ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான்களுக்கான விலக்கப்பட்ட மாறிகள் வடிவமைப்புக் கோட்பாடு

உறுதியான மாறிகள் வடிவமைப்புக் கோட்பாட்டின் ஆராய்ச்சி யோசனை: ஒரு ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்க அளவுகள் இயக்கத்தின் போது எவ்வாறு மாறினாலும், வடிவமைப்புத் தேவைகளை நிறைவு செய்யும் இரண்டு அளவுகள் — தாக்க ஆற்றல் W _உ மற்றும் தாக்க அதிர்வெண் f _உ — மாறக்கூடாது; மற்ற அளவுகள் வடிவமைப்பாளருக்கு குறிப்பாக முக்கியமானவை அல்ல, மேலும் பயனருக்கு மிகவும் முக்கியமானவை அல்ல. இருப்பினும், வடிவமைப்பாளர் பிஸ்டன் ஸ்ட்ரோக் (பிஸ்டன் நகர்வு) பற்றி கவனமாக கவனிக்க வேண்டும் S ஏனெனில், பிஸ்டனின் ஒவ்வொரு செயல்பாடும் ஒரு நிலையான ஸ்ட்ரோக்கில் (நகர்வில்) நிகழ்கிறது S மேலும், பிஸ்டன் ஸ்ட்ரோக் (பிஸ்டன் நகர்வு) S அதன் கட்டமைப்பால் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது — அது ஏதாவது சுதந்திரமான மதிப்பாக இருக்க முடியாது. மிக அதிகமான ஸ்ட்ரோக் (நகர்வு) இயந்திர கட்டமைப்பால் அனுமதிக்கப்படாது; மிகக் குறைவான ஸ்ட்ரோக் (நகர்வு) தாக்க ஆற்றல் மற்றும் தாக்க அதிர்வெண் ஆகியவற்றின் தேவைகளை நிறைவு செய்ய முடியாது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், இது ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்கத்திற்கான ஒரு கட்டுப்பாடாகும், மேலும் அதற்கு ஒரு சிறந்த (உகந்த) மதிப்பு இருக்க வேண்டும்.

ஒரு இயற்பியல் நேரியலற்ற அமைப்பாக உள்ள ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் வடிவமைப்பு கணக்கீட்டுப் பிரச்சினையை நேரியல் முறைகளைப் பயன்படுத்தி எவ்வாறு சமாளிப்பது என்பதே இந்த அத்தியாயத்தின் முக்கிய உள்ளடக்கமாகும்.

3.1 சமான விசை கோட்பாடு

— நேரியலற்ற அமைப்பை நேரியல் அமைப்பாக மாற்றுவதற்கான கோட்பாட்டு அடிப்படை

ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் இயங்கும்போது, அமைப்பின் அழுத்தம் போன்ற செயல்பாட்டு அளவுகள் p , பிஸ்டன் வேகம் v , முடுக்கம் a , மற்றும் பிஸ்டன் சுமை — அனைத்தும் நேரியலற்ற முறையில் மாறுகின்றன மற்றும் நேரத்தின் செயல்பாடுகளாகும். இத்தகைய அமைப்பைக் கணக்கிடுவது மிகவும் சிரமமானது மற்றும் சிக்கலானது. ஆனால் இந்த நூலில் வைக்கப்பட்டுள்ள வடிவமைப்பு இலக்கு ஒப்பீட்டளவில் எளிமையானது: தேவையான தாக்க ஆற்றலையும் W _உ மற்றும் அதிர்வெண்ணையும் f _உ வழங்கக்கூடிய ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் கட்டமைப்பு அளவுகளையும் செயல்பாட்டு அளவுகளையும் கண்டறிவது. தாக்க ஆற்றல் சூத்திரம்:

W _உ = ( m ⁄ 2) v ²_m                                                                     (3.1)

இங்கே: m — பிஸ்டன் நிறை, மாறிலி;

       v _m — பிஸ்டன் சிசல் வாலைத் தாக்கும் போது உடனடி வேகம்; அதாவது அதிகபட்ச தாக்க வேகம்; இது வடிவமைப்பில் உறுதிப்படுத்தப்பட வேண்டிய வேகமாகும்.

தேவையான தாக்கு ஆற்றலை அடைவதற்கு இரண்டு நிபந்தனைகள் உள்ளன: பிஸ்டன் குறிப்பிட்ட நிறையையும், குறிப்பிட்ட வேகத்தையும் கொண்டிருக்க வேண்டும். ஒரு ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கருக்கு, பிஸ்டன் நிறை m இயக்கத்தின் போது மாறாது. எனவே, தாக்கு ஆற்றலை அடைவதை உறுதிப்படுத்துவது என்பது, அதிகபட்ச தாக்கு வேகத்தை v _m அடைவதை உறுதிப்படுத்துவதைக் குறிக்கிறது.

