வடிவமைப்பு கணக்கீடுகளுக்கான கோட்பாட்டு அடித்தளம்

2.3 வடிவமைப்பு கணக்கீடுகளுக்கான கோட்பாட்டு அடித்தளம்

2.3.1 பிஸ்டன் இயக்கத்தின் பகுப்பாய்வு

ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான் வடிவமைப்பு என்பது, வடிவமைப்பு தரவரையறையில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ள செயல்திறன் தேவைகளை நிறைவு செய்யும் வகையில் கட்டமைப்பு அளவுகளைக் கணக்கிடுவதைக் குறிக்கிறது. இந்த கட்டமைப்பு அளவுகளின் கீழ், ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான் தேவையான தாக்க ஆற்றல் மற்றும் தாக்க அதிர்வெண்ணை அடைய முடியும்.

ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான் ஒரு நிலையான ஸ்ட்ரோக்கிற்குள் பிஸ்டன் முன்னும் பின்னுமாக இயங்குவதன் மூலம் தாக்க ஆற்றல் மற்றும் தாக்க அதிர்வெண்ணை வெளியிடுகிறது என்பதை மிகவும் வலியுறுத்த வேண்டும் S சிலிண்டர் உடலுக்குள். இந்த நிலையான ஸ்ட்ரோக்கில், பிஸ்டன் தொடர்ச்சியான சுழற்சியில் இயங்குகிறது: திரும்பும் ஸ்ட்ரோக் முடுக்கம் → திரும்பும் ஸ்ட்ரோக் மெதுவாக்கம் (பிரேக்கிங்) → திரும்பும் ஸ்ட்ரோக் வேகம் பூஜ்ஜியத்திற்கு விழுகிறது → பவர்-ஸ்ட்ரோக் முடுக்கம் → அதிகபட்ச வேகத்தில் தாக்கப்புள்ளியை அடைகிறது v _m → சிசல் வாலைத் தாக்குகிறது (தாக்க ஆற்றலை வெளியிடுகிறது) → நின்று, அடுத்த சுழற்சியைத் தொடங்குகிறது. இந்த நிலையான ஸ்ட்ரோக் S பிஸ்டன் ஸ்ட்ரோக் எனப்படுகிறது; இது சிலிண்டர் உடலின் அளவுகளை தீர்மானிப்பதற்கான முக்கிய அடிப்படையாகும்.

பிஸ்டன் சிலிண்டர் உடலுக்குள் முன்னும் பின்னுமாக இயங்குகிறது. தாக்கப்புள்ளியிலிருந்து தொடங்கி, அது திரும்பும் ஸ்ட்ரோக்கில் முடுக்கமடைந்து அதிகபட்ச திரும்பும் ஸ்ட்ரோக் வேகத்தை அடைகிறது v _mo , பின்னர் வால்வ் மாற்றத்தின் காரணமாக மெதுவாக்கம் தொடங்குகிறது; வேகம் விரைவாக v _mo சுழியத்திற்கு — பிஸ்டன் மேல் இறுதி மையத்தில் (TDC) நின்றுவிடுகிறது. பிஸ்டன் கடந்து செல்லும் இந்த இயக்கம், திரும்பு இயக்கம் (ரிட்டர்ன் ஸ்ட்ரோக்) எனப்படுகிறது. இந்த நேரத்தில், வால்வ் இன்னும் அதன் மூல நிலையில் இருப்பதால், பிஸ்டன் தாக்கப் புள்ளியை அடையும் வரை சக்தி இயக்கத்தில் (பவர் ஸ்ட்ரோக்) முடுக்கமடையத் தொடங்குகிறது. பிஸ்டன் சிசல் வாலை (சிசல் டெயில்) தொடும்போது, அதன் வேகம் மீச்சிறு மதிப்பை அடைந்துவிடுகிறது — இது பிஸ்டனின் அதிகபட்ச தாக்க வேகம் எனப்படுகிறது v _m . பிஸ்டன் மேல் இறுதி மையத்திலிருந்து (TDC) சிசல் வாலைத் தொடும் வரை கடந்து செல்லும் இயக்கம், சக்தி இயக்கம் (பவர் ஸ்ட்ரோக்) எனப்படுகிறது. தெளிவாக, திரும்பு இயக்கமும் சக்தி இயக்கமும் சமமாக இருத்தல் வேண்டும்.

ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் வடிவமைப்புக் கோட்பாட்டை ஆழமாக ஆராய்வதற்கு, முதலில் பிஸ்டன் வேகம், பல்வேறு கலன் அழுத்தங்கள் மற்றும் இயக்கத்தின் போது திரவ ஓட்ட விநியோகம் மற்றும் அதன் மாற்றங்களைப் புரிந்துகொள்வது உதவியாக இருக்கும். ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்கத்தின் போது செயல்பாட்டு அளவுகளில் ஏற்படும் மாற்றங்களின் காரணங்களும் அவற்றின் திசைகளும் படம் 2-4இல் காட்டப்பட்டுள்ளன.

p ₀என்பது அக்கியூமுலேட்டரின் முன்குறிப்பிடப்பட்ட நைட்ரஜன் அழுத்தம்; Q என்பது பம்ப் மூலம் ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கருக்கு வழங்கப்படும் திரவ ஓட்டம்; Q ₁சேமிப்புத் தொட்டியின் உள்ளே செல்லும் பாய்வு (+) மற்றும் வெளியே வரும் பாய்வு (−) ஆகும்; Q ₂பிஸ்டனின் முன் அறையின் உள்ளே செல்லும் பாய்வு (+) மற்றும் வெளியே வரும் பாய்வு (−) ஆகும், இதில் Q = Q ₁ + Q ₂. Q ₃பிஸ்டனின் பின் அறையின் உள்ளே செல்லும் பாய்வு (+) மற்றும் வெளியே வரும் பாய்வு (−) ஆகும்; p இது கட்டமைப்பின் அழுத்தம் ஆகும்.

படம் 2-4 என்பது திரும்பு ஓட்டத்தின் தொடக்கத்தில் உள்ள பிஸ்டனைக் காட்டுகிறது. பம்ப் பாய்வு Q கட்டமைப்பிற்குள் நுழைகிறது; அதன் ஒரு பகுதி ( Q ₂) பிஸ்டனின் முன் அறையிற்குள் நுழைந்து அதன் திரும்பு ஓட்டத்தை இயக்குகிறது, அதே நேரத்தில் பின் அறை எண்ணெயைத் தொட்டியிற்கு வெளியேற்றுகிறது ( Q ₃); மற்றொரு பகுதி ( Q ₁) சேமிப்புத் தொட்டியிற்குள் நுழைந்து நைட்ரஜனை சுருக்குகிறது, எனவே கட்டமைப்பின் அழுத்தம் p சேமிப்புத் தொட்டியின் முன்-சுமையிடப்பட்ட அழுத்தத்திலிருந்து தொடங்குகிறது p ₀மற்றும் தொடர்ந்து அதிகரித்துக் கொண்டே செல்கிறது Q ₁ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்கம், பிஸ்டனின் இயக்க நிலையை அடிப்படையாகக் கொண்டு, பொதுவாக மூன்று கட்டங்களாகப் பிரிக்கப்படுகிறது, அவை பின்வருமாறு விளக்கப்படுகின்றன:

(1) பிஸ்டன் திரும்பு-செலுத்தல் முடுக்கம்

பிஸ்டன் தாக்கப்புள்ளியிலிருந்து திரும்பு-செலுத்தல் செயல்முறையைத் தொடங்குகிறது. பம்ப் தொடர்ந்து ஓட்டத்தை செலுத்தும்போது, அமைப்பின் அழுத்தம் p ↑ → பிஸ்டன் வேகம் v ↑ → Q ₂↑ → Q ₁↓ → Q ₃↑, மேலும் எண்ணெய் தொடர்ந்து டேங்கிற்கு வெளியேற்றப்படுகிறது. பிஸ்டன் வேகம் v ↑ → Q ₂↑ → Q ₁↓, வரை Q ₁= 0. இந்தக் காலகட்டத்தின் பண்பு v ↑ மற்றும் p ↑. போது Q ₁= 0, ஒரு திருப்பு புள்ளி தோன்றுகிறது: அழுத்தம் p மேலும் அதிகரிக்கவில்லை, ஆனால் பிஸ்டன் வேகம் தொடர்ந்து அதிகரிக்கிறது (ஏனெனில் பிஸ்டன் திரும்பு நகர்விற்கான இயக்க விசை இன்னும் இருக்கிறது). இந்த திருப்பு புள்ளிக்குப் பிறகு, ஏனெனில் v ↑, பம்ப் ஓட்டம் Q பிஸ்டன் நகர்விற்கான ஓட்டத் தேவையை நிறைவேற்ற முடியவில்லை, அதாவது Q ₂ > Q . பிஸ்டன் முன் அறையின் ஓட்டத் தேவையை நிறைவேற்ற, அக்கியூமுலேட்டர் இப்போது எண்ணெயை வெளியேற்ற வேண்டும், இது பம்ப்பின் குறைபாட்டை நிரப்பும். ஓட்டச் சமநிலை கோட்பாட்டின் அடிப்படையில், Q ₂ = Q + Q ₁; இந்த நேரத்தில் Q ₁என்பது அக்கியூமுலேட்டரிலிருந்து வெளியேறி பிஸ்டன் முன் அறைக்குள் செல்லும் ஓட்டம், வரை v ↑ ஆக v = v _mo வால்வ் மாற்றமடைகிறது, மேலும் பிஸ்டன் திரும்பு-பயண மெதுவாக்கும் கட்டத்திற்கு நுழைகிறது.

