Teorya sa Disenyo ng Mataas na Presyong Accumulator

3.3.1 Ang Papel ng Mataas na Presyong Accumulator

Sa teorya, kailangan ng bawat hydraulic rock breaker ang isang accumulator na may variable-pressure — lalo na ang isang malaking mataas na presyong accumulator.

Ang mataas na presyong accumulator, na nakainstala sa system inlet ng isang hydraulic rock breaker, ay may tatlong layunin:

(1) Upang balansihin ang sobra at kulang sa suplay ng sistema at pagkonsumo ng langis. Kapag ang daloy ng bomba ay mas malaki kaysa sa pagkonsumo ng langis ng sistema, ang mataas-na-presyong accumulator ay sumusubok ng sobrang daloy at gumagana bilang isang imbakan ng langis. Kapag ang daloy ng bomba ay mas maliit kaysa sa pagkonsumo ng langis ng sistema, ito ay nagpapalabas ng langis upang kompensahin ang kulang, na gumagana bilang isang device para sa pagpapalabas ng langis. Ang mataas-na-presyong accumulator ay gumaganap ng papel na balansihin ang sobra at kulang sa daloy sa loob ng sistema, at ito ay isang mahalagang bahagi para sa matatag na operasyon ng sistema.

(2) Upang absorbohin ang mga pagbabago sa presyon ng sistema at bawasan ang mga maliit na patakaran ng presyon, na nagsisilbing proteksyon sa mga tubo at mga bahagi ng hidrauliko at nagpapataas ng kanilang buhay na serbisyo.

(3) Sa disenyo ng mga mekanismong hidrauliko na may epekto gamit ang abstraktong teorya ng variable, ito ay tumutulong sa pagkamit ng katumbas na puwersa. Hangga’t tama ang disenyo ng accumulator, ang eksaktong katumbas na puwersa ay makukuha, na nagsisigurado na ang sistema ay nakakamit ang kinakailangang kineematika at dinamika.

Dahil sa mahalagang papel ng high-pressure accumulator sa hydraulic rock breaker system — at lalo na sa kanyang espesyal na tungkulin na tiyakin na ang sistema ay nakakamit ang kinakailangang kinematics at dynamics — napakahalaga ang pagtatatag ng tamang teorya at pamamaraan sa disenyo ng high-pressure accumulator.

3.3.2 Epektibong Damit ng Paglabas ng Accumulator

Ang epektibong dami ng paglabas ay isang mahalagang parameter ng pagganap ng accumulator at ang batayan din para sa mga kalkulasyon sa disenyo ng accumulator. Kapag tumatakbo ang hydraulic rock breaker sa steady state, ang pinakamalaking dami ng langis na iniimbak at inilalabas ng accumulator sa isang kumpletong siklo ay tinatawag na epektibong dami ng paglabas, na kinakatawan ng Δ V .

Ang epektibong dami ng paglabas Δ V ay may kaugnayan sa mga katangian ng kinematics. Kapag ang daloy ng bomba ay nakafixed at ang istruktura at kinematics ng hydraulic rock breaker ay nakafixed, ang impact energy W _H , frequency f _H , at epektibong dami ng paglabas Δ V ay lahat ng kinakailangang nakafixed. Kaya kapag dinisenyo ang accumulator, ang epektibong dami ng paglabas ay alam na. Paano kalkulahin ang Δ V ay ipapakilala sa mga sumusunod na kabanata.

3.3.3 Pagkalkula ng Epektibong Dami (Dami ng Pagsingil) Vₐ ng Accumulator

Ang batayan para sa pagkalkula ng epektibong dami ng accumulator V _a ay ang tunay na epektibong dami ng paglabas nito na Δ V . Kapag ang Δ V ay gumagana sa loob ng accumulator, ito ay nagdudulot ng pagbabago sa presyon ng langis ng sistema, at ang katumbas na puwersa F _g ay kailangang panatilihin. Kaya, ang paraan ng pagkalkula ng accumulator na sumasapat sa mga kinakailangang ito ay kailangang pag-aralan. Ang diagram ng presyon (puwersa)–damihan ng accumulator habang ito ay gumagana ay ipinapakita sa Fig. 3-2.

Bagaman ang dalas ng paggana ng isang hydraulic rock breaker ay hindi gaanong mataas, ang proseso ng pagsisiksik at pagpapalawak ng nitrogen sa loob nito ay medyo mabilis din, kung saan walang sapat na oras para makipagpalitan ng init sa paligid; kaya, ito ay maaaring ituring na isang adiabatic na proseso. Mula sa equation ng estado ng gas:

p ₁V ^k ₁ = p ₂V ^k ₂ = p _a V ^k _a                                                              (3.12)

kung saan: p _a — presyon ng pagkarga, i.e. ang presyon ng nasisiradong gas;

       V _a — dami ng pagkarga, i.e. ang dami ng accumulator kapag ang piston ay nasa punto ng impact (karaniwang ang pinakamalaking dami sa paggana) V _amax );

       p ₂— pinakamataas na presyon sa paggana;

       V ₂— dami na tumutugma sa p ₂(karaniwang ang pinakamaliit na dami sa paggana V _2min );

       p ₁— pinakamababang presyon sa paggana;

       V ₁— dami na tumutugma sa p ₁, V ₁ < V _a .

