Kajian Kinematik Penghancur Batu Hidraulik

4.1 Ciri-Ciri Kinematik dan Pekali Ciri α

Bahagian ini terutamanya mengkaji sifat geometri dan ciri-ciri pergerakan piston penghancur batu hidraulik, supaya pergerakan piston menjadi lebih rasional dan berlaku mengikut corak pergerakan yang kita tentukan, mencapai hasil pergerakan yang terbaik.

Untuk mengkaji kinematik piston penghancur batu hidraulik, dua syarat mesti ditetapkan dengan jelas:

(1) Halaju piston ketika menghentam hujung pahat mesti dijamin mencapai halaju maksimum yang ditentukan v _m . Dengan kata lain, ketika mengkaji kinematik, v _m ialah pemalar; tidak kira corak pergerakan yang diikuti piston, halajunya ketika menghentam hujung pahat mesti sama dengan halaju maksimum yang ditentukan v _m . Hanya dengan cara ini penghancur batu hidraulik dapat mencapai tenaga impak yang diperlukan W _H .

(2) Kitaran pergerakan piston T juga merupakan pemalar, seterusnya menjamin frekuensi impak f _H penghancur batu hidraulik.

Rajah 4-1 menunjukkan gambar rajah halaju kerja piston yang dilinearkan. Titik M mempunyai koordinat ( v _m , 0); titik E mempunyai koordinat (0, T ); titik N mempunyai koordinat (− v _m , T ). Menghubungkan titik-titik M dan E membentuk segi tiga △MOE dalam sistem v –t koordinat, di mana dua sisi bersudut tegaknya masing-masing ialah halaju maksimum pergerakan piston ke titik impak dan kitaran pergerakan piston T . Mengambil sebarang titik P (v _mo , T ₂^′) pada garis Saya , dan menyambungkan PO dan PN, kemudian PN bersilang dengan t -paksi di K . Titik K pada paksi masa membahagikan kitaran gerakan omboh T kepada dua bahagian: T ₁dan T ₂. Jelas T ₁ + T ₂ = T , membentuk dua segi tiga △OPK dan △ENK.

Mudah untuk ditunjukkan bahawa luas kedua-dua segi tiga ini adalah sama, iaitu △OPK = △ENK, menghasilkan v _mo T ₂/ 2 = v _m T ₁/ 2. Jelas sekali, dalam v –t rajah tersebut, luas yang dibatasi oleh △OPK adalah langkah balik piston, dan luas yang dibatasi oleh △ENK adalah langkah kuasa piston. Langkah kuasa sama dengan langkah balik — ini merupakan suatu fakta yang diberikan. Dengan kata lain, lengkung O –P –K mewakili variasi halaju piston semasa langkah balik; lengkung K –N –E mewakili variasi halaju piston semasa langkah kuasa.

Lengkung O –P –K –N –E mewakili variasi halaju piston semasa kitaran gerakan T . Piston bermula langkah balik dari titik hentaman O di mana ia bersentuhan dengan hujung pahat, dan memecut daripada v = 0 ke titik P — pertukaran injap (apabila halaju piston mencapai halaju maksimum langkah balik v _mo ) — piston mula nyahpecut, dan kelajuannya berkurang secara beransur-ansur sehingga v = 0, mencapai titik mati atas (akhir langkah balik). Selepas itu, omboh mula memecut dalam langkah kuasa; apabila halaju meningkat kepada v = v _m , ia menghentam hujung pahat secara tepat, dan halaju terus jatuh kepada sifar ( v = 0), dan omboh kembali ke titik permulaan pergerakannya, melengkapkan satu kitaran.

Perlu ditegaskan bahawa apabila halaju maksimum dan kitaran omboh pemecah batu hidraulik kedua-duanya ditetapkan, halaju maksimum langkah balik v _mo mesti berada pada M –E garis bantu, iaitu di titik P . Satu boleh membayangkan bahawa terdapat tak terhingga banyaknya titik P pada garis M –E , yang bermaksud terdapat tak terhingga banyaknya halaju maksimum langkah balik v _mo , iaitu terdapat tak terhingga banyaknya lengkung pergerakan kitaran omboh — omboh mempunyai tak terhingga banyaknya corak pergerakan untuk dipilih. Tentunya kita perlu memilih corak pergerakan yang optimum. Inilah masalah rekabentuk pengoptimuman yang akan dikaji dalam bab-bab seterusnya.

