Praefatio ad Theoricam Ruptoris Petrae Hydraulici

1.5 Praefatio ad Theoricam Ruptoris Petrae Hydraulici

Durante operatione frangentis petrarum hydraulici, pressio olei in camera operativa commutatur alta frequentia sub imperio valvulae directionalis; proprietates fluidi in ductu olei non possunt simpliciter tractari secundum theoriam transmissionis hydraulicae, sed necesse est ut theoria vibrationum hydraulicarum adhibeatur. Vis quae agit in pistone et scalpro crescit ab zero ad decem usque ad centum megapascal in paucis decenis microsecundorum, deinde rursus ad zero redit; forma transmissionis energiae per undas tensionis determinat ut descriptio processus operis non possit simpliciter uti theoriis staticae, mechanicae corporum rigidorum et cinematicae. Principium machinae impactivae ad problemata dynamicae corporum elasticorum pertinet, et theoria undarum ad accuratam descriptionem processus transmissionis energiae necessaria est.

Secundum differentias in assumptionibus fundamentalibus et modellis mathematicis, investigatio frangentis petrarum hydraulici in duas magnas classes dividitur: investigatio modello lineari et investigatio modello non lineari.

1.5.1 Modellica Rerum Investigandarum Linearia pro Frangendis Petrae Hydraulice

Investigatio linearis est investigatio idealis, quae per assumptiones non-linearia frangenda petrae hydraulica linearizat — modelli lineares, qui sub assumptione 'constantis pressionis olei hydraulici' ac neglectis quibusdam factoribus obtinentur. Praemissum eius investigationis est opinio a scholaribus Sovieticis OdAlimov et SAbasov in libro 'Theoria Structurae Machinae Hydraulicae Vibratoriae Impactricis' proposita: 'Sub conditione datae velocitatis finalis impactus, pressio plene aequalis est optima ratio gubernationis maximi efficacitatis.' Super assumptione 'gubernationis pressionis constantis', scholares Sovietici schemata optima designis ad minimam vim impulsionis apicis proposuerunt. Scholaris Iaponicus Nakamai et al., super hoc fundamento, resistentionem tubulorum considerantes, investigationem theoricam et designalem de adaptabilitate cursus pistoñis fecerunt. Professor Li Dazhi Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis ideam designis cursus optimi proposuit. Chen Yufan et al. usi sunt modellis lineariß instrumentorum impactricium, analysi adimensionali per methodum cursus optimi utentes, ad analysin adimensionalem parametrorum instrumentorum impactricium perficiendam, et seriem expressionum relationalium parametrorum ad opus designandi dirigendum adepti sunt. Magister Chen Dingyuan Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis, ut variabile designis C = S/S_m (S: cursus operativus, S_m: cursus maximus) adhibens, analysin adimensionalem frangendorum petrarum hydraulica fecit, et regionem optimae efficacitatis esse C = 0,75 ad 0,850 invenit. Magister Wang Zheng Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis, ut variabile designis tempus t accelerationis pistoñis in reditu adhibens, analysin parametrorum comprehensivam fecit, et invenit: cum volumen accumulatoris minime mutatur, t = 0,406T; cum impetus hydraulicus minimus est, t = 0,5T. Magister He Qinghua Universitatis Australis Centralis, ut variabile designis adimensionale coefficientem characteristicum structurae instrumenti impactricis — scilicet rationem inter areas effectivas anteriorem et posteriorem camarae pistoñis — adhibens, designum optimum instrumentorum impactricium perfecit. Quoniam multae investigationes lineares non consideraverunt relationem inter se coartantem inter pistoñem et valvulam, quae directe afficit performancem impactus et statum accumulatoris, non possunt accurate reflectere interrelationes inter multos parametros structurales in machina. Licet praecisio earum investigationum relativè parva sit, tamen resultata eorum fundamentaliter influentiam factorum variorum in performancem reflectere possunt, et ideo certum valorem practicum in investigatione theorica et designali habent.

1.5.2 Modeli Nonlinearis pro Frangendis Saxis Hydraulice

Quasi typicum et complexum systema mechanicae retroactionis unius corporis, frangendus saxorum hydraulicus, sicut systemata nonlinearia in aliis disciplinis, multa phaenomena et schemata nonlinearia habet. Studium nonlinearis factorum influentium motum frangendi saxorum hydraulici plenius consideravit, statum tensionis frangendi saxorum hydraulici comparatim plene analysavit, et aequationes differentiales nonlineares ordinis superioris ad describendum eius motus schemata accepit. Sed aequationes solvere difficile est, descriptio non est intuitiva, et tantum per computatra numerice solvi possunt. Recentibus annis, cum scientia technologiaque computatralis evolverent et microcomputatra vulgarentur, studium modelorum mathematicorum nonlinearium crescentem attentionem hominum consecutum est.

