Теоријска основа за израчунавање пројекта

2.3 Теоретска основа за израчуне пројекта

2.3.1 Анализа покрета пистона

Дизајн хидрауличног кршилача стене значи израчунавање структурних параметара који ће задовољити захтеве за перформансе утврђене у дизајнерској спецификацији. Под овим структурним параметрима, хидраулички кршивач скале може постићи потребну енергију удара и фреквенцију удара.

Мора се снажно нагласити да хидраулички рушилац стене излази ударну енергију и ударну фреквенцију кроз клип који се креће напред и назад у фиксираном потезу С у оквиру цилиндра. Током овог фиксног потеза, клип се креће у континуираном циклусу: убрзање повратног потеза → успоравање повратног потеза (брисање) → брзина повратног потеза пада на нулу → убрзање снаге-тека → удара у тачку удара максималном брзином v _м → удари у реп дзвона (излаз утицај енергије) → зауставља, почиње следећи циклус. Овај фиксирани удар С назива се удар пистона; то је важна основа за одређивање димензија цилиндра.

Пестон се креће напред и назад унутар цилиндра. Почевши од тачке удара, он убрзава на повратном потезу да би достигао максималну брзину повратак-тека v _мо , онда почиње да успорава због прекидања вентила; брзина брзо пада од v _мо на нулу пистон се зауставља на врху мртвог центра. Ударак који пистон путује назива се повратни ударак. У овом тренутку, јер је вентил још увек у свом првобитном стању, клип почиње да убрзава на ударном удару док не погоди тачку удара. Када сукић ступи у контакт са репом дзвона, његова брзина је достигла максималну брзина која се назива максимална брзина удара сукића v _м - Да ли је то истина? Ударак који пистон путује од горњег мртвог центра до удара у реп двора назива се удар снаге. Јасно је да је повратни удар и снажни удар једнаки.

Да би се дубље проучавала теорија конструкције хидрауличких рушила, корисно је прво разумети брзину клисача, различите притиске у комори, дистрибуцију течности и варијације током рада. Разлози и правци промена радних параметара хидрауличног ломача стене током рада приказани су на слици 2-4.

п ₀је притисак азотне предзаредне наплате акумулатора; К је проток који се доноси хидрауличком слојачу са пумпе; К ₁је проток уноса акумулатора (+) и проток испуштања (−); К ₂је проток уноса (+) и проток испуштања (−) предње коморе клизма, са К = К ₁ + К ₂. К ₃је проток уноса (+) и проток испускања (−) задње коморе густова; п је системски притисак.

Слика 2-4 показује клип на почетку повратног потеза. Проток пумпе К улази у систем; један део ( К ₂у овом случају, уколико је у питању увод у резервоар, улагање у резервоар се врши у првој комори и улази у задњи комори. К ₃); други део ( К ₁) улази у акумулатор и компресира азот, тако да систем притисак п почиње од притиска презаредне наплате акумулатора п ₀и расте стално као К ₁улази. Покрет хидрауличног кршилача стене, на основу радног стања клисача, може се генерално поделити на три фазе, описане следећима:

(1) Убрзање у повратном потезу клизма

Пестон почиње повратни потез са тачке удара. Како пумпа континуирано убризга струју, систем притисак п ↑ → брзина пистона v ↑ → К ₂↑ → К ₁↓ → К ₃↑, и у резервоар се и даље испушта нафта. Јер брзина пистона v ↑ → К ₂↑ → К ₁↓, док К ₁= 0. Характерност овог периода је v ↑ и п ↑. Када К ₁= 0, појављује се прекретница: притисак п више не повећава, али брзина гума наставља да расте (јер покретачка сила за повратни потез гума још увек постоји). Након ове прекретнице, јер v ↑, проток пумпе К више не може задовољити потражњу проток за покрет пистона, односно К ₂ > К - Да ли је то истина? Да би задовољио потражњу проток у предњој комори клизма, акумулатор сада мора испуштати уље како би допунио недостатак пумпе. На основу принципа равнотеже проток, К ₂ = К + К ₁; у овом тренутку К ₁је проток који истече из акумулатора у предњу комору бутона, док v ↑ до v = v _мо , вентил се прекида, а клип улази у фазу успоравања повратног потеза.

(2) Загарање у повратном потезу клизма

Током повратног потеза, јер је предња рамена клиска прошла отвор за повратну повратну употребу, вентил се преврата и обрнуо правац силе на клисак; покретачка сила се примењује на клисак у обратном правцу, а клисак почиње да успорава док v = 0. Враћање потез је сада завршен; клип је достигао горњи мртав центар и путовао пуну потез С , спреман за почетак напајања.

