피스톤 운동 패턴

4.3 피스톤 운동 패턴

위의 속도 도표 분석으로부터 피스톤 운동 패턴에 관한 다음 결론을 도출할 수 있다.

(1) 피스톤 속도 도표는 두 개의 삼각형으로 구성되며, 이 중 하나는 동력 행정(파워스트로크) 속도 도표를 위한 직각삼각형이고, 다른 하나는 복귀 행정(리턴스트로크) 속도 도표를 위한 일반적인(직각이 아닌) 삼각형이다.

(2) 동력 행정의 길이가 복귀 행정의 길이와 같기 때문에, 두 삼각형의 면적도 반드시 동일해야 한다.

(3) 복귀 스트로크 제동 단계 및 파워 스트로크 단계 동안의 속도는 속도 도표상에서 하나의 직선을 따른다. 이는 피스톤 밸브가 복귀 스트로크에서 작동한 후, 복귀 스트로크 제동 단계 및 파워 스트로크 단계 동안 밸브 위치가 고정되어 있고 피스톤에 작용하는 힘이 일정하기 때문이다.

(4) 유압식 암파쇄기 설계의 핵심 원칙: 실현 가능한 모든 설계에서 피스톤 최대 속도 v _m (충격 에너지 W _H ) 및 사이클 시간 T (충격 주파수 연료 분사 압력 테스트 게이지 키트 _H )는 반드시 상수여야 한다. 이는 설계 과제에서 명시된 사양으로, 변경할 수 없기 때문이다.

(5) 운동학적 파라미터: 복귀 스트로크 가속 거리 S _j , 복귀 스트로크 가속 시간 T ₂^′, 최대 복귀 스트로크 속도 v _mo 는 모두 복귀 스트로크 시 밸브 전환 지점에 바로 위치하므로, 유압식 암파쇄기 제어에 매우 유용하다. 스트로크 피드백 방식 유압식 암파쇄기의 경우, S _j 피드백 홀 위치를 결정하는 기준이 되며, 유압식 암파쇄기 설계에 매우 유용하다. 한편 T ₂^′및 v _mo 은 현재 유압식 암파쇄기 제품에서 이 두 매개변수를 파쇄기 제어에 사용하지는 않으나, 해당 방법은 실현 가능하며 연구 가치가 있다.

(6) 운동학적 관점에서 모든 실현 가능한 설계를 비교할 경우(즉, 서로 다른 위치에 있는 점 P 과 점 연료 분사 압력 테스트 게이지 키트 을 기준으로), v _m 및 T 는 모든 설계에서 동일하다. 유일한 차이는 T ₁~까지 T ₂포함됨 T (P 가 나 에 위치함에 따라 발생하는 서로 다른 최대 복귀 스트로크 속도이다. v _mo .

위의 분석을 바탕으로, 설계를 운동학적 관점에서 고찰할 경우, v _m 및 T 모두 성능 매개변수에 의해 결정되므로 설계자는 거의 남은 자유도가 없다. 소위 '설계'라 함은 단지 올바른 분배를 수행하는 것에 불과하다. T ₁및 T ₂내부 T 추운 날씨에도 v _m 및 T 고정된 — 그 이상도 이하도 아니다. 이 방식으로 유압 암쇄기의 피스톤 운동 주기를 단순히 두 부분으로 나누기만 하면, 유압 암쇄기 설계가 매우 간단해진다. T 그리고 이렇게 나눈 두 부분을 기반으로 실현 가능한 설계를 도출할 수 있다. 그러나 이 분할 비율을 결정하는 과정은 최적화 설계 문제를 포함한 상당한 기술적 심도를 요구한다. 일단 분할 비율이 결정되면 전체 설계는 완전히 결정된다. 따라서 동력 작동 시간 비율 α 은 실현 가능한 설계를 대표할 수 있는 유일한 파라미터이며, 보편적인 적용성을 갖는다.

동력 작동 시간 비율 α 은 일반적으로 운동학적 특성 계수라고도 불린다. 운동학적 특성 계수 α 는 무차원량이며 운동학적 특성을 표현하므로, 추상적인 설계 변수로 정의된다. 이 계수의 각 구체적인 값은 하나의 설계를 나타내며, 이 계수가 표현하는 특성은 모든 크기와 모델의 유압 암쇄기에 전면적으로 적용 가능하다.

위의 연구는 모든 운동학적 파라미터가 α ; 마찬가지로, 동역학 파라미터, 구조 파라미터 등도 모두 α 자체적으로 어떤 다른 성질을 가지며, 그 값의 범위는 무엇인가? 그림 4-1과 식 (4.5)에서 다음 사항을 명확히 확인할 수 있다: α 그림 4-1과 식 (4.5)에서 다음 사항을 명확히 확인할 수 있다:

1) T ₁= 0, α = 0일 때; 이는 그림 4-1에서 점 P 이 점 E △ENK의 면적, 즉 스토크 S = 0; 제로 스토크 운동( α = 0)은 현실에 존재하지 않는다 — S = 0은 물리적 의미가 없다.

2) 때 v _mo = v _m 식 (4.6)에 따르면, α = 0.5이다. 그림 4-1에서 이는 점 P 이 점 M 으로 표시된다; 점 K 은 O –E 선을 정확히 이등분한다. 즉, T ₁= ½ T 그림 4-1에서 점 연료 분사 압력 테스트 게이지 키트 은 점 O 과 일치하므로 T ₂^′ = 0이 된다. 즉, 귀환 방전의 가속 시간이 0인 것이다 — 이 역시 불가능하며 물리적 의미가 없다.

3) 귀복 동작의 가속 시간이 귀복 동작의 감속 시간과 같을 때, 즉 T ₂^′ = T ₂^″일 경우, 귀복 동작 속도 도표는 명백히 이등변 삼각형이 된다. 이러한 특수 형태 속도 도표에 대한 운동학적 특성 계수는 α = 0.4142이다. 그림 4-1에서 α = 0.4142는 어렵지 않게 유도할 수 있다. 이 결과는 질소 폭발식 유압 암석 파쇄기(nitrogen-explosive hydraulic rock breakers)를 연구할 때에도 응용된다.

이로부터 α 의 범위가 0에서 0.5까지임을 명확히 알 수 있다. 또한 α = 0과 α = 0.5는 모두 물리적 의미가 없으므로, 반드시 0 < α < 0.5를 만족해야 한다. 다양한 최적화 목적 함수로부터 얻어진 최적의 추상 설계 변수 역시 반드시 0 < α _u < 0.5 조건을 만족해야 한다.