურობის მეტი გაუმჯობესებას. ცილინდრის სხეულში მოთავსებული სადენებით გამავალი ზეთი უნდა შეეხოს სადენის კედლებს, ხოლო მრუდების, დიამეტრის ცვლილებების და სითხის მიმართულების ცვლილებების გამო წარმოიქმნება შემამცირებელი ჰიდრავლიკური კარგვები; რაც უფრო დიდია სითხის ნაკადი, მით უფრო დიდია კარგვები, რაც განსაკუთრებით მკაცრად ვლინდება ძალის სტროკის დროს.

Ამჟამად ჰიდრავლიკურ-პნევმატიკური კომბინირებული სამუშაო პრინციპი ძირითადად გამოიყენება დიდი შეჯახების ენერგიისა და დაბალი სიხშირის მოთხოვნილების მქონე ჰიდრავლიკურ საქანეებში და ჰიდრავლიკურ ფუძეების ჩასასმელად გამოყენებლებში.

Ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, მრავალწლიანი კვლევის შემდეგ ადამიანებმა აღმოაჩინეს მარტივი და ეფექტური მეთოდი: ჰიდრავლიკური საქანეების შეჯახების ენერგიის მისაწოდებლად ერთდროულად გამოიყენება აირი და ზეთი. ეს ამცირებს ძალის სივრცეში სჭირდებად ნაკადს — ამცირებს ჰიდრავლიკურ კარგვებს და აუმჯობესებს სამუშაო ეფექტურობას — ამიტომ წარმოიქმნა ჰიდრავლიკურ-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური საქანე.

Ჰიდრავლიკურ-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური საქანის სტრუქტურული პრინციპი ძალიან მარტივია: საკმარისია ჰაერის კომპარტამენტში ჰაერის შეყვანა c ზემოაღნიშნული სამი სუფთა ჰიდრავლიკური პრინციპის მიხედვით, რომელშიც აზოტი გარკვეული წნევით არის გამოყენებული. რადგან ახლა აზოტი არსებობს, როდესაც პისტონი ასრულებს უკან მოძრაობას, აზოტი შეიკუმშება და ენერგია შეინახება; როდესაც ხდება ძალიან მოძრაობა, ეს ენერგია ერთად ზეთთან გამოთავისუფლდება და პისტონს მოაქცევს, რაც უზრუნველყოფს კინეტიკურ ენერგიას შეჯახების წერტილზე და იგი გარდაიქმნება შეჯახების ენერგიად. აშკარად, აზოტის როლი აუცილებლად ამცირებს ზეთის გამოყენების რაოდენობას ძალიან მოძრაობის დროს, რაც ამცირებს ზეთის მოხმარებას და შედეგად ამცირებს ჰიდრავლიკურ კარგვებს და ამაღლებს ეფექტურობას.

Სუფთა ჰიდრავლიკური ქანების გამოყენების შედარებით, პისტონის უკანა კომპარტმენტის ეფექტური წნევის მოქმედების ფართობი b ჰიდრო-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობაში ეფექტური წნევის მოქმედების ზედაპირი შემცირდება. ეს ეფექტური წნევის მოქმედების ზედაპირის შემცირება ნიშნავს ძალის სრიალის დროს ნაკლები ზეთის მოხმარებას და ნაკლებ ჰიდრავლიკურ დანაკარგს — ეს არის მთავარი მიზეზი, რის გამოც ჰიდრო-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობები ბოლო წლებში სწრაფად განვითარდა. ჰიდრო-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობები თითქმის ყველა იყენებს წინა კომპარტამენტში მუდმივი წნევის მუშაობის პრინციპს; ეს ასევე არის ჰიდრო-პნევმატიკური კომბინირებული ტიპის მთავარი მახასიათებელი.

2.2.3 აზოტ-აფეთქების მუშაობის პრინციპი

Აზოტ-აფეთქების ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობის მუშაობის პრინციპი არ განსხვავდება საფუძვლიანად ჰიდრო-პნევმატიკური კომბინირებული ჰიდრავლიკური ქანების გატეხვის მოწყობილობის მუშაობის პრინციპისგან; მხოლოდ პისტონის სტრუქტურული პარამეტრები განსხვავდება. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ წინა და უკანა პისტონების დიამეტრები ტოლია, ანუ d ₂ = d ₁, და ყველა შეჯახების ენერგია მიეწოდება აზოტის მეშვეობით.

Თანაბარი წინა და უკანა პისტონების დიამეტრი არის აზოტ-ექსპლოზიური ჰიდრავლიკური ქანების გამყოფის ძირითადი მახასიათებელი. ძალიან მოქმედების ფაზაში უკანა კომპარტმენტი არ მოიხმარს ზეთს, ხოლო ყველა შეჯახების ენერგია შეიძლება მიეწოდოს აზოტის მეშვეობით. რასაკვირველია, აზოტის შენახული ენერგია დაბრუნების ფაზაში მიეწოდება ჰიდრავლიკურად და გარდაიქმნება ძალიან მოქმედების ფაზის კინეტიკურ ენერგიად. ამ მიზნით, საბოლოო ჯამში, ეს ჯერ კიდევ ჰიდრავლიკური ენერგიის გარდაქმნაა — მაგრამ აირის საშუალებით შეკუმშვის და ენერგიის შენახვის მეშვეობით შენახული აზოტის ენერგია გამოიყენება ძალიან მოქმედების ფაზაში და გარდაიქმნება პისტონის მექანიკურ ენერგიად.

Უნდა აღინიშნოს, რომ აზოტ-ექსპლოზიური ჰიდრავლიკური ქანის გამხლართებლისთვის მხოლოდ წინა კომპარტიმენტის მუდმივი წნევის პრინციპი შეიძლება გამოყენებულ იქნას; არც უკანა კომპარტიმენტის მუდმივი წნევის პრინციპი, არც წინა და უკანა კომპარტიმენტების ცვალებადი წნევის პრინციპი შეიძლება გამოყენებულ იქნას აზოტის ტიპის ჰიდრავლიკური ქანის გამხლართებლისთვის. მიზეზი გასაგებია, როგორც კი გაგებული იქნება პისტონის მახასიათებლები, რომელიც d ₂ = d ₁.