Სამაღალი წნევის აკუმულატორის დიზაინის თეორია

3.3.1 სამაღალი წნევის აკუმულატორის როლი

Თეორიაში, ყველა ჰიდრავლიკური ქანების გამხლართებელი საჭიროებს ცვალებადი წნევის აკუმულატორს — განსაკუთრებით დიდი სამაღალი წნევის აკუმულატორს.

Სამაღალი წნევის აკუმულატორი, რომელიც მოთავსებულია ჰიდრავლიკური ქანების გამხლართებელის სისტემის შესასვლელში, სამი მიზნის მისაღწევად ემსახურება:

(1) სისტემის მიწოდებისა და ზეთის მოხმარების შეკრებისა და დეფიციტის გასწორება. როდესაც პუმპის გამოტაცება მეტია სისტემის ზეთის მოხმარებაზე, მაღალი წნევის აკუმულატორი შთანთქავს ზედმეტ გამოტაცებას და მოქმედებს როგორც ზეთის საცავი მოწყობილობა. როდესაც პუმპის გამოტაცება ნაკლებია სისტემის ზეთის მოხმარებაზე, ის გამოტაცებს ზეთს დეფიციტის დასაფარად და მოქმედებს როგორც ზეთის გამოტაცების მოწყობილობა. მაღალი წნევის აკუმულატორი სისტემაში ასრულებს სიმძიმის და დეფიციტის გასწორების ფუნქციას და არის სისტემის სტაბილური მუშაობის მნიშვნელოვანი კომპონენტი.

(2) სისტემის წნევის რყევების შთანთქვა და მცირე წნევის პიკების შემცირება, რაც იცავს მილსადენებსა და ჰიდრავლიკურ კომპონენტებს და გრძელებს მათ სამსახურის ხანგრძლივობას.

(3) ჰიდრავლიკური შეჯახების მეхანიზმების დიზაინში, რომელიც ეფუძნება აბსტრაქტულ ცვლადთა თეორიას, ის ეხმარება ეკვივალენტური ძალის განხორციელებაში. როგორც კი აკუმულატორი სწორად არის დიზაინირებული, სწორი ეკვივალენტური ძალა მიიღება, რაც უზრუნველყოფს სისტემის საჭიროების შესაბამად კინემატიკური და დინამიკური მახასიათებლების მიღწევას.

Მაღალი წნევის აკუმულატორის მნიშვნელოვანი როლის გათვალისწინებით ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელი სისტემაში — და განსაკუთრებით მისი სპეციალური ფუნქციის გათვალისწინებით, რომელიც უზრუნველყოფს სისტემის საჭიროების შესაბავად კინემატიკისა და დინამიკის მიღწევას, — სწორი მაღალი წნევის აკუმულატორის დიზაინის თეორიისა და მეთოდის დამკვიდრება ძალიან მნიშვნელოვანია.

3.3.2 აკუმულატორის ეფექტური გამოტაცის მოცულობა

Ეფექტური გამოტაცის მოცულობა არის აკუმულატორის მნიშვნელოვანი სამუშაო პარამეტრი და ასევე აკუმულატორის დიზაინის გამოთვლების საფუძველი. როდესაც ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელი მუდმივი რეჟიმში მუშაობს, ერთ ციკლში აკუმულატორის მიერ შენახული და გამოტაცილი მაქსიმალური სითხის მოცულობა ეფექტური გამოტაცის მოცულობა ეწოდება, რომელიც აღინიშნება როგორც Δ V .

Ეფექტური გამოტაცის მოცულობა Δ V დაკავშირებულია კინემატიკურ მახასიათებლებთან. როდესაც პუმპის სითხის დინება მუდმივია და ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის სტრუქტურა და კინემატიკა მუდმივია, შეჯახების ენერგია W _H , სიხშირე f _H , და ეფექტური გამოტაცის მოცულობა Δ V არ არის აუცილებლად მუდმივი. ამიტომ, აკუმულატორის დიზაინის შემუშავების დროს ეფექტური გამოტაციის მოცულობა უკვე ცნობილია. როგორ გამოვთვალოთ Δ V მოეწყობა შემდგომი თავებში.

