Principium Operis Basilarium Ruptorum Petrae Hydraulicorum

1.3 Principium Operis Basileum Fractōrum Lapidum Hydraulīcorum

Frangens saxorum hydraulicus est machina impulsiva quae energiam hydraulicam in energiam mechanicam convertit. Duos continet componentes mobiles principali — pistorem et valvulam distributionis — qui sibi invicem se mutuo regunt: motus reciprocans spathulae valvulae pistorem commutat, et ipse autem pistus, ad initium et finem cuiuslibet cursus, apert vel claudit percutientem viam olei valvulae, ita ut valvula commutetur — huiusmodi cyclum repetens … Principium operis frangentis saxorum hydraulici est: per hanc retroactionem inter pistorem et spathulam, pistus celeriter reciprocatur sub vi hydraulic (aut gasea) et percussit scalprum ut extra opus faciat.

Frangentes saxorum hydraulici multarum sunt specierum et formarum, quae in capitulis sequentibus accurate describentur. Infra, frangens saxorum hydraulicus cum camera anteriore ad pressionem constantem et camera posteriore ad pressionem variabilem pro exemplo adhibetur ut eius principium operis explicetur:

Sicut in schemate ostenditur, cum cursus retractorius incipit, oleum ad altam pressionem per portum olei 1 in cameram anteriorem pistons intrat et simul in extremum inferius spathulae valvulae directionalis agit, spathulam stabili statu, ut in schemate (a) demonstratur, retinens. Hoc tempore camera anterior pistons oleum ad altam pressionem habet; camera posterior per portum olei 4 ad reditum T connectitur. Impulsu pressionis olei in camera anteriore, pistons in cursu retractorio accelerat et nitrogenium in camera nitrogenii (praeter typum purum hydraulicum) compressum tenet; accumulator oleum conservat. Cum cursus retractorius pistons ad portum regulandi 2 pervenit, oleum ad altam pressionem ad extremum superius spathulae valvulae attingit. Hoc momento utrumque extremum spathulae ad oleum ad altam pressionem connectitur; quia in constructione area effectiva extremi superioris spathulae maior est quam area effectiva extremi inferioris, spathula sub actione olei ad altam pressionem in statum schematis (b) commutatur. Hoc tempore tam camera anterior quam posterior pistons ad oleum ad altam pressionem connectuntur; accumulator oleum emittit ut systema suppleat. Sub actione virium compositarum F_q, pistons in cursu impulsivo accelerat, scalprum percutit, et energiam impulsionis emittit. Cum pistons punctum impactionis praeterierit, portus regulandi 2 et 3 inter se connectuntur et ad oleum redituum T iunguntur; pressio olei in extremo superiore spathulae valvulae decrescit; sub pressione olei in extremo inferiore spathula valvulae celeriter ad statum schematis (a) revertitur. Ad statum pristinum reversus, pistons cursus retractorium incipit, in sequentem cyclum percussivum ingreditur, et sic deinceps cyclice. In hoc processo, relatio connexa inter pistons et spathulam valvulae in Figura 1-2 demonstratur.

Ex Fig. 1-1 apparet, quod in cursu impetus, neglecta gravitate pistoni et resistentia frictionis, vis F_q quae impellit pistorem ad opus percussivum constat praecipue ex pressione hydraulica et pressione gas nitrogenii, id est: F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Vis impellens F_q pendet a differentia inter areas effectivas cameralium anterioris et posterioris, a pressione olei p, et a pressione camere nitrogenii p_N. Ex diversis proportionibus inter opus olei et opus gas, tres formae operationis efficiuntur: pura hydraulica, hydraulico-pneumatica combinata, et nitrogenii explosiva.

Pura hydraulica: p_N = 0. In hac forma frangens saxorum hydraulicus nullam cameram nitrogenii habet, et piger totus impellitur a differentia pressionis olei inter cameram superiorem et inferiorem. F_q = π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Haec forma est prima quae apparuit, cum frangentes saxorum hydraulici primum in usu erant.