(3) Погонски потез пистона

Када брзина клипа пада на v = 0, сила на пистон се обрну, тако да брзина пистона v такође се обрну, мењајући се са "+" на "−". Пестон затим почиње да убрзава на потезу снаге под обрнутом силом. На почетку убрзања снаге-удара, брзина клизма почиње од v = 0, у којој тачки потрошња уља за клип К ₃= 0; све пумпе испуштања К проток у акумулатор, К ₁ = К , К ₂= 0. Као брзина снаге-удара v ↑ → К ₃↑ → К ₁↓ → К ₂(−) ↑. Треба напоменути да је због предње просторије А ₂је мања од површине задње коморе А ₁, на основу принципа равнотеже проток, мора бити К ₃ = К ₂ + К − К ₁са v ↑ и К ₁↓, док К ₁= 0. То значи v ↑; у овом тренутку све пумпе испуштање К у потпуности убризгавана у задњу комору густона, односно К ₃ = К , К ₁= 0, али брзина клизма v још није достигла максималну брзину v _м - Да ли је то истина? Пестон наставља да убрзава; проток пумпе К више не може задовољити потражњу, па акумулатор почиње да допуњава проток, тј. К ₃ = К + К ₁(−), док сукоб не удари у реп двора на максималној брзини v _м - Да ли је то истина? У тренутку удара, брзина гумача изненада постаје v = 0, а исходни пистон утиче на енергију В споља, завршавајући један радни циклус.

Као што је унос/испуштање струје акумулатора К ₁промене, системски притисак п такође се мења у складу са тим. Када пуните акумулатор, К ₁= "+", системски притисак п ↑; када се акумулатор испушта на спољашњост, К ₁= "−", системски притисак п ↓. Другим речима, радни процес хидрауличког ломача стене увек прати промена притиска система. Када се у акумулатор унесе највише уља, системски притисак је на свом највећем нивоу. Када је упрскао стигао до тачке удара, акумулатор је испунио највише уља ово је тренутак најнижег притиска система. Стога, од тренутка када хидраулички рушилац стене почиње док не достигне стабилну радну снагу, његов систем радног притиска п увек се креће напред и назад између максималног притиска п _макс и минимални притисак п _минус , и апсолутно је немогуће да буде константан и непроменљив. Слика 2-5 показује варијацију свих параметара система када хидраулични рушилац стена ради.

Слика 2-5 Промена параметара система током рада хидрауличног кршача [Легенда: излучен = пуњење акумулатора; прекретни излучен = пуњење акумулатора; бела = потрошња масти пистона]

Радни процес описан горе показује да је варијација радних параметара прилично сложена, јер је то нелинеарни систем. То ствара значајне потешкоће за дубоку теоријску анализу и истраживање. Заправо, то је један од главних разлога зашто је теоријско истраживање хидрауличких сломачача заostaло за развојем производа.

2.3.2 Тренутно стање теоријских истраживања

Истраживачи широм света су углавном узели два различита техничка приступа теоријском истраживању хидрауличких ударних уређаја (хидрауличких сломача): истраживања заснована на теорији линеарних система и истраживања заснована на теорији нелинеарних система.

1) Истраживање засновано на теорији линеарних система претпоставља да је сила на пистон константна, брзина пистона линеарно расте у равномерној брзини, а одређени фактори који утичу игноришу; на овој основи се гради линеарни математички модел за теоријска истраживања. Ова метода истраживања је очигледно једноставна и може решити неке практичне проблеме, али није врло тачна и има значајне грешке.

2) Истраживање засновано на нелинеарној теорији система користи нелинеарне диференцијалне једначине високог реда за описивање обрасца кретања хидрауличног кршилака и прецизније приказује кинематику и динамику пистона хидрауличног кршилака. Ово нелинеарно истраживање је прецизније од линеарног истраживања, али се и даље ослања на неке претпоставке. Иако може прецизније открити неке физичке појаве хидрауличког удара, тешко је решити, не лако интерпретирати, и може само да произведе нумеричка решења путем рачунарских израчунавања, што га чини неудобним за употребу.

Поред ових два приступа, аутори су, након многогодишњег посвећеног истраживања, предложили Апстрактна теорија променљивог дизајна за хидрауличне сломице (хидраулички механизми удара). Користећи апстрактну теорију променљивог дизајна, могу се наћи аналитичка решења за хидрауличне ломице стене, која могу дубоко открити унутрашње обрасце покрета хидрауличних ломица стене и пружити теоријску основу за техничке иновације корисника.

Истраживачки приступ хидрауличног сломача за стене апстрактне променљиве теорије дизајна: признавање нелинеарности радних параметара хидрауличког сломача за стене, али коришћење еквивалентне трансформације снаге за линеаризовање нелинеарног система, тако да се може проучавати користећи Радни параметри и конструктивни параметри хидрауличких ломача стене добијени овом методом су прилично прецизни и израчунавање је једноставно. Астрактна променљива теорија пројектовања хидрауличких рушилаца ће бити посебно покривена у наредним поглављима.