பிஸ்டன் இயக்கம் குறிப்பிட்ட ஸ்ட்ரோக்கில் (ஓட்ட நீளத்தில்) நிகழ்வதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். அதாவது, ஒரு ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் வடிவமைப்புக் கணக்கீட்டின் நோக்கம் என்பது, குறிப்பிட்ட ஸ்ட்ரோக்கில், நிலையான நிறையுடைய பிஸ்டனை துல்லியமாக குறிப்பிடப்பட்ட அதிகபட்ச தாக்கு வேகத்திற்கு v _m குறிப்பிடப்பட்ட சைக்கிள் நேரத்திற்குள் T முடுக்கி, சிசல் வாலைத் தாக்கி, குறிப்பிடப்பட்ட தாக்கு ஆற்றலை வெளியிடுவதை உறுதிப்படுத்துவதாகும். W _உ இயக்கத்தின் போது a , v , மற்றும் p உடனடி மாற்றங்கள் வடிவமைப்புக் கணக்கீட்டின் நோக்கத்திற்கு முக்கியமில்லை மற்றும் புறக்கணிக்கப்படலாம். சைக்கிள் நேரத்தை உறுதிப்படுத்துவது T அதே நேரத்தில் குறிப்பிடப்பட்ட தாக்கு அதிர்வெண்ணையும் f _உ .

சுழற்சி நேரம் T மற்றும் தாக்க அதிர்வெண் f _உ சாதுக்கு f _உ = 60 / T , இங்கே T பிஸ்டனின் செயல் சுழற்சி நேரம் (கணக்கீட்டின் எளிமைக்காக, தாக்கப்புள்ளியில் ஏற்படும் குறுகிய நிறுத்தம் புறக்கணிக்கப்படுகிறது).

மேற்கூறிய நோக்கத்தை அடைவதற்கான எளிய வடிவமைப்பு கணக்கீட்டு முறை ஒன்றைக் கண்டுபிடித்தால், அது பொறியியல் வடிவமைப்புக்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும். பொதுவாக அறியப்பட்டது போல, ஹைட்ராலிக் எண்ணெய் அழுத்தம் பிஸ்டனைச் செயல்படுத்துகிறது; ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின்படி, மற்ற ஆற்றல் இழப்புகளைப் புறக்கணித்து, இந்த முழு வேலையும் பிஸ்டனின் இயக்க ஆற்றலாக மாறி வெளிப்புறமாக வெளியிடப்படுகிறது, இதனால் பின்வரும் தொடர்பு கிடைக்கிறது:

(m ⁄ 2) v ²_m = ∫ ₀^S F (S ) டி S                                                            (3.2)

சமன்பாடு (3.2)-இன் இயற்பியல் பொருள்: வலது பக்கம் மாறும் விசையால் செய்யப்படும் வேலை F (S ) என்பது நீளத்திற்கு (ஸ்ட்ரோக்) S ஆகும்; இடது பக்கம் என்பது அதே நீளத்திற்கு (ஸ்ட்ரோக்) பிஸ்டன் இயங்கும்போது பெறும் இயக்க ஆற்றல் ஆகும். S .

நேரியல் கணக்கீட்டை அடைவதற்காக, ஒரு மாறா விசை F _g மாறும் விசை F (S ) செய்யும் அதே வேலையை அதே நீளத்திற்கு (ஸ்ட்ரோக்) செய்வதாக கற்பனை செய்யலாம். S என்பது மாறா விசை F _g மாறும் விசையை மாற்றிட முடியும் F (S ) என்பதை நேரியல் கணக்கீட்டில் சம விளைவுடன் பயன்படுத்தி, பின்வருவதைத் தருகிறது:

(m ⁄ 2) v ²_m = ∫ ₀^S F (S ) டி S = F _g × S                                               (3.3)

சமன்பாடு (3.1)ஐ சமன்பாடு (3.3)இல் பிரதியிடுவதால் கிடைப்பது:

F _g = W _உ / S                                                                           (3.4)

சமன்பாடு (3.4)இல், மாறா விசை F _g சமான விசை என அழைக்கப்படுகிறது; இது மாறும் விசை செய்யும் வேலையை நிச்சயமாகச் செய்கிறது F (S ).

