ஹைட்ராலிக் ராக் டிரில் இன் செயல் தத்துவம்: தாக்கம் மற்றும் சுழற்று துளையிடல் ஆகியவற்றின் முக்கிய வினை முறை

ஹைட்ராலிக் ராக் டிரில் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை விளக்கும் பெரும்பாலான விளக்கங்கள் பிஸ்டனை முதலில் குறிப்பிடுகின்றன. ஆனால் இது சரியான தொடக்கப் புள்ளி அல்ல. பிஸ்டன் என்பது ஒரு ஹைட்ராலிக்-இயந்திர இணைப்பு அமைப்பின் வெளியீடு ஆகும்—பிஸ்டன் என்ன செய்கிறது என்பதை புரிந்துகொள்வது பயனுள்ளதாக இருக்கும் எனில், அதனை எவ்வாறு கட்டுப்படுத்துகிறது என்பதை முதலில் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். தாக்கு அமைப்பு அடிப்படையில் ஒரு ஹைட்ராலிக் அலைவுறு அமைப்பு ஆகும்: மாற்று வால்வ் பிஸ்டனின் முன் மற்றும் பின் அறைகளுக்கு எண்ணெய் ஓட்டத்தை தேவையான நேரத்தில் மாற்றுவதன் மூலம் தொடர்ச்சியான முன்னும் பின்னும் இயக்கத்தை நிலைநிறுத்துகிறது. அதற்கு அடுத்து வரும் அனைத்தும்—பிஸ்டன் வேகம், தாக்க ஆற்றல், அதிர்வெண்—அந்த மாற்று நேரத்தின் துல்லியத்தைப் பொறுத்தே அமைகின்றன.

முழு துளையிடும் செயல்பாடு மூன்று ஒத்த செயல்களை இணைக்கிறது: அச்சு வழியான தட்டுதல் (பிஸ்டன் தாக்கம்), சுழற்றுதல் (துளையிடும் கம்பி வரிசையைச் சுழற்றுதல், அதனால் ஒவ்வொரு தாக்கமும் புதிய பாறையில் படுகிறது) மற்றும் உந்து விசை (தலைப்பகுதியில் துளையிடும் தலையை உந்தும் விசை). இந்த மூன்று செயல்களும் சமன் செய்யப்பட வேண்டும்; அவ்வாறு செய்யப்படாவிடின், எவ்வளவு இயந்திர அழுத்த சக்தி வழங்கப்பட்டாலும் அமைப்பு திறம்பட செயல்படாது.

தட்டுதல் சுழற்சி: ஒரு தாக்கத்தில் எட்டு நிலைகள்

ஒரு தனித்த தட்டுதல் சுழற்சியில் பிஸ்டனின் இயக்கம், மாற்று வால்வு பிஸ்டன் நிலைக்கு ஏற்ப எண்ணெய் ஓட்டத்தை ஒருங்கிணைக்கும் போது, தோராயமாக எட்டு வேறுபட்ட இயந்திர அழுத்த நிலைகள் வழியாகச் செல்கிறது. நிலை 1-இல், அதிக அழுத்த எண்ணெய் முன் அறையை நிரப்பி, பிஸ்டனைப் பின்னோக்கி (திரும்பும் ஓட்டம்) இயக்குகிறது. இந்த திரும்பும் ஓட்டத்தின் போது, மாற்று வால்வு உள் பைலட் வழியாக பிஸ்டன் நிலையைக் கண்டறிந்து, தனது சொந்த மாற்றத்தைத் தொடங்குகிறது—அதாவது, அதிக அழுத்தத்தை முன் அறையிலிருந்து பின் அறைக்கு மாற்றுகிறது. நிலை 7-இல், பிஸ்டன் ஷாங்க் முகப்பைத் தொடும் போது அதன் அதிகபட்ச வேகத்தை அடைகிறது. மாற்று வால்வு இந்த நேரத்தில் தனது மாற்றப்பட்ட நிலையை சரியாக அடைய வேண்டும்: அது மிக விரைவாக மாறினால், முன் அறையில் உள்ள அதிக அழுத்த எண்ணெய் பிஸ்டனை ஷாங்கைத் தொடுவதற்கு முன்பே நிறுத்திவிடும்; மிக மெதுவாக மாறினால், தாக்கத்திற்குப் பின்னரும் பின் அறை அழுத்தத்தில் இருந்து விடும், இது ஆற்றலை வீணடிக்கும் இரண்டாம் தட்டுதலை (‘இரட்டை தட்டுதல்’) ஏற்படுத்தும், அது அடுத்த பயனுள்ள தட்டுதலுக்கு பங்களிக்காமல் போகும்.