Pemeriksaan lebih mendalam terhadap corak pergerakan piston boleh dilakukan dengan menganalisis Rajah 4-1. Untuk tujuan ini, daripada △MOE ∞ △PFE kita peroleh:

v _m / v _mo = T \/ ( T ₁ + T ₂^″) (4.1)

Daripada △PFK ∞ △ENK:

v _m / v _mo = T ₁ / T ₂^″                                                                   (4.2)

Oleh itu:

T \/ ( T ₁ + T ₂^″) = T ₁ / T ₂^″                                                           (4.3)

Selepas menyusun semula:

T ₁ / T = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.4)

Daripada Persamaan (4.1) jelas kelihatan bahawa: diberikan kitar pergerakan piston yang tetap T dan halaju maksimum v _m , corak pergerakan berbeza yang dipanggil begitu mempunyai lengkung variasi halaju yang berbeza; ciri pembezanya diungkapkan sebagai nilai-nilai berbeza bagi halaju maksimum semasa stroke pulang v _mo dan masa stroke kuasa T ₁. Oleh itu, kedua-dua parameter ini membawa sifat untuk mencirikan ciri-ciri pergerakan penghancur batu hidraulik tertentu.

Namun, objektif kita tidak boleh terhad kepada satu penghancur batu hidraulik tertentu sahaja; kita perlu melangkah lebih jauh dan mencari suatu indeks ciri abstrak yang lebih umum dan boleh digunakan untuk semua penghancur batu hidraulik. Indeks ciri abstrak ini berlaku bagi semua penghancur batu hidraulik (mekanisme impak hidraulik) dan mewakili ciri-ciri gerakan serta prestasi operasinya.

Dalam Pers. (4.1), misalkan:

α = T ₁ / T                                                                                    

Maka masa langkah kuasa ialah:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Menggantikan ke dalam Pers. (4.4):

α = v _mo \/ ( v _m + v _mo ) (4.6)

Dengan menggabungkan Rajah 4-1 dan Pers. (4.5) serta (4.6), mudah dilihat bahawa α ialah suatu nisbah dan pemboleh ubah — tanpa dimensi. Bagi penghancur batu hidraulik dengan keperluan prestasi tetap, T adalah malar, ditentukan oleh frekuensi f _H . Jadi α secara perlu berubah dengan perubahan T ₁, manakala T ₁berubah mengikut kedudukan titik P . Semakin hampir titik P kepada titik M , semakin besar T ₁dan semakin besar α . Sebaliknya, semakin hampir titik P kepada titik E , semakin kecil T ₁dan semakin kecil α . Kesimpulan yang sama dapat diperoleh daripada Pers. (4.3). Dalam persamaan tersebut v _mo ialah suatu pemboleh ubah manakala v _m ialah suatu pemalar yang ditentukan oleh tenaga impak. Oleh itu α berubah mengikut v _mo , manakala v _mo berubah mengikut kedudukan titik P . Semakin hampir titik P kepada titik M , semakin besar v _mo dan semakin besar α adalah, dan sebaliknya.

Oleh itu, pemahaman berikut dicapai: diberikan v _m dan T yang tetap, magnitud v _mo secara khusus boleh mewakili ciri-ciri gerakan omboh, manakala α sebagai suatu pemboleh ubah secara abstrak mewakili ciri-ciri gerakan semua omboh pemecah batu hidraulik. Untuk sebab ini, kami mentakrifkan α sebagai pekali ciri kinematik pemecah batu hidraulik. Bagi keperluan pengoptimuman tertentu pada pemecah batu hidraulik, α mesti mempunyai nilai optimum yang sepadan α _u .