சமன்பாடு (3.4) என்பது சமான விசையைக் கணக்கிட உதவும் வாய்ப்பாடு. தாக்க ஆற்றல் W _உ = ( m /2)v ²_m வடிவமைப்புப் பணியால் குறிப்பிடப்படுகிறது மற்றும் ஒரு அறியப்பட்ட அளவுருவாகும். ஸ்ட்ரோக் S இயக்கவியல் கணக்கீடுகளிலிருந்து பெறப்படுகிறது மற்றும் அதுவும் அறியப்பட்டதாகும்; எனவே தேவையான தாக்க ஆற்றலை அடைய தேவையான சமான விசையைக் கணக்கிட முடியும். வடிவமைப்பு ஸ்ட்ரோக் S மற்றும் அதிர்வெண் f _உ , மேலும் ஸ்ட்ரோக்கின் திறன்படுத்தல் S பின்னர் வரும் அத்தியாயங்களில் படிப்படியாக அறிமுகப்படுத்தப்படும்.

இந்த சமான விசை ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் வடிவமைப்பு கணக்கீடுகளில் மிகவும் பயனுள்ளதாகும். இந்த சமான விசையை அடிப்படையாகக் கொண்டு, பிஸ்டனின் அழுத்தத்தைத் தாங்கும் பரப்பளவு — அதாவது, பிஸ்டனின் கட்டமைப்பு அளவுகள் — கண்டறியப்படுகின்றன; அக்கியூமுலேட்டரின் செயல்பாட்டு நிலைகள் மற்றும் செயல்திறன் கொள்ளளவு தீர்மானிக்கப்படுகின்றன; மேலும், ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கருக்கான இயக்கவியல் மற்றும் விசையியல் கணக்கீடுகள் செய்யப்படுகின்றன.

பிஸ்டனின் அழுத்தத்தைத் தாங்கும் பரப்பளவு:

A = F _g / p _g                                                                            (3.5)

சமன்பாடு (3.5)இல், p _g என்பது அமைப்பின் சமான எண்ணெய் அழுத்தம் ஆகும், இது சமான விசை என்ற கருத்துக்கு ஒத்ததாகும், மேலும் இது ஒரு கற்பனை மாறியாகும். எனினும், எண்ணெயின் இயக்கம் எதிர்ப்பை ஈடுசெய்வதைக் கருதும்போது, உண்மையில் அமைப்பு செயல்படும் எண்ணெய் அழுத்தம் சமான எண்ணெய் அழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும்; எனவே, வடிவமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் தரம் குறித்த அழுத்தம்:

p _உ = KP _g                                                                               (3.6)

சமன்பாடு (3.6)இல், K = 1.12 முதல் 1.15 வரை ஹைட்ராலிக் அமைப்பு செயல்பாட்டிற்கான எதிர்ப்பு கெழு ஆகும். இதன் மதிப்பு p _உ இது பொதுவாக வடிவமைக்கப்படும் அமைப்பின் மொத்தத் தேவைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது, எனவே பிஸ்டனின் அழுத்தத்தைத் தாங்கும் பரப்பளவு கணக்கிடக்கூடியதாகவும், அறியப்படுவதாகவும் ஆகிறது. எனவே:

A = KF _g / p _உ                                                                          (3.7)

சமன்பாடு (3.4)ஐ பிரதியிடுவதால் கிடைப்பது:

A = KW _உ \/ ( p _உ S ) (3.8)

மேலே குறிப்பிடப்பட்டவற்றிலிருந்து கணக்கிடப்படும் இயக்கவியல் மற்றும் இயக்கவியல் முடிவுகள் முற்றிலும் உண்மையானவை அல்ல — அவை நேரியல் மாறுபாடு கொண்டவை என விளக்கப்படுகின்றன, அதாவது பிஸ்டன் இயக்கம் சீரான முடுக்கத்துடனும், சீரான மெதுவாக்கத்துடனும் நிகழும் எனக் கருதப்படுகிறது. இருப்பினும், பிஸ்டன் சுழற்சி நேரம் T , அதிகபட்ச வேகம் v _m , மற்றும் இயக்க நீளம் S ஆகியவை உண்மையானவை; வடிவமைப்புத் தேவைகளை நிறைவேற்றுவதற்காக, அவை எளிய, பயனுள்ள மற்றும் துல்லியமானவை.