மாறுதிசை வால்வு நேரத்தை மாற்றுவது குறித்த ஆய்வு, உற்பத்தியில் உள்ள டிரிப்டர்களில் தனித்தன்மைக்கு கீழே உள்ள தட்டச்சு ஆற்றலை ஏற்படுத்தும் முக்கிய காரணமாக இரண்டாம் தாக்குதல் குறைபாட்டை அடையாளம் கண்டுள்ளது. இரண்டாம் தாக்குதல் என்பது, மாறுதிசை வால்வு வேகம் போதுமானதாக இல்லாதபோது ஏற்படுகிறது—சிலிண்டருக்கும் வால்வு குழாயுக்கும் இடையேயான வால்வு வெற்றிட இடைவெளி ε என்பது, வால்வு எவ்வளவு விரைவாக மாறுதிசை மாறுகிறது என்பதைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. ε = 0.01 மிமீ எனில், வெற்றிட ஓட்டம் வடிவமைக்கப்பட்ட மாறுதிசை மாற்று வேகத்தை பராமரிக்கிறது; இந்த இடைவெளியை விரிவாக்கினாலும் அல்லது குறுக்கினாலும் தட்டச்சு செயல்திறன் குறைகிறது—மெதுவான மாறுதிசை மாற்றத்தின் காரணமாக (இரண்டாம் தாக்குதல்) அல்லது மிகைத்தாக்குதலின் காரணமாக (இழந்த பிஸ்டன் வேகம்).

வலிமை அலை கடத்தல்: பாறை முகப்பில் ஆற்றல்

பிஸ்டன் v வேகத்தில் ஷாங்கை மோதும்போது, அந்த மோதல் டிரில் ராட் மூலம் பிட்டை நோக்கி கீழே செல்லும் ஒரு சுருக்கு வலிமை அலையை உருவாக்குகிறது. அந்த அலையின் அதிர்வெண் (அம்பிளிட்யூட்) பிட்டின் முகப்பில் பாறையை உடைக்கும் விசையை தீர்மானிக்கிறது. அந்த வலிமை அலை ராட்டின் வழியாக வடிவியல் பரவல், ராட் இணைப்புகளில் மூலம் ஏற்படும் எதிரொலிகள் மற்றும் பொருளின் தடை (டேம்பிங்) ஆகியவற்றின் காரணமாக அடுக்கு முறையில் (எக்ஸ்பொனென்ஷியல்) குறைகிறது. புல அளவீடுகள், அந்த வலிமை அலை வடிவம் கால அடிப்படையில் மீண்டும் மீண்டும் திரும்பும் வகையில் (பீரியாடிக்) உள்ளது எனவும், ராட்டின் முழு நீளத்திலும் அது கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியத்தை அடைகிறது எனவும் காட்டுகின்றன—அதாவது, ஆழத்தில் பயன்படுத்தக்கூடிய மோதல் ஆற்றல், ஷாங்கில் பிஸ்டன் உருவாக்கிய ஆற்றலின் ஒரு சிறிய பின்னமாகவே இருக்கிறது.

ஆற்றல் மாற்றத்திற்கு பிஸ்டன், ஷாங்க், ராட் மற்றும் பிட் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தடை பொருத்தம் முக்கியமானது. இந்த கூறுகளுக்கு இடையே அலை தடை (குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு மற்றும் ஒலியியல் வேகம் ஆகியவற்றின் பெருக்கல்) பொருத்தப்பட்டால், ஒவ்வொரு இணைப்பு புள்ளியிலும் எதிரொலிப்புகள் இன்றி அழுத்த அலை திறம்பட கடத்தப்படும். பிஸ்டன் ராட் விட்டம் டிரில் ராட்டுடன் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் பொருத்தமின்றி இருந்தால், அலையின் ஒரு பகுதி பின்னோக்கி எதிரொலிக்கும்—அந்த எதிரொலித்த பகுதி செலவழிக்கப்பட்ட ஆற்றலாகும். இதனால்தான், பிஸ்டன் வடிவமைப்பு பொதுவான வடிவமைப்பாக இல்லாமல், குறிப்பிட்ட ராட் விட்ட வகுப்புக்கு ஏற்றவாறு முக்கியத்துவம் பெறுகிறது.

