液壓鑿巖機(jī)作為旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔設(shè)備,因其經(jīng)濟(jì)、靈活、適應(yīng)性廣的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在礦山開(kāi)采、隧道掘進(jìn)和城市建設(shè)等工程作業(yè)中。隨著作業(yè)項(xiàng)目不斷向大型化、規(guī)�；较虬l(fā)展,要求液壓鑿巖機(jī)具有更高頻率、大功率和高效率特點(diǎn)。雙控式液壓鑿巖機(jī)因雙面回油、有利于能量傳遞等特點(diǎn)符合液壓鑿巖機(jī)的主要發(fā)展方向。為了探索雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)沖擊周期內(nèi)一次振動(dòng)穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)參數(shù)及內(nèi)部流動(dòng)對(duì)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(duì)雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)的沖擊運(yùn)動(dòng)過(guò)程和沖擊力傳遞過(guò)程,建立了沖擊系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)學(xué)模型及其Simulink仿真模型、內(nèi)部流動(dòng)Fluent仿真模型,沖擊過(guò)程數(shù)學(xué)模型及其LS-dyna仿真模型;并結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試分析了雙控式液壓鑿巖機(jī)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)下的動(dòng)態(tài)特征和沖擊性能,該研究對(duì)發(fā)展液壓鑿巖機(jī)沖擊鑿巖技術(shù)有指導(dǎo)意義。主要研究成果如下:(1)針對(duì)反饋雙向控制式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)出現(xiàn)的沖擊周期內(nèi)一次或多次振動(dòng)現(xiàn)象,建立液壓鑿巖機(jī)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(shí)間K_t著手,確定一個(gè)沖擊周期內(nèi)的活塞一次振動(dòng)存在范圍,為設(shè)計(jì)沖擊系統(tǒng)的活塞信號(hào)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(dòng)力、瞬態(tài)液動(dòng)力的情況下,建立了雙控式液壓鑿巖機(jī)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(duì)沖擊活塞運(yùn)動(dòng)特性影響,揭示了系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)的沖擊能、沖擊頻率及沖擊效率的變化趨勢(shì),研究發(fā)現(xiàn)雙控式液壓鑿巖機(jī)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)對(duì)雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)中主要部件活塞、換向閥運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)力Fluent仿真模型并進(jìn)行計(jì)算分析,提出適合該型雙控式液壓鑿巖機(jī)的活塞均壓槽分布個(gè)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(wèn)題。(4)在雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)的沖擊運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上,為了探索沖擊鑿巖時(shí)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(guò)改變活塞沖擊速度、釬桿長(zhǎng)度、活塞-釬桿接觸面積,分析了活塞-釬桿相撞時(shí)的對(duì)配參數(shù)對(duì)應(yīng)力波譜的影響,得出不同參數(shù)下活塞-釬桿沖擊時(shí)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(shì),闡明了雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)能量傳遞過(guò)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(jī)沖擊系統(tǒng)及其兩個(gè)不同長(zhǎng)度的活塞,運(yùn)用應(yīng)力波法測(cè)試并分析了該液壓鑿巖機(jī)長(zhǎng)、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(jī)沖擊系統(tǒng)下選用沖擊活塞的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為雙控式液壓鑿巖機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法提供借鑒。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(dòng)鑿巖機(jī)的性能比較性能比較 液壓鑿巖機(jī) 氣動(dòng)鑿巖機(jī)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(jī)是氣動(dòng)鑿巖機(jī)的 2 倍左右噪聲 液壓鑿巖機(jī)比氣動(dòng)鑿巖機(jī)低 20 分貝左右了很多新機(jī)構(gòu)，申報(bào)國(guó)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)輸出沖擊能[6]。一般情況下，液工作過(guò)程具備沖擊、回轉(zhuǎn)、沖洗、推進(jìn)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(shí)現(xiàn)換向外，大都是采用換

在閥控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)中，一般將推動(dòng)活塞做回程運(yùn)動(dòng)的壓力腔稱之為前腔而將推動(dòng)活塞做沖程運(yùn)動(dòng)的壓力腔稱之為后腔。根據(jù)液壓鑿巖機(jī)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(jī)。如圖 1.2 所示 YYG250 型液壓鑿巖機(jī)[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(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)孔 1、2，使得換向閥 A、B 腔壓力交替變化推動(dòng)閥芯左右換向，從而控制壓力油 P 與活塞后腔 F 的通斷來(lái)控制活塞的沖、回程運(yùn)動(dòng)。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(jī)[8,31]，如圖 1.3 所示 YYG80 型液壓鑿巖機(jī)[31]，壓力油 P 經(jīng)過(guò)換向閥 h 腔到達(dá)活塞前腔 a 或后腔 c，活塞做回、沖程運(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)孔 2、3、4 控制換向閥左右運(yùn)動(dòng)，閥運(yùn)動(dòng)切換壓力油通過(guò) 1、5 進(jìn)入活塞前后腔，如此循環(huán)沖擊釬尾。雙控式液壓鑿巖機(jī)因雙面回油、有利于能量傳遞等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，符合液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展方向。

在閥控式液壓鑿巖機(jī)沖擊系統(tǒng)中，一般將推動(dòng)活塞做回程運(yùn)動(dòng)的壓力腔稱之為前腔而將推動(dòng)活塞做沖程運(yùn)動(dòng)的壓力腔稱之為后腔。根據(jù)液壓鑿巖機(jī)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(jī)。如圖 1.2 所示 YYG250 型液壓鑿巖機(jī)[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(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)孔 1、2，使得換向閥 A、B 腔壓力交替變化推動(dòng)閥芯左右換向，從而控制壓力油 P 與活塞后腔 F 的通斷來(lái)控制活塞的沖、回程運(yùn)動(dòng)。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(jī)[8,31]，如圖 1.3 所示 YYG80 型液壓鑿巖機(jī)[31]，壓力油 P 經(jīng)過(guò)換向閥 h 腔到達(dá)活塞前腔 a 或后腔 c，活塞做回、沖程運(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)孔 2、3、4 控制換向閥左右運(yùn)動(dòng)，閥運(yùn)動(dòng)切換壓力油通過(guò) 1、5 進(jìn)入活塞前后腔，如此循環(huán)沖擊釬尾。雙控式液壓鑿巖機(jī)因雙面回油、有利于能量傳遞等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，符合液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展方向。
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本文編號(hào)：2861154