Iam ab initio annorum 1970 externi eruditi computatra digitalia ad studium simulativum machinarum impactionis in percutientibus petrarum pneumaticis adhibuerunt, resultata relativè accurata consequentes. Anno 1976 Masao Masabuchi, eruditus Iaponicus, primus fuit qui computationem mathematicam ad studium frangentium petrarum hydraulicarum applicavit, proponens modellem mathematicum apparatus testis impactionis hydraulicae et computationem iterativam ad velocitatem ac frequentiam cursus potentiae inveniendam utens, deinde cum valoribus mensuratis comparans. Annis 1980 Iaponici eruditi Takauchi Yoshio, Tanimata Shu et al. inquisitionem non linearem de functione et constructione frangentium petrarum hydraulicarum instituerunt, proponentes modelles analyticos ad aestimationem functionis et constructionem frangentium petrarum hydraulicarum idoneos, necnon theoriam derivationis et methodum analysios pro hoc modello analytico. Anno 1980 Li Dazhi et Chen Dingyuan Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis modellem mathematicum non linearem proposuerunt, in quo pressio accumulatoris pro pressione operativa sumebatur, et solutiones numericas stabiles quaesierunt. Anno 1983 He Qinghua Universitatis Industrialis Australis Medialis, in opusculo 'Inquisitio Simulativa Numerica Frangentis Petrarum Hydraulicae', methodum commutationis status ad constituendum modellem mathematicum integrum usus est, methodum calculi 'quasi-uniformis accelerationis' (methodum PUA) proposuit, errores in punctis transitionis status emendavit, et accuratiam simulationis auxit. Anno 1987 Professor Chen Xiaozhong et Magister Chen Dingyuan Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis modellem mathematicum non linearem mechanismorum impactionis constituerunt et programmmata simulativa in lingua BASIC scripserunt, data simulativa obtinentes quae cum resultatis mensuratis relativè consentirent. Dum frangens petras hydraulicus operatur, propter altam pressionem, brevem cyclum impactionis, et frequens commutationem fluxus olei, camera pressionis variabilis semper mutatur; itaque, dum oleum hydraulicum per varias interstitia fluit, ingens calor generatur, quod ad temperaturas locales altas ducit et functionem dispositivi impactionis atque lubricationem localem afficit; tamen in hac parte inquisitio adhuc vacuum est.

Propter complexitatem motus frangendae petrae hydraulicae, etiam modelli non lineares super certis assumptionibus construuntur; itaque inter modulos lineares et non lineares non est magnus differentia in describendo essentiali natura rerum — tantum methodi solvendi modellos mathematicos variant. Modelli lineares solutiones analyticas utuntur, dum modelli non lineares methodos numericas per computatra ad solutionem requirent. Uterque tantummodo schemata motus instrumenti impactivi approximare potest; et ad obtinendum accuratiora descriptionis methoda, adhuc opus est progressu dynamicae fluidorum computatoriae.

Monendum est quod, cum technologia frangendae petrae hydraulicae progreditur, praesertim cum frangentibus petram hydraulico-pneumaticis combinatis et frangentibus petram hydraulico-nitrogeno-explosivis exortis, medium operativum frangendae petrae hydraulicae non solum oleum sed etiam gas est; et introductio nitrogenii ulterius difficultatem et complexitatem investigationis theoreticae auxit.

1.5.3 Investigatio de Componentibus Principalibus Frangendorum Petrae Hydraulicorum

(1) Investigatio Pistonis

Qualitas designis et fabricae pistoñis impactionis magnopere determinat efficaciam instrumenti impactionis. Eruditi Sinenses hanc rem pertractaverunt copiose. Magister Meng Suimin, Collegii Ingeniorum Hydroelectricorum Gezhouba, ex modelo lineari profectus, analysi adimensionali usus est ad explorationem praeviam influentiae velocitatis resilitionis pistoñis in parametris operationis frangendi petrarum hydraulici. Professor Liu Deshun, Collegii Ingeniorum Xiangtan, in tractatu suo 'Calculatio velocitatis resilitionis pistoñis perforatoris petrarum', theoria dynamicae undarum adhibuit; atque, postquam principia operis perforatoris petrarum explicavit, iudicia de resilitione pistoñis et formulas calculandi velocitatem resilitionis pro perforatoribus petrarum proposuit, ad haec capita perveniens: ① Status resilitionis pistoñis et velocitas resilitionis ad proprietates pistoñis, scalprorum et petrae pertinent, nec earum influentiae sunt independentes sed inter se coniunctae. ② Minus coefficiente rigiditatis descaricandae petrae, maior est velocitas resilitionis. Minus coefficiente γ, qui proprietates onerandi perforatoris petrarum et petrae designat, maior est velocitas resilitionis. ④ Ut efficiens perforatio petrarum optima assequatur, dum instrumentum impactionis designatur, coefficientem characteristicum γ intra fines 1 ≤ γ ≤ 2 tenere oportet.

