Teorija tal-Iddisinn b’Varjabbli Astratti għall-Impatturi tal-Baħar Ħidroliku

L-idea tar-riċerka ħdejn it-teorija tad-disinn ta' varjabbli astratti: bħala jibdew jitbaddlu l-parametri tal-oġġu ta' opra ta' frakkar tal-blat idrauliku, iżda l-żewġ parametri li jissodisfaw ir-rekwiżiti tad-disinn — l-enerġija tal-impaqt W _H u frekwenza tal-impatto f _H — ma għandhomx jitbaddlu; bħala għall-bqija tal-parametri, dawn mhumiex partikolarment importanti għall-disinjatur, u ħażina għall-biljiet. Madankollu, il-disinjatur għandu jippajja attenzjoni speċifika għall-mossa tal-pistun S , għalkemm kull attur tal-pistun isir fuq mossa fissa S , u l-mossa tal-pistun S hi rristretta mis-struttura — ma tistax tkun arbitrarja. Mossa ħafna kbira mhix permessa mis-struttura mekkanika; mossa ħafna żżelila ma tistax issodisfa r-rekwiżiti għall-enerġija tal-impaqt u l-frekwenza tal-impaqt. B’oħra kelma, hija ħadida fuq l-oġġu ta' opra tal-frakkar tal-blat idrauliku, u trid ikun hemm valur ottimali.

Kif jittrattaw il-problema tal-kalkolu tad-disinn ta' breaker idrauliku għall-ġebel — li f'realtà huwa sistema mhux lineari — billi jużaw metodi lineari hija l-biża' ta' dan il-kapitolu.

3.1 Il-Prinċipju tal-Forza Ekwivalenti

— Bażi Teorika biex tikkonverti sistema mhux lineari f'sistema lineari

Meta breaker idrauliku għall-ġebel ikun qiegħed jaħdem, il-parametri tax-xogħol — bħal pressjoni tas-sistema p , veloċità tal-pistun v , l-accelerazzjoni a , u ħamla fuq il-pistun — ilhom kollha bidliet mhux lineari u funzjonijiet tat-temp. Il-kalkolu ta' b'dan it-tip ta' sistema huwa ħafna diffiċli u kompless. Imma l-obiettiv tad-disinn f'dan il-libbru huwa relat­tivament sempliċi: li ssib il-parametri strutturali u d-dati tax-xogħol ta' breaker idrauliku għall-ġebel li jista' jipprovdil-enerġija tal-impaqt meħtieġa W _H ufiq il-frekwenza f _H l-formula għall-enerġija tal-impaqt hija:

W _H = ( m / 2) v ²_m                                                                     (3.1)

fejn: m — massa tal-pistun, kostanti;

       v _m — veloċità istantanea meta 'l pistun jimpatta 'l bażi tal-biżzerka, jiżda l-veloċità massima tal-impaqt; din hija l-veloċità li trid tkun garantita fid-disinn.

Jeżistu żewġ kondizzjonijiet biex jiżda ċ-ċertu enerġija ta’ impatt: il-pistun għandu jkoll massu ċert u veloċità ċerta. Għall-brikker tal-blat idrauliku, il-massa tal-pistun m ma tista' txebbiex matul il-moviment. Għalkemm, li jiżda l-enerġija ta’ impatt ifisser li jiżda l-veloċità massima ta’ impatt v _m jiżda.

Irridu nnużzu li l-moviment tal-pistun isir fuq strock ċert. B'dan il-mod, l-għan tal-kalkolu tad-disinn għall-brikker tal-blat idrauliku huwa li jiżda li, fuq strock ċert, il-pistun b'massa fissa jiġi aċċelerat b’preċiżjoni għall-veloċità massima ta’ impatt speċifikata v _m bil-ħin ta’ ċiklu speċifikat T , jimpatta fit-tajjeb tal-ħaġar u jipproduċi l-enerġija ta’ impatt speċifikata W _H . Il-bidliet istantani tal- a , v , u p matul il-moviment mhumiex importanti għall-għan tal-kalkolu tad-disinn u jistgħu jinħolqu. Li jiżda l-ħin ta’ ċiklu T jiggarantixxi wkoll il-frekwenza ta’ impatt speċifikata f _H .

Ħin taċ-ċiklu T u frekwenza tal-impatto f _H jappreċja f _H = 60 / T , fejn T hiż-żmien tal-ciklu ta' taħdija tal-pistun (għall-ħlas tas-sħiħ, it-taħżiża qasira fil-punt tal-baħra tinsab biss).