Hydraulico-pneumaticum combinatum: In hac forma d₁ < d₂, et simul camera nitrogenii ad caudam pistons additur, qua nitrogenium ad opus introducitur, p_N > 0. F_q praecipue ex duobus partibus constat: differentia pressionis olei in cameris anteriori et posteriori, et vis compressionis-expansionis nitrogenii. F_q = π/4 · p_N · d₁² + π/4 · p · [(d₃² − d₁²) − (d₃² − d₂²)]. Haec forma nunc est communissima forma frangendi petrarum hydraulici. Ex diversis proportionibus operis olei et gas in tota vi motrice, id est ex diversis rationibus operis gas ad liquidum, producta diversae performationis formari possunt.

Nitrogeno-explosivum: In hac forma d₁ = d₂, p_N > 0. Vis hydraulica in cameris superiori et inferiori nulla est; opus pistons in cursu impellente totum a pressione gas in camera nitrogenii impellitur. F_q = π/4 · p_N · d₁². Haec forma est novissima forma frangendi petrarum hydraulici.

Omnes tres formae suos habent commodos et incommodos, sed earum praestatio generalis ab una ad alteram generationem melior fit. Typus purus hydraulicus, ut prima forma producti, cum primi frangendae rupis hydraulicae apparuerunt, structuram simplicem et operationem fidam habet, nec vi initiali impellendi opus est; tamen ratio utilisationis energiae est parva, et non idoneus est ad fabricandos productos magni formatūs. Typus combinatus hydraulicus-pneumaticus magnus est progressus super typum purum hydraulicum: addita camera nitrogenii in cauda pistōnis, efficaciter utitur energia cursūs reditūs et vim percussivam multum auget; sed structura est complexa, et vis initialis impellendi opus est ad operandum. Frangendae rupis hydraulicus nitrogen-explosivus, ex perspectiva energiae, nullum opus oleī in cursū potentiae requirit, et ideo magis conservat energiam; simul diametri camerarum anterioris et posterioris pistōnis aequales sunt, quod efficaciter difficultatem solvit insufficiēntiae subitae suppeditātionis oleī in cursū potentiae pistōnis. Tamen, propter altam pressionem initialis impletionis nitrogenii, maior vis impellendi requiritur.

1.4 Structura et Classificatio Fundamentalis Fracturis Saxis Hydraulicis

1.4.1 Structura Fundamentalis Fracturis Saxis Hydraulicis

Etsi fracturae saxorum hydraulicae multarum varietatum sunt, tamen characteristicas structurales communes habent. Compositio fundamentalis fracturae saxorum hydraulicae includit: corpus cylindri, pistillum, valvam distributionis, accumulatorem, cameram nitrogeni, sedem scalprum, scalprum, bullas fortissimas, et systemata sigillandi. Diversae fracturae saxorum hydraulicae leviter differunt in structura, sed omnis fractura saxorum duas continet partes mobiles fundamentales — pistillum et spolium valvae. Structura eius fundamentalis in Fig. 1-3 ostenditur.

(1) Mechanismus Impulsivus

Frangens saxorum hydraulicus habet pistorem relativē longum et tenuem, qui est pars maxime importantis. Ex theoria transmissionis undae tensionis, ut energia impactus pistonis maximē transmitatur, diameter pistonis impactantis generaliter fere aequālis est aut prope aequālis diametro extremī partis caeli, ut contactus perfectus in facie percutientī efficiātur et finis efficācis transmissionis energiae consequātur. Interstitium inter pistorem impactantem et corpus cylindri vel manicam linientem est paramētrum technicum valdē importāns. Si interstitium nimis magnum sit, magna perditio interna orietur, quae vim impactūs insufficiēntem reddit et etiam frangentem saxorum normāliter operārī prohibēbit; si interstitium nimis parvum sit, motus pistonis tardus esse poterit aut galling occurrere poterit, simulque cōstās fabricātiōnis subitō augēre.