3.3.3 აკუმულატორის ეფექტური მოცულობის (შევსების მოცულობის) Vₐ გამოთვლა

Აკუმულატორის ეფექტური მოცულობის გამოთვლის საფუძველი V _ა არის მისი ნამდვილი ეფექტური გამოტაციის მოცულობა Δ V . როდესაც Δ V მუშაობს აკუმულატორის შიგნით, ეს აუცილებლად იწვევს სისტემის ზეთის წნევის ცვლილებას, ხოლო ეკვივალენტური ძალა F _g უნდა შენარჩუნდეს. ამიტომ, უნდა შეისწავლეთ აკუმულატორის დიზაინის გამოთვლის მეთოდი, რომელიც აკმაყოფილებს ზემოხსენებულ მოთხოვნებს. აკუმულატორის მუშაობის დროს წნევის (ძალის)–მოცულობის დიაგრამა მოცემულია ნახაზ 3-2-ში.

Მიუხედავად იმისა, რომ ჰიდრავლიკური ქანების მუშაობის სიხშირე არ არის ძალიან მაღალი, მის შიგნით აზოტის შეკუმშვა და გაფართოება საკმაოდ სწრაფია, რაც გარემოსთან სითბოს გაცვლის საკმარის დროს არ იძლევა; ამიტომ მისი პროცესი შეიძლება მივიჩნიოთ ადიაბატურ პროცესად. აირის მდგომარეობის განტოლებიდან:

პ ₁V ^კ ₁ = პ ₂V ^კ ₂ = პ _ა V ^კ _ა                                                              (3.12)

სადაც: პ _ა — სავსების წნევა, ანურად დახურული აირის წნევა;

       V _ა — სავსების მოცულობა, ანურად პისტონის შეჯახების წერტილში აკუმულატორის მოცულობა (საერთოდ მაქსიმალური სამუშაო მოცულობა); V _amax );

       პ ₂— მაქსიმალური სამუშაო წნევა;

       V ₂— მოცულობა, რომელიც შეესაბამება პ ₂(საერთოდ მინიმალური სამუშაო მოცულობა); V _2min );

       პ ₁— მინიმალური სამუშაო წნევა;

       V ₁— მოცულობა, რომელიც შეესაბამება პ ₁, V ₁ < V _ა .

Განტოლებაში (3.12), კ = 1.4 არის ადიაბატური ექსპონენტი. გასაგებია:

δ V = V ₁ − V ₂                                                                      (3.13)

Ტოლობიდან (3.12):

V ₁ = V _ა (პ _ა / პ ₁)^1/k                                                                 (3.14)

V ₂ = V ₁ (პ ₁ / პ ₂)^1/k                                                                 (3.15)

Განტოლებაში (3.13) ჩასმის შედეგად მიიღება:

δ V = V _ა (პ _ა / პ ₁)^1/k [1 − 1 / ( პ ₂ / პ ₁)^1/k ] (3.16)

Განტოლებაში (3.16) ვთქვათ, რომ პ _ა / პ ₁ = ა = 0,8–1; ხოლო აირის სამუშაო წნევის შეფარდება γ = პ ₂ / პ ₁, ჩვეულებრივ γ = 1,2–1,45, რომელიც არჩევენ ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის სამუშაო მახასიათებლების მიხედვით. როდესაც ა = 1, პისტონის მინიმალური სამუშაო წნევა ტოლდება შევსების წნევას ( პ _ა = პ ₁); ამ მდგომარეობაში V ₁ = V _ა . ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის აკუმულატორის მემბრანის ბაზის შეხების თავიდან ასაცილებლად მინიმალური სამუშაო წნევის დროს — რაც სამსახურის ხანგრძლივობას შეამცირებს — ა უნდა დაყენდეს 1-ზე ნაკლებად.

Აკუმულატორის არჩევის დროს ორი ფაქტორი უნდა გაითვალისწინოს: γ : როდესაც γ დიდია, რადგან აკუმულატორი ადიაბატურ მდგომარეობაში მუშაობს, ტემპერატურა მკვეთრად იმატებს, რაც შეიძლება გამოიწვიოს აკუმულატორის მემბრანის ადრეული დაზიანება ან მისი გამოწვა; მაგრამ γ ის ეფექტურად შეამცირებს აკუმულატორის ეფექტურ მოცულობას V _ა , რაც ძალიან სასარგებლოა აკუმულატორის სტრუქტურული ზომების შესამცირებლად. დიზაინერმა უნდა შეაფასოს სარგებელი და ნაკლები და გადაწყვიტოს გადაწყვიტოს გამოყენების პირობების მიხედვით; ამიტომ:

