Parameter Teknikal Asas

2.1 Parameter Teknikal Asas

2.1.1 Parameter Penghancur Batu Hidraulik

(1) Parameter prestasi

W dan frekuensi hentaman f merupakan parameter prestasi yang menerangkan penghancur batu hidraulik. W menakrifkan kapasiti kerja penghancur; f menakrifkan kadar kerjanya.

Kuasa output penghancur batu hidraulik boleh diungkapkan sebagai:

N = W × f                                           (2.1)

Oleh sebab dua parameter yang menerangkan prestasi — tenaga hentaman dan frekuensi hentaman — saling berkait, apabila mereka bentuk penghancur batu hidraulik, nisbah W kepada f mesti diimbangkan dengan teliti. Dalam keadaan kapasiti terpasang minimum, kecekapan kerja maksimum harus dicapai. Bagi pemecah batu hidraulik, tenaga hentaman yang besar W diperlukan dan frekuensi hentaman f perlu dikurangkan secara sesuai, untuk memenuhi keperluan daya hentaman tinggi dan kesan pemecahan yang baik. Bagi gerudi batu hidraulik, walaupun ia juga merupakan mekanisme hentaman hidraulik, ia memerlukan tenaga hentaman yang kecil W dan frekuensi hentaman setinggi mungkin f , untuk memenuhi keperluan pemboran berkelajuan tinggi.

(2) Parameter Kerja

Halaju Hentaman Piston Maksimum v _m , aliran kerja Q , tekanan kerja p , dan daya tolakan optimum F _T adalah parameter kerja penghancur batu hidraulik.

● Halaju hentaman piston maksimum v _m : ini adalah halaju sentuh seketika apabila piston menghentam bahagian belakang pahat. Tenaga kinetik piston yang sepadan ditakrifkan sebagai tenaga hentaman tukul hidraulik W . Apabila tenaga kinetik piston dipindahkan sepenuhnya kepada sasaran, tenaga hentaman tukul hidraulik adalah:

W = ½ mV ²_m                                            (2.2)

di mana: m — jisim piston.

Daripada Persamaan (2.2), semakin tinggi halaju hentaman piston, semakin tinggi tenaga hentamannya.

Namun, peningkatan v _m dibatasi oleh dua faktor:

1) Had sifat bahan bagi piston dan pahat. Halaju hujung hentaman v _m berkaitan dengan tegasan sentuh σ ; semakin tinggi σ , semakin besar kesannya terhadap jangka hayat piston dan pahat. Di bawah tegasan sentuh yang dibenarkan σ , pilihan lazimnya ialah v _m = 9 hingga 12 m/s. Seiring dengan kemajuan sains bahan, nilai v _m boleh ditingkatkan lagi.

2) Had frekuensi mekanisme hentaman. Oleh kerana struktur dan enjut piston adalah terhad, dengan enjut piston yang tetap, masa yang diperlukan untuk memecut hingga kelajuan v _m yang diperlukan adalah sangat singkat. Jelas sekali, semakin besar v _m , semakin pendek masa pecutan yang diperlukan.

Frekuensi rendah bermaksud masa kitaran dan masa enjut piston kedua-duanya panjang, manakala frekuensi tinggi v _m secara perlu menyebabkan lebar langkah dan masa kitaran yang lebih pendek — iaitu frekuensi hentaman yang tinggi — yang tidak dapat memenuhi keperluan rekabentuk frekuensi rendah.

● Aliran operasi Q : aliran yang dibekalkan kepada pemecah batu hidraulik oleh pam hidraulik semasa operasi; ia merupakan pemboleh ubah bebas. Kelakuan dan parameter prestasi pemecah batu hidraulik semua berkait rapat dengan aliran operasi dan merupakan fungsi aliran operasi; nilai-nilai ini berubah apabila aliran operasi berubah.

● Tekanan operasi p : tekanan yang diperlukan oleh sistem hidraulik apabila pemecah batu hidraulik beroperasi — tekanan sistem yang diperlukan untuk mencapai parameter prestasinya. Tekanan operasi p ialah pemboleh ubah bersandar; nilainya berubah apabila aliran input Q dan parameter struktur berubah. Semasa operasi, apabila semua parameter lain dikekalkan tetap, tekanan p tidak boleh diubah secara aktif. Tekanan operasi p dan aliran input Q memenuhi prinsip asas teknologi hidraulik: tekanan sistem ditentukan oleh beban luar. Berdasarkan prinsip ini, rekabentuk pemecah batu hidraulik bermaksud menggunakan parameter struktur dan aliran kerja untuk memastikan tekanan kerja sistem p dicapai.