சுழற்சி இயந்திரவியல்: அடித்தல்களுக்கு இடையேயான நேர ஒத்திசைவு

சுழற்சி மோட்டார், தட்டுதல் செயல்பாட்டின் போது துளையிடும் கம்பி (drill string) ஐத் தொடர்ந்து சுழற்றுகிறது; இதன் சுழற்சி வேகம் அமைக்கப்பட்டுள்ளது என்றால், ஒவ்வொரு தட்டுதலுக்கும் இடையில் டிரில் பிட் (bit) தோராயமாக 5–10 டிகிரி கோணத்தில் முன்னேறும். இந்தக் கோண முன்னேற்றம், அடுத்த அடியை விடுவதற்கு முன்பாக ஒவ்வொரு கார்பைட் பொத்தானையும் (carbide button) புதிய பாறை மேற்பரப்பின் மீது நிலைநிறுத்துகிறது. மிகக் குறைந்த முன்னேற்றம்: கார்பைட், ஏற்கனவே பிளந்த பகுதியில் மீண்டும் அடித்து, புதிய பிளவுகளை உருவாக்காமல் மிக மெல்லிய பொடியையும், வெப்பத்தையும் உருவாக்குகிறது. மிக அதிக முன்னேற்றம்: கார்பைட், முந்தைய அடிகளால் உருவாக்கப்பட்ட சிதறிய பகுதிகளுக்கு இடையில் உள்ள பிளவு அடையாத பாறையில் அடிக்கிறது — பகுதியளவு பிளந்த மேற்பரப்பில் அடிப்பதை விட இது குறைந்த திறனுடையது.

சுழற்றும் மோட்டார் தட்டுதல் சுற்றுப்பாதையிலிருந்து சுதந்திரமாகச் செயல்படுகிறது மற்றும் தனியான இயந்திரவியல் சுற்றுப்பாதையால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. துளையிடும் தலை (பிட்) கடினமான இடைச்சட்டங்களைச் சந்திக்கும்போது அல்லது வெட்டுதல் துகள்கள் சேர்ந்து சுத்தம் செய்யும் செயல்முறையைத் தடுக்கும்போது சுழற்றும் திருப்பு விசை அதிகரிக்கிறது. சுழற்றும் செயல்முறை நின்றுவிடும் வகையில் ஏற்படும் திருப்பு விசை உச்சம்—அதே நேரத்தில் தட்டுதல் தொடர்ந்து செயல்படும்—துளையிடும் தலையை இடத்திலேயே பிடித்து வைக்கிறது, அதே நேரத்தில் பிஸ்டன் சுழற்றாத கம்பித்தண்டுக்குள் தொடர்ந்து அடிகளை வழங்குகிறது. இந்த நிலையில், துளையிடும் கம்பி சுழற்றும் மற்றும் அழுத்தும் விசைகளின் கலவையால் விளைந்த வடிவமைப்பு அழுத்தத்தை வினாடிகளிலேயே அதன் சோர்வு எல்லையை மீறிவிடும். நவீன ஜம்போக்களில் உள்ள சிக்கிக்கொள்ளா செயல்பாடு (Anti-jamming function) இந்த நிலையைக் கண்டறிந்து, கம்பித்தண்டுக்கு ஏற்படும் சேதத்தைத் தடுக்க தட்டுதல் அழுத்தத்தைக் குறைக்கிறது அல்லது சிறிது நேரம் சுழற்றும் திசையை எதிர் திசையில் மாற்றுகிறது.

உந்து விசை: தொடர்பு சமன்பாடு

ஃபீட் விசை (Feed force) என்பது பெர்கஷன் அடிகளுக்கு இடையில் ராக் முகப்பில் பிட்டை (bit) ஐ அழுத்தி வைக்கும் அசியல் தள்ளுவிசையாகும். இந்த விசை இல்லாவிடின், திரும்பும் வடிவ அழுத்த அலை (return stress wave) காரணமாக பிட் சிறிது உயர்ந்து அடுத்த அடிக்கு முன்பாக முகப்பிலிருந்து தொடர்பை இழக்கிறது—எனவே ஒவ்வொரு தாக்கமும் பிட்டை மீண்டும் முகப்பை அடைய முடியும் வரை அதை மீண்டும் முடுக்குவதற்காக பகுதியளவு வீணாகிறது. மிகையான ஃபீட் விசையுடன், பிட் முகப்பில் மிகவும் உறுதியாக சிக்கிக் கொள்கிறது; இதனால் பிஸ்டன் தனது முழு ஸ்ட்ரோக் நீளத்தையும் நிறைவேற்ற முடியாமல் போகிறது; தாக்க ஆற்றல் குறைக்கப்படுகிறது மற்றும் செயல்திறன் கொண்ட பெர்கஷன் ஆற்றல் குறைகிறது.