Industria paulatim quaedam directiva de designo pistonis formavit:

1) Pistonem elongatum esse oportet et superflua transversalia sectionis mutamenta minuere, ut efficiens transmissio energiae et duratio vitae scalprilis proficiant.

2) Area faciei pistonis quae impingit aeque magna esse debet aut prope aequalis areae faciei terminalis scalprilis, et certa longitudo conicitatis praebenda est, ut transmissio undarum impulsivorum proficiat.

3) Tota cursus et cursus ultra normam pistonis nec structuras hermeticas in utroque extremo laedere debent.

4) Dimensiones hydraulicae cunei ad ignitionem vacuam et longitudines hermeticorum singulorum segmentorum pistonis bene designandae sunt.

5) Recta selectio materiae requiritur — materia pistonis altam praestare debet praestationem mechanicam, altam duritiam superficiei, bonam tenacitatem internam, atque excellentem resistentiam ad attritionem et ad impetus.

6) Interstitium coniunctionis inter pistorem et corpus cylindri rationabiliter determinandum est, omnino consideratis amissis per effugium et praecisione fabricandi. Generaliter interstitium coniunctionis inter pistorem et corpus cylindri est 0,04 ad 0,06 mm, et interstitium coniunctionis inter pistorem et manicam subministratricem est 0,03 ad 0,05 mm.

(2) Studium valvulae distributionis

Hodie magna pars systematum frangendorum petrarum hydraulicorum utitur systematibus pistonis regulatis valvulis cum retroactione positionis, et motum pistonis reciprocum altius velocitatis efficit per mutationem schematis suppeditationis olei in quodam loco apparatus percussivis. Licet haec forma regulae sit relativus simplex, processus transitus eius est relativus complexus. Durante processo commutationis valvae, tempus, velocitas, cursus, consumptio olei, et alii parametri omnes mutatur per gradus, quod magni effectus habere potest in performance apparatus percussivis. Ad hoc, Liu Wanling et al. Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis, per theoriam et experimentum, investigationem specialem de proprietatibus valvarum regulantium in systematibus percussivis hydraulicis fecerunt, obtinentes veram traiectoriam motus valvae apparatus percussivis investigatae, revelantes leges motus valvae directionis, et determinantes principales parametres valvae regulantis quae influunt in performance apparatus percussivis. Qi Renjun et al. Universitatis Australis Centralis analysim theoricam processus regulae valvae, investigationem optimisationis structurae et parametrorum valvae, et aliquas conclusiones regularum utilium obtinuerunt; ad phaenomena saturationis velocitatis et cavitatis possibilia durante motu altius velocitatis valvae directionis, solutiones efficaces proposuerunt quae massam et cursum spool valvae minuunt dum diametrum canalis olei parum augent. Liu Wanling et Gao Lanqing Collegii Ferri et Aci Pechinensis, in 'Analysis Characteristicarum Dynamicarum Valvae Directionis Frangendorum Petrarum Hydraulicorum — Simulatio et Investigatio Experimentalis', per programmationem BASIC, explorationem de melioratione characteristicarum dynamicarum valvae fecerunt, concludentes quod, cum apertura zero-superpositionis crescit, pressio in camera posteriori cito decrescit, opus percussivum crescit, frequencia percussiva paululum decrescit, et efficentia apparatus percussivis meliorat; cum autem apertura zero-superpositionis nimis magna est, propter diminutionem longitudinis sigilli in humero valvae, operatio valvae fides non habet.

