รูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

4.3 รูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

จากผลการวิเคราะห์แผนภาพความเร็วข้างต้น สามารถสรุปข้อสรุปเกี่ยวกับรูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกสูบได้ดังนี้

(1) แผนภาพความเร็วของลูกสูบประกอบด้วยสามเหลี่ยมสองรูป: สามเหลี่ยมมุมฉากสำหรับแผนภาพความเร็วในช่วงจังหวะให้กำลัง และสามเหลี่ยมทั่วไป (ไม่ใช่มุมฉาก) สำหรับแผนภาพความเร็วในช่วงจังหวะคืนกลับ

(2) เนื่องจากความยาวของจังหวะให้กำลังเท่ากับความยาวของจังหวะคืนกลับ พื้นที่ของสามเหลี่ยมทั้งสองรูปจึงต้องเท่ากัน

(3) ความเร็วในช่วงการเบรกขณะเคลื่อนที่กลับ (return-stroke braking phase) และช่วงการให้พลังงาน (power-stroke phase) จะอยู่บนเส้นตรงเดียวกันในแผนภาพความเร็ว เนื่องจากหลังจากวาล์วของลูกสูบเปลี่ยนสถานะในช่วงการเคลื่อนที่กลับแล้ว วาล์วจะคงอยู่ในตำแหน่งเดิมตลอดทั้งช่วงการเบรกขณะเคลื่อนที่กลับและช่วงการให้พลังงาน ทำให้แรงที่กระทำต่อลูกสูบมีค่าคงที่

(4) หลักการสำคัญในการออกแบบเครื่องทุบหินไฮดรอลิก: ในทุกการออกแบบที่เป็นไปได้ ความเร็วสูงสุดของลูกสูบ v _m (พลังงานการกระแทก W _H ) และระยะเวลาของหนึ่งรอบการทำงาน T (ความถี่การกระแทก f _H ) ต้องคงที่ เนื่องจากค่าเหล่านี้กำหนดไว้โดยข้อกำหนดในการออกแบบ และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

(5) พารามิเตอร์เชิงจลศาสตร์: ระยะทางของการเร่งความเร็วในช่วงการเคลื่อนที่กลับ S _j , เวลาที่ใช้ในการเร่งความเร็วในช่วงการเคลื่อนที่กลับ T ₂^′, และความเร็วสูงสุดในช่วงการเคลื่อนที่กลับ v _{โมลิบดีนัม (Mo)} ล้วนมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการควบคุมเครื่องทุบหินไฮดรอลิก เนื่องจากพารามิเตอร์ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นบริเวณจุดที่วาล์วเปลี่ยนสถานะในช่วงการเคลื่อนที่กลับ สำหรับเครื่องทุบหินไฮดรอลิกแบบใช้สัญญาณย้อนกลับจากระยะการเคลื่อนที่ (stroke-feedback hydraulic rock breakers), S _j เป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดตำแหน่งรูรับสัญญาณย้อนกลับ และมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการออกแบบเครื่องทุบหินไฮดรอลิก T ₂^′และ v _{โมลิบดีนัม (Mo)} ในปัจจุบัน ไม่มีผลิตภัณฑ์เครื่องทุบหินไฮดรอลิกใดใช้พารามิเตอร์ทั้งสองนี้ในการควบคุมเครื่องทุบหิน แต่วิธีดังกล่าวเป็นไปได้และคุ้มค่าที่จะศึกษาเพิ่มเติม

(6) การเปรียบเทียบการออกแบบที่เป็นไปได้ทั้งหมดจากมุมมองเชิงจลศาสตร์ (กล่าวคือ จุด P และจุด F ที่ตำแหน่งต่าง ๆ) v _m และ T เหมือนกันในทุกการออกแบบ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคืออัตราส่วนของ T ₁ต่อ T ₂ใน T (P อยู่บน ฉัน ) รวมถึงความเร็วสูงสุดของการเคลื่อนที่ย้อนกลับที่แตกต่างกันตามมา v _{โมลิบดีนัม (Mo)} .