சிறந்த உணவு விசை என்பது, பிஸ்டன் ஸ்ட்ரோக்கை வரம்புக்குள் கொண்டு வராமல், வலுவான, தொடர்ச்சியான பிட்-பாறை தொடர்பை உருவாக்குகிறது. நடைமுறையில், துளையின் ஆழம் அதிகரிக்கும் போது உணவு அழுத்தம் அதிகரிக்க வேண்டும், ஏனெனில் டிரில் ஸ்ட்ரிங்கின் எடை அதிகரிக்கும் எதிர்-விசையை வழங்குகிறது, இது சிலிண்டரின் தள்ளுவிசையை சமன் செய்கிறது. எல்கேஏபி-யின் மால்ம்பெர்கெட் சுரங்கத்தில் மேற்கொள்ளப்பட்ட புலத்தில் மேற்றுநோக்கீடு, சரியாக இயக்கப்படும் உற்பத்தி டிரில்களில் துளை நீளத்துடன் உணவு அழுத்தம் நேரியல் முறையில் அதிகரிப்பதைக் காட்டியது — இது, மாறாத உணவு அழுத்த அமைப்புகள் ஆழத்தில் தொடர்பு விசையில் பொருத்தமற்ற மதிப்புகளை உருவாக்குகின்றன என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது.

டேம்பிங்: பாறை பயன்படுத்தாத ஆற்றலை மீட்டெடுத்தல்

முனை முகத்தை அடைந்த பிறகு, வலுவான அலையின் சில ஆற்றல் பாறையை உடைக்கிறது. மீதமுள்ள ஆற்றல் இழுவிசை அலையாக துளையிடும் கம்பியின் வழியே மீண்டும் மேலே பயணிக்கிறது. அதை ஏதேனும் ஒன்று தடுக்காவிட்டால், அந்த பிரதிபலித்த அலை ஷாங்க் (shank) வரை சென்று, மீண்டும் டிரிப்டர் உடலில் (drifter body) செலுத்தப்படுகிறது—இது ஹவுசிங் (housing), பூம் மவுண்ட்ஸ் (boom mounts) மற்றும் கட்டமைப்பு இணைப்புகளை (structural joints) வலுவாக வினைக்கு உட்படுத்துகிறது. இந்த பிரதிபலித்த ஆற்றலை தடுக்கும் செயல்பாட்டை டேம்பிங் அமைப்பு (damping system) மேற்கொள்கிறது. ஒற்றை-டேம்பிங் வடிவமைப்புகள் (எ.கா., மிதக்கும் இணைப்பி – floating adapter, Epiroc COP போன்றவை) ஷாங்க்-பிஸ்டன் இடைமுகம் (shank-piston interface) இல் பிரதிபலித்த அலையை உறிஞ்சுகின்றன. இரட்டை-டேம்பிங் வடிவமைப்புகள் (எ.கா., Furukawa HD தொடர்) இரண்டு தொடர் அறைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன: முதலாவது அறை முதன்மை பிரதிபலித்த அலையை உறிஞ்சுகிறது; இரண்டாவது அறை முதலாவது அறையால் விடுவிக்கப்படும் மீதமுள்ள பின்வினை ஆற்றலை (residual rebound energy) உறிஞ்சுகிறது.

8 தட்டுதல் மணிநேரங்களைக் கொண்ட அதிக பயன்பாட்டு அடித்தள சுரங்கப் பணியின் போது, குறைப்பு அமைப்பால் உறிஞ்சப்படும் மொத்த எதிரொலித்த அலை ஆற்றல் மிகவும் அதிகமாகும். குறைப்பு சுற்றுவழியில் உள்ள சீல் தேய்மானம் ஆற்றல் உறிஞ்சும் திறனைக் குறைக்கிறது—இதனால், குறைப்பு அமைப்பு தடுக்க வடிவமைக்கப்பட்ட ஆற்றல் ஹவுசிங்கிற்கு வரத் தொடங்குகிறது. HOVOO முக்கிய டிரிப்டர் தளங்களுக்கான குறைப்பு சுற்றுவழி சீல் கிட்களையும், தரமான தட்டுதல் கிட்களையும் வழங்குகிறது. முழுமையான குறிப்புகளுக்கு hovooseal.com ஐப் பார்க்கவும்.