உண்மையில், மிக முக்கியமான கேள்வி என்னவெனில், தாக்க ஆற்றல் W _உ , தாக்க அதிர்வெண் f _உ , மற்றும் பாய்வு Q ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரை இயக்குவது உண்மையில் நிகழ்கிறது. ஏனெனில், பிஸ்டனின் அழுத்தத்தைத் தாங்கும் பரப்பளவு A நிலையானது மற்றும் ஸ்ட்ரோக் S நிலையானது, எனவே பம்பின் பாய்வு Q அவசியமாகவும் உண்மையானதாகவும் இருக்க வேண்டும்.

இவ்வாறு, சமான விசை கொள்கையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், வளைவு வடிவிலான (nonlinear) ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் வடிவமைப்புக் கணக்கீட்டை நேரியல் (linear) கணக்கீடாக எளிமைப்படுத்த முடியும்; இதன் மூலம் இயக்கவியல் (kinematics) மற்றும் விசையியல் (dynamics) கணக்கீடுகள் மிகவும் எளிமைப்படுத்தப்படுகின்றன மற்றும் சீரான முடுக்கம் மற்றும் சீரான மெதுவான இயக்கமாக கருதப்படுகின்றன.

சமான விசையின் கல்விசார் விழிப்புணர்வு என்பது, சிக்கலான செயல்முறையை புறக்கணித்து, பிரச்சினையின் முக்கிய தன்மையை பிடிப்பது மற்றும் வளைவு வடிவிலான பிரச்சினையை நேரியலாக்குவதாகும். ஆனால் தேவையான முடிவுகள் மிகவும் உண்மையானவை மற்றும் நம்பகமானவை, மேலும் ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்க முறைகளைப் பற்றிய புரிதலையும் ஆராய்ச்சியையும் ஆழப்படுத்துவதற்கு உதவியாக இருக்கின்றன.

3.2 பிஸ்டன் இயக்க விசையியல்

சமான விசை கோட்பாட்டின் அடிப்படையில், பிஸ்டனின் வேகம் மற்றும் விசைகள் படம் 3-1இல் காட்டப்பட்டுள்ளன, இவை மூன்று கட்டங்களைக் கொண்டவை: திரும்பு ஓட்ட முடுக்கம், திரும்பு ஓட்ட மெதுவாக்கம் (பிரேக்கிங்) மற்றும் சக்தி ஓட்டம்.

(1) பிஸ்டனின் திரும்பு ஓட்ட முடுக்கக் கட்டத்திற்கான இயக்கவியல் சமன்பாடு

திரும்பு ஓட்ட இயக்க விசையை F _2G , வேகத்தை v , மற்றும் முடுக்கத்தை a [+] என வரையறுக்க. திரும்பு ஓட்டத்தின் போது பிஸ்டனை முடுக்கும் சமான இயக்க விசை:

F _2G = p _g A ^′₂ = mA ₂                                                                   (3.9)

இங்கே: a ₂= [+] — பிஸ்டனின் திரும்பு ஓட்ட முடுக்கம்;

       A ^′₂— பிஸ்டனின் முன் அறையின் செயல்திறன் கொண்ட அழுத்தத்தை ஏற்றும் பரப்பு;

       p _g — அமைப்பின் சமான அழுத்தம்.

(2) பிஸ்டனின் திரும்பு ஓட்ட மெதுவாக்கக் கட்டத்திற்கான இயக்கவியல் சமன்பாடு

திரும்பு ஓட்டத்தின் போது பிஸ்டனை மெதுவாக்கும் சமான இயக்க விசை ஆகும்:

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

இங்கே: a ₃= [−] — திரும்பு ஓட்டத்தின் போது பிஸ்டனின் மெதுவாக்கம் (பிரேக்கிங்);

(3) பிஸ்டனின் சக்தி ஓட்ட நிலைக்கான இயக்கவியல் சமன்பாடு

சக்தி ஓட்டத்தின் போது பிஸ்டனை முடுக்கும் சமான இயக்க விசை ஆகும்:

F _1G = p _g A ^′₁ = mA ₁                                                                 (3.11)

இங்கே: a ₁= [−] — சக்தி ஓட்டத்தின் போது பிஸ்டனின் முடுக்கம்;

       A ^′₁— பிஸ்டனின் பின்புற அறையின் செயல்திறன் கொண்ட அழுத்த-ஏற்றும் பரப்பு.

செயல்திறன் கொண்ட அழுத்த-ஏற்றும் பரப்பு என்ற கருத்து, மேலே விளக்கப்பட்ட ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் மூன்று வெவ்வேறு செயல்பாட்டு கொள்கைகளைப் பொறுத்து வேறுபடுகிறது; இது இயக்கவியல் அத்தியாயத்தில் விரிவாக விளக்கப்பட்டுள்ளது.