(2) பிஸ்டன் திரும்பு-பயண மெதுவாக்குதல்

திரும்பு-பயணத்தின் போது, பிஸ்டனின் முன் தள்ளுதல் பகுதி பின்னூட்டத் துளையைக் கடந்துவிட்டதால், வால்வ் மாற்றமடைந்து பிஸ்டனின் மீது செயல்படும் விசையின் திசையை மாற்றுகிறது; இயக்கு விசை பிஸ்டனுக்கு எதிர் திசையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் பிஸ்டன் மெதுவாக்கம் தொடங்குகிறது, அது v = 0 ஆகும் வரை. இப்போது திரும்பு-பயணம் முழுமையாக முடிந்துவிட்டது; பிஸ்டன் உச்ச இறுதிநிலையை (Top Dead Center) அடைந்து, முழு பயணத்தையும் கடந்துவிட்டது S , இயக்க பயணத்திற்கு தயாராகிவிட்டது.

(3) பிஸ்டன் இயக்க பயணம்

பிஸ்டன் வேகம் v = 0 ஆக வீழ்ந்த போது, பிஸ்டனின் மீது செயல்படும் விசை திசை மாறுகிறது, எனவே பிஸ்டன் வேகமும் v மாறுகிறது, '+' இலிருந்து '−' ஆக மாறுகிறது. பின்னர் பிஸ்டன் எதிர் திசையில் செயல்படும் விசையின் கீழ் இயக்க பயணத்தில் முடுக்கம் பெறத் தொடங்குகிறது. இயக்க பயண முடுக்கத்தின் தொடக்கத்தில், பிஸ்டன் வேகம் v = 0 இலிருந்து தொடங்குகிறது, அப்போது பிஸ்டன் எண்ணெய் நுகர்வு Q ₃= 0; அனைத்து பம்ப் வெளியீடும் Q சேமிப்பகத்திற்குள் பாய்கிறது, Q ₁ = Q , Q ₂= 0. மின்சார-ஸ்ட்ரோக் வேகம் v ↑ → Q ₃↑ → Q ₁↓ → Q ₂(−)↑. இங்கு கவனிக்க வேண்டியது என்னவென்றால், முன் அறையின் பரப்பளவு A ₂பின் அறையின் பரப்பளவை விடக் குறைவு என்பதால், A ₁ஓட்ட சமநிலை கொள்கையின்படி, கண்டிப்பாக Q ₃ = Q ₂ + Q − Q ₁, கொண்டு v ↑ மற்றும் Q ₁↓, வரை Q ₁= 0. இதன் பொருள் v ↑; இந்த நேரத்தில் அனைத்து பம்ப் வெளியீடும் Q பிஸ்டனின் பின் அறையில் முழுமையாக செலுத்தப்படுகிறது, அதாவது Q ₃ = Q , Q ₁= 0, ஆனால் பிஸ்டன் வேகம் v இன்னும் மீச்சிறு வேகத்தை அடையவில்லை v _m . பிஸ்டன் தொடர்ந்து முடுக்கப்படுகிறது; பம்ப் ஓட்டம் Q தேவையை இனி பூர்த்தி செய்ய முடியாது, எனவே அக்கியூமுலேட்டர் ஓட்டத்தை நிரப்பத் தொடங்குகிறது, அதாவது Q ₃ = Q + Q ₁(−), வரை பிஸ்டன் மீச்சிறு வேகத்தில் சிசல் வாலில் மோதுகிறது v _m . மோதலின் கணத்தில், பிஸ்டன் வேகம் திடீரென ஆகிறது v = 0, மற்றும் பிஸ்டன் வெளிப்புறமாக மோதல் ஆற்றலை வெளியிடுகிறது W , ஒரு பணிச்சுழற்சியை முடிக்கிறது.