● Daya tolak F _T apabila pemecah batu hidraulik beroperasi, pecutan piston semasa lejang kuasa menyebabkan badan jentera mengalami sentakan balik (recoil), yang seterusnya menyebabkan tatal (chisel) kehilangan kontak dengan sasaran dan menghalang impak daripada berfungsi secara normal. Untuk mengatasi sentakan balik ini, satu daya mesti dikenakan sepanjang paksi badan pemecah — daya ini dikenali sebagai daya tolak (push force). Daya tolak mesti cukup besar untuk mengekalkan tatal dalam kontak teguh dengan objek yang dipukul. Daya tolak mesti bersifat optimum. Dengan kata lain, terdapat masalah daya tolak optimum, yang berkait rapat dengan kelas saiz jentera pengangkut (carrier machine). Jika jentera pengangkut terlalu kecil, daya tolak yang boleh dihasilkannya adalah tidak mencukupi; sebaliknya, jika jentera pengangkut terlalu besar, walaupun keperluan daya tolak terpenuhi, kos pelaburan bagi jentera pengangkut tersebut meningkat — suatu keadaan yang juga tidak diingini. Dalam rekabentuk pemecah batu hidraulik, mencapai tenaga impak yang tinggi dengan daya tolak yang kecil sentiasa menjadi matlamat pengoptimuman. Ini membolehkan pemecah batu hidraulik berdaya impak tinggi dipadankan dengan jentera pengangkut yang lebih kecil, membentuk kombinasi kerja yang cekap serta mengurangkan kos operasi.

(3) Parameter Struktur

Tiga diameter piston d ₁, d ₂, dan d ₃, jisim kerja m , dan langkah kerja S ialah parameter struktur bagi pemecah batu hidraulik. Parameter struktur menentukan parameter prestasinya. Mereka-reka pemecah batu hidraulik pada asasnya ialah menentukan parameter struktur d ₁, d ₂, d ₃, m , dan S yang akan memastikan parameter prestasi yang diperlukan tercapai. Setelah parameter struktur ditetapkan, semua parameter prestasi dan parameter kerja berubah mengikut aliran masukan serta merupakan fungsi aliran masukan.

2.1.2 Tekanan Minyak Kerja dan Tekanan Kadar

(Tekanan kadar dilambangkan p _H sepanjang bahagian ini)

Apabila pemecah batu hidraulik beroperasi, tekanan minyak hidraulik memacu piston supaya bergerak, dan corak pergerakan piston ditentukan oleh corak perubahan daya pendorong minyak ini — ini dikenali sebagai kinematik dan dinamik piston.

Mengambil kira jisim omboh m , pecutan a , dan daya inersia omboh F _K , hukum kedua Newton memberikan:

F _K = mA                                              (2.3)

Daya pendorong F bersamaan dengan F _K dari segi magnitud tetapi berlawanan arah. Daya pendorong F yang bertindak ke atas omboh dihasilkan oleh tekanan minyak p di dalam ruang, dan boleh diungkapkan sebagai:

p = F _K / A = mA / A = ( m / A ) · d v / d t             (2.4)

di mana: m — jisim omboh, malar;

 A — luas permukaan omboh yang menanggung tekanan, malar;

 v — halaju omboh; aliran seketika q pergerakan omboh pemacu memenuhi:

Av = q                                               (2.5)

Sejak v dan q dalam Pers. (2.5) adalah fungsi masa, pembezaan v dan q terhadap masa menghasilkan:

A d v / d t = D q / d t                                  (2.6)

Menggantikan Pers. (2.6) ke dalam Pers. (2.4) memberikan:

p = ( m / A ²) · d q / d t                              (2.7)

Dalam Pers. (2.7), m / A ²ialah pemalar; d q / d t mewakili kadar perubahan aliran sistem.

Daripada Pers. (2.3) – (2.7), tekanan sistem ditentukan berdasarkan perubahan aliran masukan ke dalam ruang minyak. Dengan kata lain, perubahan kadar aliran minyak hidraulik menghasilkan pecutan omboh dan daya inersia, yang seterusnya membentuk tekanan dalam ruang minyak p .

Tekanan Minyak Sistem p berkadar terus dengan jisim omboh m dan kadar perubahan aliran d q /dt , serta berkadar songsang dengan kuasa dua luas permukaan omboh yang menanggung tekanan A . Untuk mengurangkan tekanan minyak sistem p , peningkatan luas permukaan omboh yang menanggung tekanan A ialah kaedah yang paling berkesan, tetapi ia juga menyebabkan saiz badan jentera menjadi lebih besar; oleh itu, kedua-dua faktor ini mesti dipertimbangkan dalam rekabentuk.

Tekanan Minyak Sistem p ialah fungsi aliran dan merupakan pemboleh ubah bersandar; ia tidak boleh diubah secara aktif semasa operasi, tetapi hanya berubah apabila aliran masukan berubah. Oleh sebab aliran minyak ke dalam ruang minyak adalah fungsi masa semasa penggunaan pemecah batu hidraulik, tekanan minyak p juga berubah mengikut masa dan tidak mempunyai nilai malar. Tekanan minyak yang diberikan pada lembaran data produk, yang oleh penulis dipanggil tekanan minyak kadar, dilambangkan dengan p _H . Pada tekanan ini, parameter prestasi penghancur batu hidraulik mencapai nilai kadar mereka. p _H ialah parameter maya — ia sebenarnya tidak wujud — tetapi ia amat penting dalam rekabentuk dan penggunaan penghancur batu hidraulik. Dalam rekabentuk, p _H digunakan sebagai asas untuk mengira parameter prestasi, parameter operasi, dan parameter struktur, serta untuk memilih komponen sistem hidraulik. Di lapangan, parameter ini menjadi rujukan penting bagi operator untuk menilai sama ada sistem beroperasi secara normal atau tidak. Parameter p _H akan dibincangkan lebih lanjut dalam bab-bab seterusnya.