(3) Investigatio de accumulatore

Accumulator est pars importantissima frangendae rupis hydraulicae, et eius structura directe afficit praestantiam totius machinae frangendae rupis hydraulicae. Ideo, dum de praestantia frangendae rupis hydraulicae investigatur, etiam de accumulatoribus investigatio instituta est. Anno 1990, docti Iaponici Takauchi Yoshio, Tanimata Shu et al. experimentalem et theoreticam investigationem fecerunt; et ex modello analytico constituto, aequationem status adhibuerunt ad formulam calculandi volumen nitrogenii in accumulatore implendi obtinendam, eamque experimentis verificaverunt, ita ut fundamentum theoricum pro optima accumulatoris conceptione praeberent. Anno 1986, Duan Xiaohong Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis, per methodum parametrorum collectorum, modello dynamico alti pressionis membranacei accumulatoris constituto, tam per experimenta quam per computationes analysi frequentialis characteristicarum systematis accumulatoris fecit, optimam coniunctionem inter accumulatorum et frangendam rupem hydraulicae disputavit, atque ostendit quod zona optima operis instrumenti percussivis ea sit, ubi responsio secundaria harmonica accumulatoris ad mutationes pressionis systematis in energia dominat. Anno 1986, Magister He Qinghua Universitatis Australis Mediorum in articulo suo 'Oleum Rediens et Accumulator Olei Redientis in Mechanismis Percussivis Hydraulica' edidit, ubi notavit pressionem hydraulicae operationis frangendae rupis hydraulicae praecipue pendere a vi inertiae suarum partium mobilium; haec est insignis characteristica frangendae rupis hydraulicae, qua ab ordinariis machinis hydraulicis distinguitur, quarum pressio hydraulica operativa praecipue pendet ab onere externo. Pressio rediens est praecipue pressio hydraulica inertiae, quae oritur ex oleo accelerato dum pistones aut valvae oleum in tubum olei redientis effundunt; et notatum est quod, quia fluxus effluentis instrumenti percussivi differt a paternitate variationis fluxus olei in tubo rediente, cum fluxus in tubum rediens ingrediens minor sit quam fluxus olei in tubo rediente moventis, tunc cavitas orietur. Ut pressio rediens inertiae minuatur et cavitas rediens tollatur, proponitur accumulator olei redientis in frangenda rupe hydraulica installari, ac ex hoc methodus designandi parametrorum accumulatoris redientis proponitur. Recentibus annis, Universitas Scientiae et Technologiae Pechinensis de characteristicis dynamicis coniunctionis accumulatorum frangendae rupis hydraulicae investigavit, pachetum programmatum simulationis HRDP composuit, et in calculationibus verificationis pro optimalibus characteristicis dynamicis coniunctionis accumulatorum successus adeptus est.

(4) Studium de dispositivis contra ignem in vacuum et de absorptoribus energiae resilitionis scalprorum

Quia, dum frangitur saxum per machinam hydraulicae percussionis, inevitabilis resiliens ictus scalpriformis et phaenomena absque effectu percussoris („blank-firing“) eveniunt, ergo praestatio operativa absorptoris energiae resilientes scalpriformis et dispositivi praeventivi absque effectu percussoris magni momenti est ad diuturnitatem usus machinae hydraulicae frangendae saxa. Magister Meng Suimin, in opusculo suo „Analysis of Rock Drill Piston Rebound Velocity“, factorum causarum resilientis ictus caudae scalpriformis analysin systematicam fecit et methodos absorptionis energiae resilientes scalpriformis investigavit. Liao Yide Universitatis Australis Centralis, in opusculo suo „Theory and Experimental Research on Hydraulic Rock Drill Blank-Firing Buffer Devices“, modellem mathematicum processus bufferis absque effectu percussoris constituit et investigationem per simulationem perfecit. D. Liao Jianyong, in opusculo suo „Design Theory and Computer-Aided Design of Multi-Stage Hydraulic Rock Drills“, per computatorem simulationem et optimisationem designis dispositivorum absorptorum energiae resilientes scalpriformis et dispositivorum praeventivorum absque effectu percussoris fecit. Liu Deshun Universitatis Australis Centralis, in dissertatione sua doctorali „Wave Dynamics Research of Impact Mechanisms“, theoria dynamicae undarum adhibuit, formulas calculandi velocitatem resilientis pro singulis partibus mechanismi impactus deduxit, atque ostendit energiam resilientem posse uti per rationabilem conceptionem singulorum partium mechanismi impactus. Institutum Machinarum Hydraulico-Ingeniorum Universitatis Australis Centralis dispositivum bufferis absque effectu percussoris bi-stadium elaboravit, quod facultatem absorptoris energiae resilientes scalpriformis plene utilizzavit — praeclarum inventum scientiae creativae.

1.5.4 Studium de Technologia Sintonisationis Frequentialis, Sintonisationis Energiae et Regulationis Frangendorum Lapidum Hydraulicae

Cum technologia frangendorum lapidum hydraulica evolveretur, constructiones in campo novas ad exigentias frangendorum lapidum hydraulica praebuerunt. Ut efficaciter augeatur efficiens productio, requiritur ut energia percussiva et frequentia percussiva frangendorum lapidum hydraulica secundum mutationes proprietatum lapidum variare possint. Id est, sub condicione ut maxime capax installata machinae portantis utatur, cum lapis durior sit, frangendum lapidum hydraulicum maiorem energiam percussivam et minorem frequentiam percussivam emittit; e contra, minorem energiam percussivam et maiorem frequentiam percussivam emittit, ut ita maior efficiens productio consequatur. Ad huiusmodi fines assequendos, studia amplissima tam domi quam foris instituta sunt.