அக்கியூமுலேட்டரின் உள்ளீடு/வெளியீடு ஓட்டம் Q ₁மாறும்போது, அமைப்பின் அழுத்தமும் p அதற்கேற்ப மாறுகிறது. அக்கியூமுலேட்டரை மின்னேற்றும்போது, Q ₁= '+', அமைப்பின் அழுத்தம் p ↑; சேமிப்புத் தொட்டி வெளியே எண்ணெயை வெளியேற்றும்போது, Q ₁= '−', அமைப்பின் அழுத்தம் p ↓. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், ஒரு ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பானின் இயங்கும் செயல்முறை எப்போதும் அமைப்பின் அழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களுடன் இணைந்தே இருக்கும். சேமிப்புத் தொட்டியில் மிக அதிக அளவு எண்ணெய் நிரப்பப்பட்ட நேரத்தில், அமைப்பின் அழுத்தம் அதன் உச்சத்தில் இருக்கும். பிஸ்டன் தாக்கப்படும் புள்ளியை அடைந்த நேரத்தில், சேமிப்புத் தொட்டி மிக அதிக அளவு எண்ணெயை வெளியேற்றியிருக்கும் — இது அமைப்பின் அழுத்தம் குறைந்த நேரமாகும். எனவே, ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான் இயக்கத்தைத் தொடங்கும் நேரத்திலிருந்து அது நிலையான இயக்க நிலையை அடையும் வரை, அதன் அமைப்பு இயக்க அழுத்தம் p எப்போதும் அதிகபட்ச அழுத்தத்திற்கும் p _mAX குறைந்தபட்ச அழுத்தத்திற்கும் இடையே மாறிக்கொண்டே இருக்கும் p _mIN , மேலும் அது மாறாமல் மற்றும் மாறாத நிலையில் இருத்தல் என்பது முற்றிலும் சாத்தியமற்றது. படம் 2-5 ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான் இயங்கும்போது அனைத்து அமைப்பு அளவுகளின் மாற்றத்தைக் காட்டுகிறது.

படம் 2-5: ஒரு ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்கத்தின் போது அமைப்பு அளவுகளில் ஏற்படும் மாறுபாடு [விளக்கம்: சாய்வு நிரப்பப்பட்டது = அக்குமுலேட்டர் மின்னழுத்தமூட்டுதல்; குறுக்கு சாய்வு நிரப்பப்பட்டது = அக்குமுலேட்டர் மின்னழுத்தம் வெளியேற்றுதல்; வெள்ளை = பிஸ்டன் எண்ணெய் பயன்பாடு]

மேலே விளக்கப்பட்ட இயங்கும் செயல்முறை, இயங்கும் அளவுகளில் ஏற்படும் மாறுபாடுகள் மிகவும் சிக்கலானவை என்பதைக் காட்டுகிறது — இது ஒரு நேரியலற்ற அமைப்பாகும். இது ஆழமான கோட்பாட்டு பகுப்பாய்வு மற்றும் ஆராய்ச்சிக்கு கணிசமான சிரமங்களை ஏற்படுத்துகிறது. உண்மையில், இது ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர்கள் குறித்த கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சி, தயாரிப்பு வளர்ச்சியை விட பின்தங்கியிருப்பதற்கான முக்கிய காரணங்களில் ஒன்றாகும்.

2.3.2 கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சியின் தற்போதைய நிலை

உலகெங்கிலும் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள், ஹைட்ராலிக் தாக்க சாதனங்கள் (ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர்கள்) குறித்த கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சியில் பொதுவாக இரண்டு வெவ்வேறு தொழில்நுட்ப அணுகுமுறைகளை எடுத்துள்ளனர்: நேரியல் அமைப்புக் கோட்பாட்டின் அடிப்படையிலான ஆராய்ச்சி மற்றும் நேரியலற்ற அமைப்புக் கோட்பாட்டின் அடிப்படையிலான ஆராய்ச்சி.

