液壓鑿巖機作為旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔設(shè)備,因其經(jīng)濟、靈活、適應(yīng)性廣的特點,被廣泛應(yīng)用在礦山開采、隧道掘進和城市建設(shè)等工程作業(yè)中。隨著作業(yè)項目不斷向大型化、規(guī)�；较虬l(fā)展,要求液壓鑿巖機具有更高頻率、大功率和高效率特點。雙控式液壓鑿巖機因雙面回油、有利于能量傳遞等特點符合液壓鑿巖機的主要發(fā)展方向。為了探索雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)沖擊周期內(nèi)一次振動穩(wěn)定性、設(shè)計參數(shù)及內(nèi)部流動對沖擊性能(沖擊能、沖擊頻率、沖擊效率)影響、活塞沖擊釬桿應(yīng)力傳遞規(guī)律,本文針對雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)的沖擊運動過程和沖擊力傳遞過程,建立了沖擊系統(tǒng)運動過程數(shù)學(xué)模型及其Simulink仿真模型、內(nèi)部流動Fluent仿真模型,沖擊過程數(shù)學(xué)模型及其LS-dyna仿真模型;并結(jié)合試驗測試分析了雙控式液壓鑿巖機不同系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)下的動態(tài)特征和沖擊性能,該研究對發(fā)展液壓鑿巖機沖擊鑿巖技術(shù)有指導(dǎo)意義。主要研究成果如下:(1)針對反饋雙向控制式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)出現(xiàn)的沖擊周期內(nèi)一次或多次振動現(xiàn)象,建立液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)線性模型。按照線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述理論和方法,從速度恢復(fù)系數(shù)R、加速度比K_F、加速度切換時間K_t著手,確定一個沖擊周期內(nèi)的活塞一次振動存在范圍,為設(shè)計沖擊系統(tǒng)的活塞信號反饋口位置提供理論依據(jù)。(2)在考慮粘性摩擦阻力、密封阻力、液壓卡緊力、穩(wěn)態(tài)液動力、瞬態(tài)液動力的情況下,建立了雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型及其Simulink仿真模型,按照控制變量法分析了沖擊系統(tǒng)的參數(shù):活塞質(zhì)量、輸入流量、供給壓力、活塞前后腔工作面積等對沖擊活塞運動特性影響,揭示了系統(tǒng)參數(shù)變化時雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)的沖擊能、沖擊頻率及沖擊效率的變化趨勢,研究發(fā)現(xiàn)雙控式液壓鑿巖機系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計時存在高效區(qū)域。(3)為了明確沖擊系統(tǒng)內(nèi)部瞬變型流場對雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)中主要部件活塞、換向閥運動過程的影響,建立了沖擊活塞內(nèi)部泄漏和液壓卡緊力、高頻換向閥液動力Fluent仿真模型并進行計算分析,提出適合該型雙控式液壓鑿巖機的活塞均壓槽分布個數(shù)、高頻換向閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,解決了活塞卡緊、換向閥高速換向可靠性問題。(4)在雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)的沖擊運動基礎(chǔ)上,為了探索沖擊鑿巖時內(nèi)部應(yīng)力傳遞特性,分析并搭建了沖擊系統(tǒng)活塞-釬桿LS-dyna沖擊模型,通過改變活塞沖擊速度、釬桿長度、活塞-釬桿接觸面積,分析了活塞-釬桿相撞時的對配參數(shù)對應(yīng)力波譜的影響,得出不同參數(shù)下活塞-釬桿沖擊時釬桿中應(yīng)力波傳遞規(guī)律和系統(tǒng)沖擊性能的變化趨勢,闡明了雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)能量傳遞過程。(5)依據(jù)上述研究成果,研制了工作壓力18-25MPa、工作流量60-100L/min的雙控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)及其兩個不同長度的活塞,運用應(yīng)力波法測試并分析了該液壓鑿巖機長、短活塞在不同沖擊壓力、不同行程檔位下的應(yīng)力波、沖擊能、沖擊頻率、沖擊功率和沖擊效率,得出該鑿巖機沖擊系統(tǒng)下選用沖擊活塞的實驗數(shù)據(jù),為雙控式液壓鑿巖機的設(shè)計和試驗方法提供借鑒。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU631
【部分圖文】：