Ex theorica investigatione de frangendis saxis per hydraulidam, eius productum (energia et frequentia percussivae) principaliter tribus modis reguli potest: ① fluendi regulatio; ② cursus regulatio; ③ pressionis reactivae regulatio. Nunc vero magna pars frangendorum saxis hydraulidorum domesticorum et externorum unicum tantum habet cursum fixum — id est, productum eius non est regulabile. Scilicet, si huiusmodi frangenda saxis hydraulida per fluendi regulatio productum suum regulare conentur, quamvis hoc theorematice fieri possit, in praxi tamen inefficax est. Nam mutationes fluendi parametra producti eius pariter mutant, ita ut regulatio independens non obtineri possit.

Etsi quidam domēsticī ac peregrīnī fabricantes machinas frangendī rūpēs hydraulicas cum variābili cursū dīxērunt atque fēcērunt, tamen, quia hae sunt rigidae structurae et gradātim adiustantur, utīque incommōdissimae sunt, parumque efficācēs; ideo ab ūsōribus nōn probantur. Ad distribūtiōnem signī cursūs reditūs, parametrī operātōriī exīsēns mūtantur praecipuē per mutātiōnem fluxūs intrantis in systēma, aut per additiōnem forāminum multiplicium pro signīs cursūs reditūs, atque per regendum aperiendum atque claudendum singulōrum forāminum, ut cursus pistōnis adiustētur, ita ut energia impulsūs et frequēntia impulsūs frāctōris hydraulici mūtentur. Exemplī grātiā, trīplex velocitās frāctōris hydraulici Ātlas-Copco, qui in Suecia productus est. Series YYG frāctōrum hydraulicae automāticē commutantium vītīs Universitātis Meridiōnālis et Centrālis — ob limitātiōnēs structūrales, haec principia sōlum adiustamenta gradātim facta parametrōrum operātōriōrum frāctōris hydraulici efficiunt; et quoniam pressiō atque fluxus in systēmā impulsūs inter sē sunt prōportiōnales quadrātō, augmentum simul energiae impulsūs et frequēntiae impulsūs magnās valdē mutatiōnēs in potentiā machinae portātrīs efficit, quod ambitum operātōrium frāctōris hydraulici et efficāciām eius operātōriam līmitat. Professor Takashi Takahashi Universitātis Akita in Iāpōniā, in artīculō quōdam, positiōnem forāminis signī cursūs reditūs adiustāre descripsit, ut cursus pistōnis frāctōris hydraulici mūtārētur. Experimenta probāvērunt quod, cum cursus pistōnis augeatur decem per centum, quamquam frequēntia impulsūs minuatur octō per centum, tamen energia impulsūs augērī possit duodecim per centum, quod efficāciām operātōriam meliōrāvit et fundamenta theōrica atque experimentālia ad dīsignandum frāctōrēs hydraulicos cum cursū variābilī praebuit. Magister Hē Qīnghuá Universitātis Meridiōnālis et Centrālis, in opere «Studium de Machīnīs Hydraulīcīs Impulsivīs cum Cursū Variābilī», plūrēs modōs commūtandī vītīs comparāvit et rēlationēs inter varia parametra operātōria machīnārum impulsivārum hydraulīcārum cum cursū variābilī theōricē analysāvit; quorum rēsultāta manifestam habent significationem directīvam ad dīsignandum atque ūtendum frāctōribus hydraulicīs cum vītīs commutābilibus. Hoc liber concēpit notionem parametrōrum operātōriōrum independentēr atque sine gradibus adiustandōrum, fundātus in principiō feedback pressiōnis, et hanc novam machīnam frangendī rūpēs hydraulicam in mercātum intulit. Praecipuē enim adiustat energiam singulārem impulsūs dispositīvī per contrōlam magnitūdinis pressiōnis reditūs pistōnis; simul per contrōlam fluxūs pumpae variābilis frequēntiam dispositīvī impulsūs sine gradibus adiustat, ita ut energia impulsūs et frequēntia impulsūs utraque independentēr atque sine gradibus in ambitū relātīvē magno adiustārī possint, dum mutātiō potentiāe machinae portātrīs exigua sit. De studiīs theōricīs, dīsignō structūrālis, et methodīs contrōlandī huius novī generis machīnae impulsivae hydraulicae, auctōrēs studuerunt de dispositīvīs impulsivīs hydraulicīs quae energiam impulsūs et frequēntiam impulsūs independentēr atque sine gradibus adiustant. Dr. Zhao Hóngqiáng, in dissertātiōne doctorālī «Studium de Novō Frāctōre Lapidis Hydraulico cum Contrōle Independentī et Sine Gradibus», methodum traditiōnālem contrōlandī cursūs reditūs frāctōrum hydraulicōrum superāvit, methodōs contrōlandī per feedback pressiōnis et per fluxum pumpae variābilis adoptāvit, atque ita contrōlum independentem et sine gradibus energiae impulsūs et frequēntiae impulsūs frāctōris hydraulici effēcit. Dīng Wēnsī, in suā dissertātiōne doctorālī, utēns pressiōne azōtī in caudā frāctōris ut variābilī contrōlandā, multum operis in frāctōribus distribūtiōnis coāctae, quae valvulīs commutātiōnis celeris reguntur, perfēcit, atque ita regulātiōnem frequēntiae et energiae frāctōris independentem effēcit. Zhāng Xīn, in opere «Studium de Novō Systemāte Dispositīvī Impulsīvī Hydraulici cum Feedback Pressiōnis et Integritāte Machīnae-Electrōnis», valvulās commutātiōnis celeris per microcomputātōrem unicīs contrōlātās adhibuit, ut dispositīvum impulsīvum per computātōrem micrō regerētur. Yáng Guōpíng, in dissertātiōne doctorālī «Studium de Pūrō Dispositīvō Impulsīvō Hydraulico cum Regulātiōne Frequēntiae et Energiae Independentī et Sine Gradibus», dispositīvum impulsīvum intellegēns proposuit, quod schemate purē hydraulico contrōlātur et quod regulātiōnem sine gradibus energiae impulsūs et frequēntiae impulsūs frāctōris hydraulici per manubrium valvulae distribūtōriae pilotis efficit.