δ V = V _ა ა ^1/k (1 − 1 / γ ^1/k ) (3.17)

Განტოლებიდან (3.17) შეიძლება ვიპოვოთ აკუმულატორის ეფექტური მოცულობა:

V _ა = Δ Vγ ^1/k \/ [ ა ^1/k (γ ^1/k − 1)] (3.18)

Განტოლება (3.18) აჩვენებს, რომ ეფექტური გამოტაცების მოცულობიდან Δ V , შეიძლება ვიპოვოთ შესაბამისი შევსების მოცულობა, რათა უზრუნველყოფილი იყოს დაპროექტებული კინემატიკა და Δ V . პრაქტიკაში ეფექტური გამოტაცების მოცულობა Δ V არის ის სითხე, რომელსაც აკუმულატორი აწოდებს პისტონს ძალის სტროკის დროს, რათა დააფაროს სასუნთქის არასაკმარისი მიწოდება.

Ეფექტური გამოტაცების მოცულობის Δ დიზაინის გამოთვლისთვის V გაეცანით, გამარჯობა, 7.5 პარაგრაფს. ოპტიმალური დიზაინის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, სხვადასხვა დიზაინის მიზნების შემთხვევაში, ეფექტური გამოტაციის მოცულობის გამოთვლა Δ V იცვლება შერჩეული α _u (იხ. 7.2.5 და 7.27a პარაგრაფები).

3.3.4 მინიმალური სამუშაო წნევის p₁ და შევსების წნევის pₐ გამოთვლა

Ამ ეტაპზე, მიუხედავად იმისა, რომ V _ა უკვე ნაპოვნია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას აკუმულატორის სტრუქტურული პარამეტრების დიზაინის დასასარგებლად, აკუმულატორის დიზაინის გამოთვლის ამოცანა ჯერ არ არის დასრულებული. ყველაზე მნიშვნელოვანი საკითხია იმის კონტროლი, თუ როგორ უნდა მართული იქნას ზეთის წნევა, რათა გარანტირებული იყოს ეკვივალენტური ძალა; და მხოლოდ ეკვივალენტური ძალის მიღწევის შემთხვევაში შეიძლება გარანტირდეს დაპროექტებული კინემატიკა, რაც თავის მხრივ გარანტირებს Δ V . სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, Δ და V და F _g .

Უნდა აღინიშნოს, რომ როცა V _ა არის ფიქსირებული მნიშვნელობა, პ ₁, პ ₂, and პ _ა შეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე კომბინაცია, რომლებიც ახდენენ რამდენიმე ეკვივალენტური ძალის, რამდენიმე დინამიკის და რამდენიმე კინემატიკის განხორციელებას — ანუ რამდენიმე Δ V მნიშვნელობები. შემდეგი ამოცანაა, მოცემული ფიქსირებული V _ა , იპოვოს პ ₁, პ ₂, and პ _ა -ის ის კომბინაცია, რომელიც შეძლებს საჭიროების შესაბამების ეკვივალენტური ძალის მიღებას F _g და Δ V . რადგან როდესაც პ _ა იცვლება, W _H , f _H , Δ V , პ ₁, and პ ₂ყველა შესაბამისად იცვლება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, უნდა არსებობდეს სავსების წნევა პ _ა , რომელიც უზრუნველყოფს ეკვივალენტური წნევის მიღებას პ _g . რასაკვირველობას, ამ მნიშვნელობების პოვნის საფუძველი პ _ა is პ ₁და პ ₂, ანურიგი წნევა პ _g . როდესაც ამ პარამეტრებს შორის არსებული კავშირები გასაგები ხდება, შეიძლება შეისწავლოს პ ₁, პ ₂, and პ _ა ანურიგი წნევიდან პ _g მიღების მეთოდი.

