Padrões de Movimento do Pistão

4.3 Padrões de Movimento do Pistão

A partir da análise acima do diagrama de velocidade, podem ser extraídas as seguintes conclusões sobre os padrões de movimento do pistão.

(1) O diagrama de velocidade do pistão é composto por dois triângulos: um triângulo retângulo para o diagrama de velocidade do ciclo de expansão e um triângulo genérico (não retângulo) para o diagrama de velocidade do ciclo de retorno.

(2) Como o ciclo de expansão é igual ao ciclo de retorno, as áreas dos dois triângulos devem ser iguais.

(3) A velocidade durante a fase de frenagem do golpe de retorno e a fase de golpe de potência segue uma única linha reta no diagrama de velocidade. Isso ocorre porque, após a válvula do pistão comutar no golpe de retorno, durante a fase de frenagem do golpe de retorno e a fase de golpe de potência, a válvula permanece na mesma posição e a força atuante sobre o pistão é constante.

(4) Um princípio fundamental no projeto de martelos hidráulicos para rochas: em todos os projetos viáveis, a velocidade máxima do pistão v _m (energia de impacto W _H ) e o tempo de ciclo T (frequência de impacto f _H ) devem ser constantes, pois são especificados pela tarefa de projeto e não podem ser alterados.

(5) Parâmetros cinemáticos: distância de aceleração do golpe de retorno S _j , tempo de aceleração do golpe de retorno T ₂^′e velocidade máxima do golpe de retorno v _mo são todos extremamente úteis para o controle do martelo hidráulico para rochas, pois todos se situam exatamente no ponto de comutação da válvula durante o golpe de retorno. Para martelos hidráulicos para rochas com realimentação de curso, S _j é a base para determinar a posição do orifício de realimentação e é muito útil para o projeto de martelos hidráulicos para rochas. T ₂^′e v _mo , atualmente nenhum produto de martelo hidráulico para rochas utiliza esses dois parâmetros para controlar o martelo, mas o método é viável e merece investigação.

(6) Comparando todos os projetos viáveis sob uma perspectiva cinemática (ou seja, o ponto P e o ponto F em diferentes posições), v _m e T são iguais em todos os projetos. A única diferença é a razão entre T ₁até T ₂em T (P está localizado em Eu... ), bem como as respectivas velocidades máximas distintas de retorno da haste v _mo .

Com base na análise acima, se um projeto for analisado sob uma perspectiva cinemática, uma vez que v _m e T ambos são determinados por parâmetros de desempenho, o projetista tem pouca liberdade restante. Um chamado projeto consiste simplesmente em distribuir corretamente T ₁e T ₂dentro de T enquanto mantêm v _m e T fixo — nada mais. Dessa forma, o projeto do martelo hidráulico para rochas torna-se muito simples: basta dividir o ciclo de movimento do pistão T em duas partes, e obtém-se um projeto viável. Contudo, a determinação dessa razão de divisão envolve uma considerável profundidade técnica, incluindo o problema de projeto de otimização. Uma vez determinada a razão de divisão, todo o projeto fica totalmente definido. Assim, a razão entre o tempo do golpe de potência α é o único parâmetro capaz de representar um projeto viável e possui aplicabilidade universal.

A razão entre o tempo do golpe de potência α também é comumente denominada coeficiente característico cinemático. Como o coeficiente característico cinemático α é adimensional e expressa as características cinemáticas, é definido como uma variável de projeto abstrata; cada um de seus valores específicos representa um projeto, e as características por ele expressas são plenamente aplicáveis a martelos hidráulicos para rochas de todos os tamanhos e modelos.

A pesquisa acima mostra que todos os parâmetros cinemáticos são funções de α ; da mesma forma, parâmetros dinâmicos, parâmetros estruturais, etc., podem todos ser expressos como funções de α o que mais possui α em si mesmo, e qual é sua faixa de valores? A partir da Fig. 4-1 e da Eq. (4.5), o seguinte pode ser claramente observado:

1) Quando T ₁= 0, α = 0; isso é mostrado na Fig. 4-1 pelo ponto P coincidindo com o ponto E . A área do △ENK, ou seja, o curso S = 0; um movimento de curso nulo ( α = 0) não existe na realidade — S = 0 não tem significado físico.

2) Quando v _mo = v _m , a partir da Eq. (4.6), α = 0,5. Na Fig. 4-1, isso é mostrado pelo ponto P coincidindo com o ponto M ; o ponto K divide exatamente ao meio a linha O –E , ou seja, T ₁= ½ T . Na Fig. 4-1, o ponto F coincide com o ponto O , resultando em T ₂^′= 0, ou seja, o tempo de aceleração do movimento de retorno é zero — isso também é impossível e não tem significado físico.

3) Quando o tempo de aceleração do movimento de retorno é igual ao tempo de frenagem do movimento de retorno, ou seja, T ₂^′ = T ₂^″, o diagrama de velocidade do movimento de retorno é obviamente um triângulo isósceles. O coeficiente característico cinemático para este diagrama de velocidade de forma especial é α = 0,4142. A partir da Fig. 4-1, α = 0,4142 pode ser facilmente deduzido. Esse resultado também tem aplicações no estudo de perfuratrizes hidráulicas com explosivos à base de nitrogênio.

Disto fica claro que a faixa de variação de α é de 0 a 0,5; e como α = 0 e α = 0,5 não têm significado físico, deve-se ter necessariamente 0 < α < 0,5. A variável de projeto abstrata ótima obtida a partir de diferentes objetivos de otimização também deve satisfazer 0 < α _u < 0,5.