Sa Eq. (3.12), k = 1.4 ang eksponente ng adiabatic. Malinaw na:

δ V = V ₁ − V ₂                                                                      (3.13)

Mula sa Eq. (3.12):

V ₁ = V _a (p _a / p ₁)^1/K                                                                 (3.14)

V ₂ = V ₁ (p ₁ / p ₂)^1/K                                                                 (3.15)

Ang pagpapalit sa Eq. (3.13) ay nagbibigay ng:

δ V = V _a (p _a / p ₁)^1/K [1 − 1 / ( p ₂ / p ₁)^1/K ] (3.16)

Sa Eq. (3.16), hayaan ang p _a / p ₁ = a = 0.8 hanggang 1; at ang ratio ng gas working pressure γ = p ₂ / p ₁, karaniwang γ = 1.2 hanggang 1.45, na pinipili batay sa mga katangian ng operasyon ng hydraulic rock breaker. Kapag a = 1, ang minimum na working pressure ng piston ay katumbas ng charge pressure ( p _a = p ₁); sa estado na ito V ₁ = V _a . Upang maiwasan ang pagkakadikit ng membran ng accumulator sa base sa minimum na working pressure ng hydraulic rock breaker — na maaaring maikli ang buhay ng serbisyo — a dapat itakda sa mas mababa sa 1.

May dalawang konsiderasyon sa pagpili ng γ : kapag γ ay malaki, dahil ang accumulator ay gumagana sa isang adiabatic na estado, ang temperatura ay tumataas nang mabilis, na maaaring magdulot ng maagang pagkasira ng membrane ng accumulator o kahit na sunugin ito; ngunit ang pagtaas ng γ ay maaaring epektibong bawasan ang epektibong dami V _a ng accumulator, na napakahalaga upang mabawasan ang sukat ng istruktura ng accumulator. Ang designer ay dapat timbangin ang mga pakinabang at disbentaha at magdesisyon batay sa mga kondisyon ng aplikasyon; kaya:

δ V = V _a a ^1/K (1 − 1 / γ ^1/K ) (3.17)

Mula sa Eq. (3.17), maaaring mahanap ang epektibong dami ng accumulator:

V _a = Δ Vγ ^1/K \/ [ a ^1/K (γ ^1/K − 1)] (3.18)

Ang Eq. (3.18) ay nagpapakita na, mula sa epektibong bolyum ng paglabas na Δ V , ang katumbas na bolyum ng pagpuno ay maaaring matukoy upang matiyak na ang idisenyong kineematika at ang Δ V ay nakamit. Sa praktika, ang epektibong bolyum ng paglabas na Δ V ay ang langis na ipinapadagdag ng accumulator sa piston habang nasa power stroke, upang kompensahin ang kulang na suplay ng pump.

Para sa kalkulasyon sa disenyo ng epektibong bolyum ng paglabas na Δ V , mangyaring tingnan ang Seksyon 7.5. Upang tupdin ang mga kinakailangan ng optimal na disenyo, para sa iba’t ibang layunin sa disenyo, ang kalkulasyon ng epektibong bolyum ng paglabas na Δ V ay nagbabago depende sa napiling α _u (tingnan ang Seksyon 7.2.5 at 7.27a).

3.3.4 Pagkalkula ng Pinakamababang Pansamantalang Presyon p₁ at Presyon ng Puno pₐ

Sa puntong ito, bagaman V _a ay natukoy na at maaaring gamitin sa pagdidisenyo ng mga parametero ng istruktura ng accumulator, ang gawain sa pagkalkula ng disenyo para sa accumulator ay hindi pa tapos. Ang pinakamahalagang isyu ay kung paano kontrolin ang presyon ng langis upang matiyak na ang katumbas na puwersa ay nakakamit; at ang katumbas na puwersa lamang ang maaaring matiyak ang idisenyong kinematika, na nangangailangan din ng Δ V . Sa ibang salita, mayroong isang korespondiyenteng ugnayan sa pagitan ng Δ V at F _g .