Ნახ. 3-2 აღწარმოებს პ –V მაღალი წნევის აკუმულატორის სამუშაო დიაგრამას. ამ დიაგრამაზე დაყრდნობით და ანურიგი ძალის პრინციპის — ცვალებადი ძალის მიერ შესრულებული მუშაობა ტოლია ანურიგი ძალის მიერ შესრულებული მუშაობის — გამოყენებით მივიღებთ:

პ _g δ V = ∫ _V₂ ^V₁ პ d V                                                                  (3.19)

Განტოლებაში (3.19):

პ = C / V ^კ

Განტოლებაში (3.19) ჩასმის შემდეგ და ინტეგრირების:

პ _g δ V = C ∫_V₂ ^V₁ d V / V ^კ = 1 / (1 − კ ) ( პ ₁V ^კ ₁V ^1−k ₁ − პ ₂V ^კ ₂V ^1−k ₂) (3.20)

Ამიტომ:

პ _g δ V = 1 / (1 − კ ) ( პ ₁V ₁ − პ ₂V ₂) (3.21)

Გამოკლებით V ₁და V ₂ჩასმით და განტოლების (3.17) ჩასმით ვიღებთ:

პ _g = პ ₁\/ ( კ − 1) · ( γ − γ ^1/k ) / ( γ ^1/k − 1) (3.22)

Გადალაგების შემდეგ:

პ ₁ = პ _g (კ − 1) ( γ ^1/k − 1) / ( γ − γ ^1/k ) (3.23)

Ტოლფასი წნევა განტოლებაში (3.23), პ _g არის პისტონის წნევას მოქმედების ზედაპირზე მოდებული ტოლფასი წნევა. სისტემის წნევის კარგვების გათვალისწინებით, იგი უნდა გამოიხატოს როგორც სისტემის ნომინალური წნევა პ _g = პ _H / Კ . თეატრალური პ ₁და პ ₂ამ გზით მიღებული მნიშვნელობები უფრო მეტად შეესატყოვნება რეალურ მნიშვნელობებს. ამიტომ:

პ ₁= ( პ _H / Კ )(კ − 1)( γ ^1/k − 1) / ( γ − γ ^1/k ) (3.24)

პ ₂ = γp ₁                                                                             (3.25)

პ _ა = აპ ₁                                                                             (3.26)

Განტოლებაში (3.24) სისტემის წნევის კარგვების გათვალისწინების რეზისტენციის კოეფიციენტია Კ = 1,1–1,2.

Როდესაც ჰიდრავლიკური ქანების დამხშვრევლის მაღალი წნევის აკუმულატორი მუშაობს ამ პარამეტრებზე, ეს უზრუნველყოფს ეკვივალენტური ძალის მოძრაობის ეფექტის მიღწევას, სპეციალურად შემუშავებული კინემატიკის განხორციელებას და საჭიროების შესაბამად შემორჩენილი ენერგიისა და შემორჩენის სიხშირის მიწოდებას. ამ გზით სირთულეებით დატვირთული გამოთვლის ამოცანა გამარტივდება და არაწრფივი ამოცანა წრფივდება.

Ზემოხსენებულის საფუძველზე ჰიდრავლიკური შემორჩენის მოწყობილობა (ჰიდრავლიკური ქანების გამჭედელი და ჰიდრავლიკური ქანების დამხშვრეველი) — როგორც არაწრფივი სისტემა — გარდაიქმნება წრფივ სისტემად. თეორიულად პისტონი შეიძლება მოძრაობდეს სტროკის გასწვრივ S ნებისმიერი კანონით, რომელიც შეიძლება კონტროლირდეს და შემორჩენის წერტილში მიაღწევს საჭიროების შესაბამად მაქსიმალურ სიჩქარეს v _m — ეს ყველაფერი შესაძლებელია. ყოველი პისტონის მოძრაობის შაბლონისთვის უნდა არსებობდეს შესაბამისი ძალის ცვლილების შაბლონი; ეს ორი ერთმანეთთან მიზეზ-შედეგობრივ კავშირში არის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორიც არ უნდა იყოს პისტონის მოძრაობის შაბლონი, მასზე უნდა მოახდენილი იყოს შესაბამისი ძალის ცვლილების შაბლონი — ძალა არის მიზეზი, ხოლო მოძრაობა — შედეგი.

Რასაკვირველობას, როცა დაიგეგმება ოპტიმალური მოძრაობის შაბლონი, შესაბამისი ძალის ცვლილების შაბლონიც შეიძლება იქნას ნაპოვნი, რაც ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის კვლევის სამეცნიერო საკითხებს წარმოადგენს: ჰიდრავლიკური ქანების დამხსნელის კინემატიკა და დინამიკა.