จากผลการวิเคราะห์ข้างต้น หากพิจารณาการออกแบบจากมุมมองเชิงจลศาสตร์ เนื่องจาก v _m และ T ทั้งสองค่าถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ด้านประสิทธิภาพ ผู้ออกแบบจึงมีอิสระในการตัดสินใจเหลือน้อยมาก การที่เรียกว่า 'การออกแบบ' จึงแท้จริงแล้วเป็นเพียงเรื่องของการกระจายอย่างเหมาะสม T ₁และ T ₂ใน T ในขณะที่ยังคง v _m และ T คงที่ — เท่านั้น ด้วยวิธีนี้ โครงสร้างของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกจึงกลายเป็นเรื่องง่ายมาก: เพียงแบ่งรอบการเคลื่อนที่ของลูกสูบออกเป็นสองส่วน T และคุณจะได้แบบที่สามารถนำไปใช้งานได้จริง อย่างไรก็ตาม การกำหนดอัตราส่วนของการแบ่งนี้เกี่ยวข้องกับความลึกทางเทคนิคอย่างมาก รวมถึงปัญหาการออกแบบเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ครั้งหนึ่งที่อัตราส่วนของการแบ่งนี้ถูกกำหนดแล้ว แบบทั้งหมดก็จะถูกกำหนดอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น อัตราส่วนของช่วงเวลาที่ลูกสูบทำงาน (power-stroke time ratio) α จึงเป็นพารามิเตอร์ตัวเดียวที่สามารถแทนแบบที่ใช้งานได้จริง และมีการประยุกต์ใช้ได้ทั่วไป

อัตราส่วนของช่วงเวลาที่ลูกสูบทำงาน (power-stroke time ratio) α ยังมักเรียกกันว่า สัมประสิทธิ์ลักษณะเชิงกล (kinematic characteristic coefficient) เนื่องจากสัมประสิทธิ์ลักษณะเชิงกล α ไม่มีหน่วยและแสดงลักษณะเชิงกล (kinematics characteristics) จึงถูกนิยามเป็นตัวแปรเชิงนามธรรมสำหรับการออกแบบ โดยแต่ละค่าเฉพาะของมันแทนแบบหนึ่ง ๆ และลักษณะที่มันแสดงออกนั้นมีผลใช้ได้ทั่วไปกับเครื่องทุบหินไฮดรอลิกทุกขนาดและทุกรุ่น

งานวิจัยข้างต้นแสดงให้เห็นว่า พารามิเตอร์เชิงกลทั้งหมดเป็นฟังก์ชันของ α ; เช่นเดียวกับนี้ ปารามิเตอร์ไดนามิกส์ ปารามิเตอร์โครงสร้าง, เป็นต้น α - ไม่ แล้วสิ่งที่คุณสมบัติอื่นๆ ทํา α และมันมีค่าอะไรบ้าง จากรูป 4-1 และ Eq. (4.5) สามารถเห็นได้ชัดว่า:

1) เมื่อ T ₁= 0 α = 0; นี้แสดงในรูป 4-1 โดยจุด P ตรงกับจุด E - ไม่ พื้นที่ของ△ENK, หมายถึงการกระแทก S = 0; การเคลื่อนไหว 0 ช่วงเวลา ( α = 0) ไม่มีจริง S = 0 ไม่มีความหมายทางกายภาพ

2) เมื่อ v _{โมลิบดีนัม (Mo)} = v _m , จากสมการ (4.6) α = 0.5 ซึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 4-1 โดยจุด P ตรงกับจุด M ; จุด K แบ่งครึ่งเส้น O –E พอดี กล่าวคือ T ₁= ½ T . ในรูปที่ 4-1 จุด F ทับซ้อนกับจุด O , ทำให้เกิด T ₂^′= 0 นั่นคือ เวลาเร่งของจังหวะย้อนกลับเป็นศูนย์ — ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้เช่นกัน และไม่มีความหมายทางกายภาพ

3) เมื่อเวลาเร่งของจังหวะย้อนกลับเท่ากับเวลาเบรกของจังหวะย้อนกลับ กล่าวคือ T ₂^′ = T ₂^″ไดอะแกรมความเร็วของจังหวะย้อนกลับจะเป็นรูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วอย่างชัดเจน ค่าสัมประสิทธิ์ลักษณะเชิงจลศาสตร์สำหรับไดอะแกรมความเร็วรูปแบบพิเศษนี้คือ α = 0.4142 จากรูปที่ 4-1 α = 0.4142 สามารถหาค่าได้อย่างไม่ยาก ผลลัพธ์นี้ยังมีการประยุกต์ใช้ในการศึกษาเครื่องทุบหินไฮดรอลิกที่ใช้แรงระเบิดจากไนโตรเจน

จากสิ่งนี้จะเห็นได้ชัดว่าช่วงของ α คือ 0 ถึง 0.5; และเนื่องจาก α = 0 และ α = 0.5 ต่างก็ไม่มีความหมายทางกายภาพ ดังนั้นจึงต้องเป็นไปตามเงื่อนไขว่า 0 < α < 0.5 ตัวแปรการออกแบบเชิงนามธรรมที่เหมาะสมที่สุดซึ่งได้มาจากการดำเนินการเพิ่มประสิทธิภาพภายใต้วัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน จะต้องสอดคล้องกับเงื่อนไข 0 < α _u < 0.5