Dapat banggitin na kapag V _a ay isang tiyak na halaga, p ₁, p ₂, at p _a ay maaaring magkaroon ng maraming kombinasyon, na nagreresulta sa maraming katumbas na puwersa, maraming dynamics, at maraming kinematika — i.e., maraming halaga ng Δ V ang sumusunod na gawain ay, naibigay ang isang tiyak na V _a , hanapin ang kombinasyon ng p ₁, p ₂, at p _a na kaya ng makamit ang kinakailangang katumbas na puwersa F _g at Δ V dahil kapag p _a ay nagbabago, W _H , f _H , Δ V , p ₁, at p ₂ay nagbabago rin nang naaayon. Sa madaling salita, kailangan mayroong presyon ng singil p _a na kaya ng magagarantiya ang pagkamit ng katumbas na presyon p _g . Syempre, ang batayan sa paghahanap ng p _a is p ₁at p ₂, i.e. ang katumbas na presyon p _g . Kapag naunawaan na ang mga ugnayan sa pagitan ng mga parameter na ito, ang paraan ng paghahanap ng p ₁, p ₂, at p _a mula sa katumbas na presyon p _g maaaring pag-aralan.

Ang Fig. 3-2 ay naglalarawan ng p –V diagram ng mataas-na-presyong accumulator habang nasa operasyon. Batay sa diagram na ito, at kasama ang prinsipyo ng katumbas na puwersa — ang ginawa ng baryablong puwersa ay katumbas ng ginawa ng katumbas na puwersa — mayroon tayo:

p _g δ V = ∫ _V₂ ^V₁ p d V                                                                  (3.19)

Sa Eq. (3.19):

p = C / V ^k

Kapag ipinamalit sa Eq. (3.19) at inintegrado:

p _g δ V = C ∫_V₂ ^V₁ d V / V ^k = 1 / (1 − k ) ( p ₁V ^k ₁V ^1−k ₁ − p ₂V ^k ₂V ^1−k ₂) (3.20)

Kaya:

p _g δ V = 1 / (1 − k ) ( p ₁V ₁ − p ₂V ₂) (3.21)

Papunta sa pag-aalis V ₁at V ₂sa pamamagitan ng pagpapalit at pagpapalit ng Eq. (3.17):

p _g = p ₁\/ ( k − 1) · ( γ − γ ^1/K ) / ( γ ^1/K − 1) (3.22)

Pagkatapos ay iayos muli:

p ₁ = p _g (k − 1) ( γ ^1/K - 1) / ( γ − γ ^1/K ) (3.23)

Sa Eq. (3.23) p _g ay ang katumbas na presyon na inilapat sa pressure-bearing face ng piston. Sa pagtingin sa mga pagkawala ng presyon ng sistema, dapat itong ipahayag bilang nominal na presyon ng sistema p _g = p _H / K . Ang p ₁at p ₂ang mga nakuha sa ganitong paraan ay magiging mas malapit sa mga aktwal na halaga. Samakatuwid:

p ₁= ( p _H / K )(k − 1) γ ^1/K - 1) / ( γ − γ ^1/K ) (3.24)

p ₂ = γp ₁                                                                             (3.25)

p _a = ap ₁                                                                             (3.26)

Sa Eq. (3.24) ang resistensya coefficient accounting para sa sistema ng mga pagkawala ng presyon ay K = 1.1 hanggang 1.2.

Kapag gumagana ang mataas-na-presyur na accumulator ng isang hydraulic rock breaker sa mga parameter na ito, ito ay nangangatiwalaan na ang katumbas na epekto ng pwersa sa paggalaw ay nakakamit, na ang idinisenyong kinematika ay naaabot, at na ang kailangang impact energy at impact frequency ay naibibigay. Sa ganitong paraan, ang isang kumplikadong problema sa kalkulasyon ay pinapasimple at ang isang nonlinear na problema ay nilininyar.

Batay sa nabanggit, ang hydraulic impact device (hydraulic rock drill at hydraulic rock breaker) — isang nonlinear na sistema — ay binabago sa isang linear na sistema. Mula sa teoretikal na pananaw, ang piston ay maaaring gumalaw sa buong stroke S ayon sa anumang pattern, hangga't ito ay kontrolado at sa punto ng impact, umaabot sa kailangang maximum na bilis v _m — lahat ng ito ay posible. Para sa bawat pattern ng paggalaw ng piston, may kaukop na pattern ng pagbabago ng puwersa; ang dalawa ay may ugnayang sanhi at bunga. Sa ibang salita, anumang pattern ng paggalaw ang meron ang piston, isang kaukop na pattern ng pagbabago ng puwersa ang dapat ilagay dito — ang puwersa ang sanhi, ang paggalaw ang bunga.

Siyempre, matapos idisenyo ang pinakamainam na pattern ng paggalaw, maaari rin matukoy ang kaukop na pattern ng pagbabago ng puwersa, kaya’t nagdudulot ito ng dalawang teoretikal na paksa para sa pananaliksik sa hydraulic rock breaker: ang kinematika at dinamika ng hydraulic rock breaker.