Các Mô Hình Chuyển Động Của Pittông

4.3 Các Mô Hình Chuyển Động Của Pittông

Từ phân tích biểu đồ vận tốc nêu trên, có thể rút ra các kết luận sau đây về các mô hình chuyển động của pittông.

(1) Biểu đồ vận tốc của pittông gồm hai tam giác: một tam giác vuông cho biểu đồ vận tốc kỳ cháy (kỳ sinh công), và một tam giác thường (không vuông) cho biểu đồ vận tốc kỳ hồi (kỳ trở về).

(2) Vì kỳ cháy (kỳ sinh công) bằng kỳ hồi (kỳ trở về), nên diện tích của hai tam giác này phải bằng nhau.

(3) Vận tốc trong giai đoạn hãm khi đi ngược và giai đoạn tác động chính tuân theo một đường thẳng duy nhất trên biểu đồ vận tốc. Điều này là do sau khi van piston chuyển mạch ở hành trình đi ngược, trong suốt giai đoạn hãm khi đi ngược và giai đoạn tác động chính, van vẫn giữ nguyên vị trí và lực tác dụng lên piston là không đổi.

(4) Một nguyên tắc cốt lõi trong thiết kế búa thủy lực phá đá: trong mọi phương án thiết kế khả thi, vận tốc cực đại của piston v _m (năng lượng va chạm W _H ) và thời gian chu kỳ T (tần số va chạm f _H ) phải là hằng số, bởi vì chúng được quy định rõ trong yêu cầu thiết kế và không thể thay đổi.

(5) Các thông số động học: quãng đường tăng tốc khi đi ngược Theo yêu cầu _j , thời gian tăng tốc khi đi ngược T ₂^′, và vận tốc cực đại khi đi ngược v _mo đều rất hữu ích cho việc điều khiển búa thủy lực phá đá, bởi vì tất cả các thông số này đều nằm ngay tại điểm chuyển mạch van trên hành trình đi ngược. Đối với các búa thủy lực phá đá có phản hồi theo hành trình, Theo yêu cầu _j là cơ sở để xác định vị trí lỗ phản hồi và rất hữu ích cho thiết kế búa phá đá thủy lực. T ₂^′và v _mo , hiện chưa có sản phẩm búa phá đá thủy lực nào sử dụng hai thông số này để điều khiển búa, nhưng phương pháp này là khả thi và đáng để nghiên cứu.

(6) So sánh tất cả các phương án thiết kế khả thi từ góc độ động học (tức là điểm P và điểm F ở các vị trí khác nhau), v _m và T giống nhau trong mọi phương án thiết kế. Sự khác biệt duy nhất nằm ở tỷ lệ của T ₁đến T ₂tRONG T (P nằm trên Hạn ), cũng như vận tốc lớn nhất của hành trình trở về tương ứng khác nhau. v _mo .

Dựa trên phân tích nêu trên, nếu xem xét một thiết kế từ góc độ động học, do v _m và T đều được xác định bởi các thông số hiệu năng, nên nhà thiết kế gần như không còn nhiều tự do lựa chọn. Một thiết kế được gọi là ‘thiết kế’ thực chất chỉ đơn thuần là việc phân bổ đúng cách T ₁và T ₂trong vòng T trong khi vẫn v _m và T cố định — không gì hơn nữa. Theo cách này, thiết kế búa phá đá thủy lực trở nên rất đơn giản: chỉ cần chia chu kỳ chuyển động của piston thành hai phần T và bạn sẽ có được một thiết kế khả thi. Tuy nhiên, việc xác định tỷ lệ chia này đòi hỏi độ sâu kỹ thuật đáng kể, bao gồm cả bài toán thiết kế tối ưu. Một khi tỷ lệ chia đã được xác định, toàn bộ thiết kế sẽ được xác định hoàn toàn. Do đó, tỷ lệ thời gian hành trình sinh công α là thông số duy nhất có thể biểu thị một thiết kế khả thi và có tính áp dụng phổ quát.

Tỷ lệ thời gian hành trình sinh công α cũng thường được gọi là hệ số đặc trưng động học. Vì hệ số đặc trưng động học α là đại lượng không thứ nguyên và biểu thị các đặc tính động học, nên nó được định nghĩa là một biến thiết kế trừu tượng; mỗi giá trị cụ thể của nó đại diện cho một thiết kế nhất định, và các đặc tính mà nó biểu thị đều có thể áp dụng đầy đủ cho mọi loại và kích cỡ búa phá đá thủy lực.

Nghiên cứu nêu trên cho thấy tất cả các thông số động học đều là hàm của α ; tương tự như vậy, các thông số động lực học, các thông số cấu trúc, v.v., đều có thể được biểu diễn dưới dạng hàm của α bản thân α có những tính chất nào khác, và phạm vi giá trị của nó là bao nhiêu? Từ Hình 4-1 và Phương trình (4.5), ta có thể thấy rõ ràng như sau:

1) Khi T ₁ = 0, α = 0; điều này được minh họa trong Hình 4-1 bởi điểm P trùng với điểm E . Diện tích tam giác △ENK, tức là hành trình Theo yêu cầu = 0; một chuyển động có hành trình bằng không ( α = 0) không tồn tại trong thực tế — Theo yêu cầu = 0 không có ý nghĩa vật lý.

2) Khi v _mo = v _m , từ Phương trình (4.6), α = 0,5. Trên Hình 4-1, điều này được biểu diễn bởi điểm P trùng với điểm M ; điểm K chính xác chia đôi đoạn thẳng O –E , tức là T ₁= ½ T . Trên Hình 4-1, điểm F trùng với điểm O , cho ra T ₂^′= 0, tức là thời gian gia tốc của hành trình hồi về bằng không — đây cũng là điều không thể xảy ra và không có ý nghĩa vật lý.

3) Khi thời gian gia tốc của hành trình hồi về bằng thời gian phanh của hành trình hồi về, tức là T ₂^′ = T ₂^″, biểu đồ vận tốc của hành trình hồi về rõ ràng là một tam giác cân. Hệ số đặc trưng động học đối với biểu đồ vận tốc dạng đặc biệt này là α = 0,4142. Từ Hình 4-1, α = 0,4142 có thể dễ dàng suy ra. Kết quả này cũng được ứng dụng khi nghiên cứu các máy phá đá thủy lực dùng thuốc nổ nitơ.

Từ đây có thể thấy rõ rằng miền giá trị của α là từ 0 đến 0,5; và do α = 0 và α = 0,5 đều không có ý nghĩa vật lý, nên bắt buộc phải có 0 < α < 0,5. Biến thiết kế trừu tượng tối ưu thu được từ các mục tiêu tối ưu hóa khác nhau cũng phải thỏa mãn điều kiện 0 < α _bạn < 0,5.