表 1.1 液壓和氣動鑿巖機的性能比較性能比較 液壓鑿巖機 氣動鑿巖機能量利用率 40-60% 15 %工作壓力 10-25 Mpa 0.5-2.5 Mpa沖擊頻率 30-80 Hz 20-45 Hz沖擊能 50-500 J 15-70 J鑿巖效率 液壓鑿巖機是氣動鑿巖機的 2 倍左右噪聲 液壓鑿巖機比氣動鑿巖機低 20 分貝左右了很多新機構(gòu)，申報國內(nèi)外專利不勝枚舉，雖然構(gòu)思形式不盡相同但解決如何控制沖擊活塞實現(xiàn)往復(fù)運動輸出沖擊能[6]。一般情況下，液工作過程具備沖擊、回轉(zhuǎn)、沖洗、推進四種功能如圖 1.1 所示[7]。除方法 (如控制閥靠外液壓力或電磁力等) 實現(xiàn)換向外，大都是采用換

在閥控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)中，一般將推動活塞做回程運動的壓力腔稱之為前腔而將推動活塞做沖程運動的壓力腔稱之為后腔。根據(jù)液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)活塞前后腔壓力的變化情況，可以將其分為兩種類型，一種是活塞前腔壓力恒定，后腔作為控制腔壓力交替變化的單面回油沖擊系統(tǒng)，稱之為后控式液壓鑿巖機。如圖 1.2 所示 YYG250 型液壓鑿巖機[31]，壓力油 P 始終與活塞前腔 e 相同，在 D 面上有恒定的壓力，活塞運動打開或關(guān)閉信號孔 1、2，使得換向閥 A、B 腔壓力交替變化推動閥芯左右換向，從而控制壓力油 P 與活塞后腔 F 的通斷來控制活塞的沖、回程運動。另一種是活塞前后腔油壓交替變化且相互控制的雙面回油沖擊系統(tǒng)，稱之為雙控式液壓鑿巖機[8,31]，如圖 1.3 所示 YYG80 型液壓鑿巖機[31]，壓力油 P 經(jīng)過換向閥 h 腔到達活塞前腔 a 或后腔 c，活塞做回、沖程運動打開或關(guān)閉信號孔 2、3、4 控制換向閥左右運動，閥運動切換壓力油通過 1、5 進入活塞前后腔，如此循環(huán)沖擊釬尾。雙控式液壓鑿巖機因雙面回油、有利于能量傳遞等結(jié)構(gòu)特點在實際應(yīng)用中占據(jù)市場主導(dǎo)地位，符合液壓鑿巖機的發(fā)展方向。

在閥控式液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)中，一般將推動活塞做回程運動的壓力腔稱之為前腔而將推動活塞做沖程運動的壓力腔稱之為后腔。根據(jù)液壓鑿巖機沖擊系統(tǒng)活塞前后腔壓力的變化情況，可以將其分為兩種類型，一種是活塞前腔壓力恒定，后腔作為控制腔壓力交替變化的單面回油沖擊系統(tǒng)，稱之為后控式液壓鑿巖機。如圖 1.2 所示 YYG250 型液壓鑿巖機[31]，壓力油 P 始終與活塞前腔 e 相同，在 D 面上有恒定的壓力，活塞運動打開或關(guān)閉信號孔 1、2，使得換向閥 A、B 腔壓力交替變化推動閥芯左右換向，從而控制壓力油 P 與活塞后腔 F 的通斷來控制活塞的沖、回程運動。另一種是活塞前后腔油壓交替變化且相互控制的雙面回油沖擊系統(tǒng)，稱之為雙控式液壓鑿巖機[8,31]，如圖 1.3 所示 YYG80 型液壓鑿巖機[31]，壓力油 P 經(jīng)過換向閥 h 腔到達活塞前腔 a 或后腔 c，活塞做回、沖程運動打開或關(guān)閉信號孔 2、3、4 控制換向閥左右運動，閥運動切換壓力油通過 1、5 進入活塞前后腔，如此循環(huán)沖擊釬尾。雙控式液壓鑿巖機因雙面回油、有利于能量傳遞等結(jié)構(gòu)特點在實際應(yīng)用中占據(jù)市場主導(dǎo)地位，符合液壓鑿巖機的發(fā)展方向。
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本文編號：2861154