1.5.5 Status praesens investigationis technologiae simulationis frangendorum saxorum hydraulicorum

Ex perspectiva conceptionis et evolutionis producti, optime est ut investigatio de proprietatibus dynamicis mechanismorum fiat in statu evolutionis et conceptionis producti. Simulatio responsionis dynamicis systematum controlis hydraulicorum semper fuit campus qui a disciplina hydraulica continue investigatur et etiam est medium vulgare ad studendum proprietates responsionis dynamicis systematum controlis.

Specialis modus operandi frangendae petrae hydraulicae determinat ut analysis simulativa dynamica et experimenta praemissae fundamentales sint ad theoriam mechanismi designandam atque evolvendam. Postquam computatra apparuerunt, obstaculum quod unice in experimentis productorum innitebatur, ut exacta aut fida de motu mechanismi resultata obtinerentur, superatum est. Eruditi coeperunt varios adhibere modos ad aedificandos modellos mathematicos qui vibrationem hydrauliciam et motum machinae impactivae describunt, analysantes per technicam simulativam processus mutationum parametrorum frangendorum petrarum hydraulicae, et utentes technica prototypi virtualis ad simulandum processus motus machinarum impactivarum. Postquam designi resultata sunt definita, motus mechanismi perspicue intellegi potest et pertinentes parametri performance calculi, optima via praebens ad breviandos novorum productorum ciclos evolutionis, ad optimizandam conceptionem, et ad analysandum performance dynamica.

In annis 1960 et 1970 eruditi externi coeperunt computatra digitalia ad opus simulationis machinarum impactionis applicare. Haec opera pressionem in camera anteriore et posteriore ut variabile sumpserunt, influum et effluum fluidi ex singulis portibus calculaverunt, coefficientibus fluxus correxerunt; deinde aequationem status gasis et aequationem aequilibrii energiae adhibuerunt, aequationes microdifferentiales constituendo quae mutationes status accumulantis et pistoñis describunt; postquam certa tractamenta approximativa motus valvulae fecerant, methodos differentiarum finitarum ad solutionem numericam adhibuerunt. Resultata simulationis, praesertim parametri functionis, valde propinqua erant valoribus mensuratis, adeptoque successu satisfaciens. In Iaponia, investigatores magis in modello computatrali pro specificis frangendis petrarum hydraulicis constituendo insisterunt, et parametris e experimentis acceptis in simulationem introducendis, optimisationem parametrorum structurae, parametrorum impactionis, et functionis frangendorum petrarum hydraulicorum perfecerunt, optima area portus olei refluendi, volumen optimum caricae accumulantis, et area pressionis capientis camere posterioris frangendi petrarum hydraulici correspondens obtinentes. Dum simulationem agebant, investigatores Iaponeses magis ad comparationem inter resultata simulationis et experimentorum attendebant, et modellos computatrales secundum data experimentorum corrigebant. Societas Sandvik, postquam effectum formae pistoñis impactionis in modum transmissionis energiae consideraverat, programmatum simulationis computatrale in hac regione etiam condidit ac evolvit. Hoc programma utendo: ① processus transmissionis energiae per singulas partes impactionis simulatur; ② diversae conceptiones singulorum componentium systematis simulatur; ③ sub diversis conditionibus obiecti impactionis, effectus variorum designorum in transmissionem energiae simulatur. Programma computatrale Sandvik non solum fabricationem optimorum productorum garantit, sed etiam facultatem omnium parametrorum ad systema impactionis afficiendum, et effectum mutationum quorundam parametrorum in efficaciam metiri et intellegere potest, atque utentibus ut instrumentum computatorium practicum et efficax praebet.