1) நேரியல் அமைப்புக் கோட்பாட்டின் அடிப்படையிலான ஆய்வு, பிஸ்டனின் மீது செயல்படும் விசை மாறாமல் இருப்பதாகவும், பிஸ்டனின் வேகம் ஒரு சீரான வீதத்தில் நேரியல் முறையில் அதிகரிப்பதாகவும், சில தாக்கும் காரணிகள் புறக்கணிக்கப்படுவதாகவும் கருதுகிறது; இதன் அடிப்படையில் கோட்பாட்டு ஆய்வுக்காக ஒரு நேரியல் கணித மாதிரி உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த ஆய்வு முறை தெளிவானதும் எளிமையானதுமாகும், மேலும் சில நடைமுறைச் சிக்கல்களைத் தீர்க்க முடியும், ஆனால் அது மிகவும் துல்லியமானது அல்ல, மேலும் குறிப்பிடத்தக்க பிழைகளைக் கொண்டுள்ளது.

2) சீரற்ற அமைப்புக் கோட்பாட்டின் அடிப்படையிலான ஆய்வு, ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் இயக்க வடிவங்களை உயர் வரிசை சீரற்ற வகைக்கெழுச் சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி விளக்குகிறது, மேலும் ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கர் பிஸ்டனின் இயக்கவியல் மற்றும் விசையியலை மிகவும் துல்லியமாக விளக்குகிறது. இந்த சீரற்ற ஆய்வு நேரியல் ஆய்வை விட மிகவும் துல்லியமானது, ஆனால் இது இன்னும் சில கருதுகோள்களை அடிப்படையாகக் கொண்டுள்ளது. இது ஹைட்ராலிக் தாக்கத்தின் சில இயற்பியல் நிகழ்வுகளை மிகவும் துல்லியமாக வெளிப்படுத்த முடியும் எனினும், இதனைத் தீர்வு காண்பது கடினமாகவும், விளக்குவது எளிதல்லாமலும், கணினி கணக்கீடுகள் மூலம் மட்டுமே எண்ணியல் தீர்வுகளை உருவாக்க முடியும் என்பதால், இதனைப் பயன்படுத்துவது வசதியற்றதாகவும் உள்ளது.

இந்த இரண்டு அணுகுமுறைகளுடன் கூடுதலாக, பல ஆண்டுகளாக அர்ப்பணிப்புடன் மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆய்வுகளுக்குப் பின்னர், ஆசிரியர்கள் ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான்களுக்கான விலக்கப்பட்ட மாறிகள் வடிவமைப்புக் கோட்பாடு (ஹைட்ராலிக் தாக்க இயந்திரங்கள்). விலக்கப்பட்ட மாறிகள் வடிவமைப்புக் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி, ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான்களுக்கான பகுப்பாய்வு தீர்வுகளைக் காண முடியும், இது ஹைட்ராலிக் பாறை உடைப்பான்களின் இயக்கத்தின் உள் அமைப்புகளை ஆழமாக வெளிப்படுத்தும் மற்றும் பயனர்களால் தொழில்நுட்ப புதுமைகளை ஏற்படுத்துவதற்கான கோட்பாட்டு அடிப்படையை வழங்கும்.

ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் ஆராய்ச்சி அணுகுமுறை: ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் செயல்பாட்டு அளவுகளின் சிக்கலான தன்மையை அங்கீகரித்தல், ஆனால் சிக்கலான அமைப்பை நேரியல் அமைப்பாக மாற்றுவதற்காக சமான விசை மாற்றத்தைப் பயன்படுத்துதல், இதனால் அதனை நேரியல் அமைப்பு முறைகளைக் கொண்டு ஆராய முடியும் மற்றும் பகுப்பாய்வு தீர்வுகளைப் பெற முடியும். இந்த முறையில் பெறப்படும் ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் செயல்பாட்டு அளவுகள் மற்றும் கட்டமைப்பு அளவுகள் மிகவும் துல்லியமானவை மற்றும் கணக்கீடு எளிமையானது. ஹைட்ராலிக் ராக் பிரேக்கரின் சிந்தனை மாறிகள் அடிப்படையிலான வடிவமைப்புக் கோட்பாடு பின்வரும் அத்தியாயங்களில் குறிப்பிட்டு விளக்கப்படும்.