Jekk jista' jsir is-sib ta' metodu sempliċi ta' kalkolu tad-disinn li jilħaq l-obiettiv sussegwenti, dan ikun utli għall-inġinerija tad-disinn. Kif huwa ħażin, il-prezzjoni tal-oliju idrawlika tiddriwwa l-pistun biex jaħdem; bbażat fuq il-liġi tas-salvaguardja tal-enerġija u b’iskużjoni tal-oħrajn il-perditi ta' enerġija, din il-ħaġa kollha tittrasforma f’enerġija ċinetika tal-pistun u tintużi barra, li jipprovdilna r-relazzjoni li jmiss:

(m / 2) v ²_m = ∫ ₀^S F (S ) d S                                                            (3.2)

Il-misur fiżiku tal-Eq. (3.2): il-lemin hija l-ħaġa li ssir mis-seħħ li tibdel F (S ) fuq il-bidla S ; in-naħa tax-xellug hija l-enerġija ċinetika li l-pistun ikseb meta jibda jibda fuq il-bidla S .

Biex jintlaħaq il-kalkolu linearizzat, wieħed jista' jimmajnara seħħ kostanti F _g li tagħmel l-istess ħaġa bħas-seħħ li tibdel F (S ) fuq il-bidla istess S . Allura l-forza kostanti F _g tista' tirrepliċa l-forza li tibdel F (S ) fil-kalkolu linearizzat b’effett ugwali, ħallieda:

(m / 2) v ²_m = ∫ ₀^S F (S ) d S = F _g × S                                               (3.3)

Is-substituzzjoni tal-Eq. (3.1) fit-tajjeb (3.3) tagħmel:

F _g = W _H / S                                                                           (3.4)

Fil-Eq. (3.4), il-forza kostanti F _g tissejjaħ il-forza ekwivalenti; tagħmel eżatt l-istess xogħol bħall-forza li tibdel F (S ).

Il-Eq. (3.4) hija l-formula għall-kalkolu tal-forza ekwivalenti. L-enerġija tal-baħra W _H = ( m /2)v ²_m tintużza mill-kompitu tad-disinn u hija parametru magħruf. Il-bidla S tista' tintlaqa' mis-silta ta' kinematika u hija wkoll magħrufa; għalhekk il-forza ekwivalenti meħtieġa biex tingħata l-enerġija tal-baħra meħtieġa tista' tintlaqa'. Is-selezzjoni korretta tat-tajjeb tad-disinn S u l-frekwenza f _H , kif ukoll l-ottimizzazzjoni tat-tul tas-silta S , se jintroduċu gradwalment fin-negozji li jmiss.

Din il-forza ekwivalenti hija ħafna utli fil-kalkoli tad-disinn tal-brikker idrauliku għall-blat. Basandu lil hawn fuq il-forza ekwivalenti, jista' jinstab l-erja li tissuporta l-preżjoni tal-pistun — jiżda d-dimensjonijiet strutturali tal-pistun — jista' jiddetermina l-kundizzjonijiet ta' operazzjoni u l-volum effettiv tal-akkumulatur, u jista' jsiru l-kalkoli tal-kinematika u tad-dinamika għall-brikker idrauliku għall-blat.

L-erja li tissuporta l-preżjoni tal-pistun hija:

A = F _g / p _g                                                                            (3.5)

Fil-Meq. (3.5), p _g hi l-preżjoni ekwivalenti tal-ojl fis-sistema, li korrispondi mal-kunċett ta' forza ekwivalenti, u hija varjabbli virtuali. Madankollu, ikkunsidrando li l-moviment tal-ojl jinkludi r-reżistenza, il-preżjoni attwali tal-ojl fis-sistema għall-operazzjoni trid tkun ogħla mis-sistema ekwivalenti tal-ojl, għalkemm il-preżjoni nominali li tintuża fid-disinn hija:

p _H = Kp _g                                                                               (3.6)

Fil-Meq. (3.6), K = 1,12 sa 1,15 huwa l-koeffiċjent tar-reżistenza għall-operazzjoni tas-sistema idraulika. Il-valur ta' p _H b'prattika jinħatar abbażi tar-rekwiżiti totali tas-sistema li qed tintiżżna, għalkemm il-biżaħ tal-pressjoni tal-pistun isir kalkulabbli u magħruf. Għalhekk:

A = KF _g / p _H                                                                          (3.7)

Bis-sostituzzjoni tal-Eq. (3.4) niksbu:

A = KW _H \/ ( p _H S ) (3.8)

Irridu nnużżu l-attenzzjoni li r-riżultati tal-kinematika u tad-dinamika li jinkisbu mis-seħħ ta’ hawn fuq mhumiex b’sħiħhom realistiċi — huma msemmija bħala b’varjazzjoni lineari, jiżda l-moviment tal-pistun jitqies bħala b’accelerazzjoni uniformi u b’deċelerazzjoni uniformi. Madankollu, il-ħin tal-ċiklu tal-pistun T , il-veloċità massima v _m , u l-istroke tal-moviment S humu reali; biex jiżżommu r-rekwiżiti tad-disinn, huma sempliċi, prattiċi u preċiżi.