Post decennium anni 1980, etiam studia domestica de technologia simulationis et eius applicationibus coepere. Eruditi Sinenses Tian Shujun, Chen Yufan, aliique omnes modellos mathematicos instituerunt, utroque suo modo. Tian Shujun et al. usi sunt grapho ligaminum potentiae — technologiae praestantioris ad modellandam dynamice — coniunctis methodis analysi spatii status, praesertim in studiis de programmatibus simulationis dynamicis pro frangendis saxorum hydraulicis valvulis glissans regulatis. Haec investigatio pertractavit modellandam simulationem dynamicam et programmationem frangendorum saxorum hydraulicorum, praebens methodum et viam multis posterioribus programmatoribus simulationis, ut Professor Zhou Zhihong Universitatis Scientiae et Technologiae Pechinensis, qui ducebat discipulos Yan Yong et al. ut grapha ligaminum potentiae ad aequationes dynamicas constituendas adhiberent pro pluribus generibus pistonum, valvarum directionis, et singulis aequationibus fluxus hydraulicorum et aequationibus status gaseorum frangendorum saxorum hydraulicorum; deinde programmatum simulationis lingua computatoria conscripserunt ad analysin processuum principalium mutationum status, ut pressionis camerrarum anterioris et posterioris, fluxus, displacementis pistons et velocitatis frangendorum saxorum hydraulicorum, praebens platformam ad ulterius investigandum effectum mutationum parametrorum frangendorum saxorum hydraulicorum in eorum functionem. Cum celeriter computatra et technologia programmatum evolverent, programmmata Matlab et AMEsim ad modellandum et simulandum systemata frangendorum saxorum hydraulicorum applicata sunt, praebens subsidium theoricum ad breviandum cycli investigationis et evolutionis et ad meliorandum qualitatem designi novorum modellorum.

1.5.6 Methodi Investigationis Experimentalis

Experimentum est medium fundamentale, quo homines naturam cognoscunt et mundum obiectivum transformant — per experimentum phaenomena observata et data mensurata summaria et abstracta reddunt, nexibus internis et schematibus inveniunt, et theoriam constituunt. Experimentum est fons theoriae; experimentum est iudex solus ad theoriam verificandam.

Parametri impactionis frangentis petrarum hydraulicorum sunt index magni momenti ad aestimandam eius conceptionem, gradum fabricandi, et qualitatem. Principales parametri omnes per experimenta metiri possunt, et resultata in forma numerorum, curvarum, aut diagrammatum exprimi. Verificatio functionis praecipue versatur circa mensuram energiae impactionis, frequentiae impactionis, pressionis systematis, et fluxus. Methodi hodie ad hos parametros metiendos nullas habent unificatas normas experimentales internationales. Methodi hodie vulgatae ad impactionis frangentis petrarum hydraulicorum functionem experiri sunt: methodus undae pressionis, methodus differentialis displacementis photoelectricae, methodus inductionis electromagneticae, methodus contactus, photographia altae velocitatis, methodus diagrammatis indicis, et methodus energiae, inter alias.

Methodus undae tensionis est methodus ad energiam percussionis metiendam per mensuram undae tensionis generatae in scalpro, cum pisto percussor in scalprum incutit. Methodus photoelectrica principium conversionis photoelectricæ utitur; per sensorem photoelectricum, positionem pisti percussionis tamquam directam mensuram experimentalem accipiens ad obtinendum displacementem motus pisti, deinde ulterius calculans singulos parametres functionis apparatus percussionis. Methodus photoelectrica, ut methodus non contactus, optime apta est ad machinas percussionis, ut fractores petrarum hydraulicos, quorum cursus pisti longus est, diametri magnae, et velocitas alta. Methodus inductionis electromagneticae systema sensoris inductionis electromagneticae utitur, compositum ex baculo magnetico in pisto percussionis installato et ex spira helicoidali in carcasso collocata; electromotricem vim inducendam, quae a spiris generatur dum lineas campi magneticis secant, dum baculus magneticus cum pisto reciprocatur, adhibet; et velocitatem motus pisti ex relatione calibrata inter vim electromotricem et velocitatem percussionis obtinet, unde energiam percussionis pisti calculat.