(2) Mechanismus distributionis

Frangens saxorum hydraulicus in genere habet valvulam distributionis quae directionem fluxus olei hydraulici mutat, per quam motum reciprocum pistonis impactivi regit et movet. Formae structurales valvulae distributionis multae sunt; in duas praecipuas classes dividi possunt: valvulae spindelis et valvulae manicarum. Valvulae spindelis in genere leves sunt, parvum oleum consumunt, minorem diametrum habent, et interstitium coniunctionis ac perditio olei minora sunt; sed plerumque structuram gradatam habent, machinabilitatem structuralem relativam paucam, et magnas perditos strangulationis. Valvulae manicarum gravius sunt, diametrum maiorem habent, et interstitium coniunctionis ac perditio olei etiam relativae maiores sunt; sed machinabilitas structurales bona est, gradientes arearum aperturarum magni sunt, et perditae strangulationis parvae. Interstitium coniunctionis inter spindelis valvulam et corpus valvulae aut manicam valvulam est aliud parametrum technicum importante in fabrica frangentis saxorum hydraulici; interstitia quae aut nimis magna aut nimis parva sunt utramque causam habent ut valvula normaliter non operari possit.

(3) Mechanismus stabilisationis pressionis accumulatoris

Plurimi frangentes saxorum hydraulici unum aut plures accumulatores habent, qui functionem conservationis energiae et stabilisationis pressionis implent. Frangens saxorum hydraulicus externa opera tantum in cursu impulsivo praestat; cursus reductivus vero ad cursus impulsivum parandum est. Cum pisto redit, oleum hydraulicum in accumulatorium ingreditur ad pressionem maiorem quam pressio camerae onerandae, atque ibi ut energia potentialis olei in accumulatorio conservatur. Hoc in cursu impulsivo pistonis liberatur, convertens magnam partem energiae cursus reductivi in energiam percussivam. Ita accumulatorius functionem perficit efficientiam systematis augendi, simulque ictus pressionis et pulsationes fluxus, quae a commutatore valvulae distributionis oriuntur, minuendi.

(4) Mechanismus actuantis

Caelum est pars actuans frangentis petrae hydraulici quae opus externum praestat, directe in obiectum operantis agens; est pars exsudentis quae bonam resistentiam ad abradendum requirit, dura extrinsecus et tenax intrinsecus, cum duritia gradatim a parte extrinseca ad intrinsecam variante. Ut ad varias conditiones operis et obiecta operantis adaptemur, caeli formae sunt acutae, quadratae, palaeformes et planicapitales.

(5) Mechanismus contra ignem inanem

Quoniam frangens saxorum hydraulicus magnam energiam ictus habet, si pistonem permittatur corpus cylindri directe percutere, corpus frangens saxorum graviter laedetur — quod in eruptione vacua («blank-firing») evenit. Structura praeventiva eruptionis vacuae constat addito loculo hydraulico amortienti ante corpus cylindri. Cum scalpellum adhuc non contigerit saxum et progrediatur, pisto in loculum amortientem ingreditur, oleum interius comprimens et energiam ictus absorbens, ut corpus machinae mollius protegatur. Simul autem orificium olei in loculo anteriori clauditur, ita ut sub actione gravitatis et nitrogenis partis posterioris pisto retrahi non possit; tantummodo cum scalpellum rursus saxum contigerit et maiore pressione brachii retrudat, pisto loculum amortientem exigit et oleum ad altam pressionem in loculum anteriorem ingredi potest, ut operatio normalis rursus continuari possit. Ut in Fig. 1–4 apparet, postquam frangens saxorum hydraulicus rem fracturam subiectam superavit, pisto ad summum semel aut bis eruptionem vacuam facere potest antequam sistat. Operator ergo punctum ictus rursus eligere debet, scalpellum firmiter premere et pressionem adhibere, ut scalpellum pisto a orificio inferioris loculi olei amoveat, atque opus rursus incipere possit.

(6) Alii mechanismi

Alii mechanismi frangendae petrae hydraulicae includunt: structuram connexivam, mechanismum ad minuendam vibrationem, systema obsignandi, systema lubricationis automaticae, etc.

1.4.2 Classificatio Frangendorum Petrarum Hydraulica

Sunt multae species frangendorum petrarum hydraulica et multae methodi classificandi. Praecipuae methodi classificandi sunt hae:

(1) Classificatio secundum modum operandi

Frangenda petrarum hydraulica secundum modum operandi distinguuntur in ea quae in vehiculis portantur et ea quae manu tenentur. Quae manu tenentur sunt frangenda petrarum parva, quae etiam scalpra hydraulica appellantur; massa eorum generaliter infra 30 kg est, manu operantur, statione hydraulica speciali impelluntur, et late possunt loco scalprorum pneumaticorum substitui. Quae in vehiculis portantur sunt frangenda petrarum media et magna, quae directe in brachio excavatorum hydraulicorum, oneratricum, et aliarum machinarum portantium hydraulicarum installantur, utendo systemate potestatis, systemate hydraulico, et systemate motus brachii machinae portantis ad operandum.