Fatt, il-mistoqsija it-tajba ħażina hija jekk l-enerġija tal-baħra W _H , frekwenza tal-impatto f _H , u l-fluss S li jimmexxi l-brikker idrauliku għall-irkoppi huma reali. Minħabba li l-erja tas-saħħa li tikkisbu l-pistun A hi fissa u l-bidla S hi fiss, jilzim li l-fluss tal-pump S huwa wkoll biss reali.

B'dan il-mod, l-applikazzjoni tal-prinċipju tas-saħħa ekwivalenti tista' tissemplifika l-kalkolu tad-disinn ħarif tal-brikker idrauliku għall-irkoppi f’wieħed lineari; il-kalkuli ta’ kinematika u dinamika jistgħu jiġu semplifikati ħafna u jitqiesu bħala ħruġ b’accelerazzjoni uniformi u ħruġ b’decelerazzjoni uniformi.

Il-mexxej akkademiċu tas-saħħa ekwivalenti hu li jissurpassa l-proċess kompless, li jibda l-biżża tal-problema, u li jiwett il-problema ħarifa f’wieħda lineari. Iżda r-riżultati meħtieba huma ħafna reali u attendibbli, u jgħinu biex iżdamm il-fhimien u l-esplorazzjoni tal-mudelli ta’ operazzjoni tal-brikker idrauliku għall-irkoppi.

3.2 Dinamika tal-Moviment tal-Pistun

Bbażat fuq il-prinċipju tal-forza ekwivalenti, il-veloċità u l-forzi tal-pistun huma bħal ma jindikaw il-Fig. 3-1, li jinkludu tliet stadji: l-akċelerazzjoni tal-moviment ta’ ritorn, id-deċelerazzjoni tal-moviment ta’ ritorn (frenata), u l-moviment tal-qawwa.

(1) L-ekwazzjoni tad-dinamika għall-stadju tal-akċelerazzjoni tal-moviment ta’ ritorn tal-pistun

Ħalli l-forza li tiddriwwa l-moviment ta’ ritorn F _2g , il-veloċità v , u l-akċelerazzjoni a jiġu definiti bħala [+]. Il-forza ekwivalenti li tikkawża l-akċelerazzjoni tal-pistun matul il-moviment ta’ ritorn hija:

F _2g = p _g A ^′₂ = mA ₂                                                                   (3.9)

fejn: a ₂= [+] — l-akċelerazzjoni tal-moviment ta’ ritorn tal-pistun;

       A ^′₂— l-erja effettiva li tissuporta l-prezzjoni tal-kamra anterjuri tal-pistun;

       p _g — l-prezzjoni ekwivalenti tas-sistema.

(2) L-ekwazzjoni tad-dinamika għall-stadju tad-deċelerazzjoni tal-moviment ta’ ritorn tal-pistun

Il-forza ekwivalenti li tikkawża d-deċelerazzjoni tal-pistun fil-bidu tar-ritorn hija:

F _3g = p _g A ^′₁ = mA ₃                                                                 (3.10)

fejn: a ₃= [−] — deċelerazzjoni (frenata) tal-pistun fil-bidu tar-ritorn.

equazzjoni tad-dinamika għall-fażi tal-bidu tal-pistun

Il-forza ekwivalenti li tikkawża l-aċċelerazzjoni tal-pistun fil-bidu hija:

F _1g = p _g A ^′₁ = mA ₁                                                                 (3.11)

fejn: a ₁= [−] — aċċelerazzjoni tal-pistun fil-bidu;

       A ^′₁— erja effettiva li tissuporta l-prezzjoni tal-kumpartiment ta’ wara tal-pistun.

Il-kunċett ta’ erja effettiva li tissuporta l-prezzjoni jvarja skont it-tliet prinfipji differenti ta’ funzjonament tal-brikker tal-blat idrauliku deskritt hawn fuq; huwa diskuss b’dettall fil-kapitolu tad-dinamika.