Methodus contactus est methodus calculandi energiam impactionis utendo velocitate finali pistoni, cum is in corpus impingit quod ictum accipit. In experimentis ad explorandam efficaciam ruptricis petrarum, supradictae quattuor methodi sunt relativē communes; ceterae methodi, sive propter difficultatem operationis et altos impensas, sive quia statum motus pistoni non plene reflectunt, vix in usu practico reperiuntur.

Monendum est methodum undarum tensionis supra dictam solum ad instrumenta percussiva energiam percussionis relativam parvam habentia, ut sunt perforatrices saxorum hydraulicae et instrumenta pneumatica, aptam esse; at vero in instrumentis percussivis hydraulicae fracturae saxorum altam energiam percussionis habentibus magis difficilis est examinatio. Capacitas examinandi unitatum specialium quae undas tensionis investigant generaliter exigua est nec sufficit ad examen magnorum instrumentorum hydraulicae fracturae saxorum; praeterea sonus et vibratio ab examinibus in aedibus generati etiam inacceptabiles sunt. Quod ad methodum contactus attinet, quamvis facilis sit in collocando, tamen resultata non sunt satis accurata nec promoveri possunt. Solus autem methodus inductionis electromagneticae ad examen instrumentorum hydraulicae fracturae saxorum omnibus de causis perfectus habetur: tum ad perforatrices saxorum hydraulicas parvae energiae percussivae, tum ad magnos fractores saxorum hydraulicos altam energiam percussivam habentes uti potest; velocitatem motus pistoni directe metitur, unde etiam spatium percursum a pistone et acceleratio deducuntur, quae res valde utilis est iis qui motus pistonicos investigant. Unicum defectum est quod baculus magneticus sub vibratione pistonicis altissimae frequentiae facile laeditur.

Dr. Ding Wensi Universitatis Meridionalis Centralis, in dissertatione doctorali 'De Nova Methodo Feedback Pressionis Machinae Nitrogeno-Explosivae Systematis Hydraulici Electrici Integri Frangendi Lapides', novam methodum pro examinando parametris output dispositivi impactionis proposuit — methodum pressionis gaseae. Haec methodus sensorum pressionis utitur ad effectum in pressionem cameræ nitrogenis hermeticæ, quæ in cauda pistoni insita est, dum piston movetur, detegendum; per computatrum autem cursus et velocitas motus pistons determinatur, unde duae praecipuae parametri output dispositivi impactionis — energia impactionis et frequentia impactionis — obtinentur. Comparata cum methodis traditionalibus examinandis, haec methodus pressionis gaseae non-contactilis praevalebit resistendo vibrationibus, parvo opere praeparatorio, simul metiendo energiam et frequentiam impactionis, facile calibrando, parvo errore parametrorum impactionis, et alta accurate. Non solum ut methodus mensurandi et identificandi producta in laboratorio adhiberi potest, sed etiam commodissime ad examen in situ in opere reali uti potest. In programma experimentorum hydraulicorum societatis Jingye iam applicata est et in normam industrialem 'Fractor Hydraulici Lapidum' scripta est.

1.5.7 Investigatio de Vibrations, Sonis, et Imperio

Praeter energiam impactionis, frequentiam impactionis et massam, indicatores ad metiendam praestantiam machinae hydraulicæ impactionis etiam sonitum, vibrationem corporis machinæ et rationem utilisationis energiæ comprehendunt, quæ sunt aspectus importunes ad aestimandam praestantiam universalem. Cum conscius agendi pro ambiente crescat, nationes evolutæ restrictiones de sono instrumentorum in dies severiores imponunt. Ut ad necessitates mercati adaptemur, sonitus et vibratio machinarum hydraulicarum impactionis, atque repressio pulveris, paulatim indicatores importantes certaminis commercialis fiunt; technologia eorum regendi iam est argumentum investigationis importunum. Eruditi ex variis nationibus investigant ex partibus structuræ et materiae; structuralem, enim, adhibentur remedia ut tubuli interni, dispositiva silentii, aut laminæ ferreæ interpositæ ad cohibendam vibrationem et sonitum. Societas Krupp omnes suos productos mediocres et minores materiis absorbentibus sonos instruxit. Societas Rammer in novis suis productis altæ pressionis pompas aquarias et aspergines atomizantes insallavit, ut effectus reducendi pulverem consequerentur. Praeterea, per technologiam sensorum obtinetur positio exacta frangentium lapidum hydraulicorum, foramina automata perficiuntur, scalpra sistuntur et retrahuntur, atque energia impactionis et frequentia impactionis secundum obiecta operativa automato adaptantur, etc.