(2) Classificatio secundum medium operativum

Fractores lapidum hydraulicorum secundum medium operativum in tres magnas classes dividuntur: puri hydraulicorum, hydraulicorum-pneumaticorum combinatorum, et nitrogen-explosivorum. Typi puri hydraulicorum tota vi pressionis olei hydraulici nituntur ut pistoni ad operandum impellant; typi hydraulicorum-pneumaticorum combinatorum oleo hydraulico et nitrogenio compresso in parte postica simul nituntur ut pistoni ad operandum impellant; typi nitrogen-explosivi tota vi expansionis instantaneae nitrogenii in camera nitrogenia postica nituntur ut pistoni ad operandum impellant.

(3) Classificatio secundum methodum retroactionis

Fractōrēs rūpium hydraulici secundum modum signī feedback in fractōrēs feedback per cursūm et fractōrēs feedback per praessiōnem dispōnuntur. Differentia in modo colligendī signum feedback ad commūtātiōnem vālvulae distribūtrīcīs cōnsistit. Fractōrēs rūpium hydraulici feedback per cursūm in apertūra et clausūra forāminum feedback oleī ad altam praessiōnem a pistōne in cursū suō nītuntur ad commūtātiōnem vālvulae distribūtrīcīs regendam; loca forāminum feedback sōlum rigide statuī possunt, et quia conditiōnibus structūrālibus limitantur, forāmina feedback maximē tria statuī possunt; igitur fractōrēs rūpium hydraulici feedback per cursūm frequēntiam impactūs continuam adiustāre nequeunt. Fractōrēs rūpium hydraulici feedback per praessiōnem in collēctiōne praessiōnis systemātis aut praessiōnis camerāe nitrogenī in caudā pistōnis nītuntur ad commūtātiōnem vālvulae distribūtrīcīs regendam; dum pistō in cameram nitrogenī intrat, praessiō camerāe nitrogenī continenter mutātur, et cum sensor praessiōnis in camerā positus praescriptam praessiōnem detegit, vālvula per contrōllem microcomputātrīcem commūtat; quoniam praessiō commūtātiōnis arbitriō statuī potest, fractōrēs rūpium hydraulici feedback per praessiōnem frequēntiam impactūs continuam adiustāre possunt.

(4) Classificatio per methodum distributionis

Secundum formam valvulae distributionis, in duas praecipuas classes dividuntur: valvula tribus viis cum unius faciei oleo refluente et valvula quattuor viis cum duarum facierum oleo refluente. Formae structurales unius faciei olei refluente praecellunt simplicitate ductuum olei et facilitate regulae; in praxi ergo frequentius utuntur. Unius faciei oleum refluens in duas species dividitur: oleum refluens ex anteriore camera et oleum refluens ex posteriore camera; quarum forma olei refluens ex anteriore camera incommoda habet magnam resistentiam suctionis et refluendi olei, ideo hodie communissima forma est ea quae constantem pressionem in anteriore camera habet et oleum ex posteriore camera refluit. Valvula quattuor viis cum duarum facierum oleo refluente etiam dicitur duplex actio; eius proprietas est nullam cameram pressionis constantis habere, atque pressiones in camera anteriore et posteriore alternatim altas et bassas esse; sed propter complexitatem ductuum olei in structura duarum facierum olei refluentis, haec forma rara est.

(5) Classificatio secundum distributionis valvulae dispositionem

Secundum distributionis valvulae dispositionem, in duas classes dividuntur: internae montationis et externae montationis. Typus internae montationis ulterius in duos dividi potest: typum spool et typum manicae. Distributionis valvae internae montationis cum corpore cylindri unum sunt, structuraque compacta; distributionis valvae externae montationis extra corpus cylindri sunt, structura simplici et facili maintenance et substitutione.

Praeterea, secundum gradum strepitus in duas classes dividuntur: silentes et normales; secundum formam externam custodis in fractores lapidum triangulares, turriculatos et clausos, etc. Diversae methodi classificationis in Fig. 1-5 resumuntur.