【摘要】：超高壓磨料射流能夠滿足高強度高硬度新型材料的切割市場需求,使得企業(yè)紛紛在該領域投入大量資金進行研究和開發(fā)。目前,歐美國家的磨料射流切割裝備及備件占據(jù)全球85%以上市場份額。相對于國外,國內磨料射流設備的關鍵部件如增壓器、切割頭噴嘴等還主要依賴進口,在理論研究方面也相對滯后。因此,本文從工程實際出發(fā),進一步研究超高壓磨料射流切割系統(tǒng)涉及的壓力脈動、超高壓密封及切割頭混合腔結構等關鍵技術和理論問題。主要研究工作如下:分析超高壓系統(tǒng)壓力流量脈動特性,建立多種穩(wěn)壓穩(wěn)流量融合的時序控制技術。根據(jù)超高壓增壓系統(tǒng)工作原理,建立雙組增壓缸系統(tǒng)數(shù)學方程,并采用仿真技術分析評估柱塞運動相位差、蓄能器容積大小及雙泵組時序控制對系統(tǒng)壓力流量的影響,以確定時序控制對流量壓力參數(shù)的影響規(guī)律,實現(xiàn)雙組增壓缸超高系統(tǒng)單雙切割頭射流流量壓力的精確控制。利用間隙密封原理,設計一種圓筒形柱塞結構的超高壓自補償變間隙密封。為規(guī)避接觸式密封件超高壓下摩擦力大、壽命低等缺陷,并解決恒間隙密封泄漏量隨工作壓力升高而增大問題,將高壓柱塞端部設計為圓筒形結構。通過分析圓筒形柱塞變形理論,解析計算柱塞高壓端腔體受內外壓力差作用產生的徑向彈性變形量,并迭代計算不同工作壓力、不同初始間隙下的間隙壓力分布、間隙量分布及泄漏量,在彈性變形范圍內自動調節(jié)柱塞與襯套間的節(jié)流間隙,解決增壓缸高壓柱塞往復動密封技術難題。采用靜壓支承技術對圓筒形柱塞進行導向支承,確保超高壓變形柱塞與缸筒襯套在往復運動過程中同心對中。柱塞兩端導向套內分別開設靜壓油腔,通過外部輸入的壓力油為柱塞提供支承力。當柱塞承受傾覆力矩載荷時,在保持油腔支承間隙不變的條件下,分析圓柱形滑閥反饋節(jié)流器的靜壓支承靜動態(tài)特性,并設計一種圓臺形滑閥反饋節(jié)流器,使其進油變量指數(shù)等于支承油腔排油變量指數(shù),進一步提高靜壓支承系統(tǒng)抵抗偏載荷的響應能力。研究高速射流下的磨料混合機理,并分析不同混合腔結構對磨料射流參數(shù)的影響。通過數(shù)值仿真計算磨料水射流噴嘴內各節(jié)點的速度等參數(shù)分布,分析單向進砂、周向進砂磨粒顆粒的混合及加速特性,并比較切割頭混合腔不同進砂方式的能量利用率情況。通過實驗方法分析超高壓射流增壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定性,并比較不同進砂方式對磨料噴嘴的磨蝕。通過設置不同的射流水壓、切割頭移動速度、磨粒流量、工件厚度及工件強度等參數(shù)進行系列切割實驗,探討建立雙向進砂磨料射流切割深度預測模型。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG48
【圖文】：

傳統(tǒng)的機械加工方法難以滿足其切削加工需求，這就使得新型切削加工技術壓磨料射流切割技術應時而生[1][2]。超高水射流是使用增壓設備產生 100～400MPa 超高壓水，經過一定形狀形成能量集中的高速水射流束。如若在水中混合高硬度的固體磨料顆粒如石石榴石、陶粒等，形成可用于切割各類材料的高速磨料射流[3]，稱為超高磨料術。超高磨料射流切割具有無熱變形、加工精度高、可切割各類硬脆材料等特根據(jù)磨料顆粒的引入方式，磨料射流一般分為前混合磨料射流和后混合流兩大類。前混合式磨料射流是指磨料顆粒與高壓水在磨料罐內和管道中先合，再送至噴嘴進一步混合和加速，如圖 1.1 所示。此種方式能夠使高壓水與勻混合，但對管路和噴嘴磨損大，噴嘴壽命短，且系統(tǒng)工作壓力受限。后混料射流是增壓后的純水經過水噴嘴形成高速射流，再與輸送至混合腔內的固進行混合，并將能量傳遞給固體顆粒形成磨料射流束，如圖 1.2 所示。該方式磨料流量，且可實現(xiàn)超高壓力射流，但磨粒以較低初始速度進入混合腔，不速水充分混合。本文將超高壓后混合磨料射流系統(tǒng)簡稱為超高壓磨料射流切割

傳統(tǒng)的機械加工方法難以滿足其切削加工需求，這就使得新型切削加工技術壓磨料射流切割技術應時而生[1][2]。超高水射流是使用增壓設備產生 100～400MPa 超高壓水，經過一定形狀形成能量集中的高速水射流束。如若在水中混合高硬度的固體磨料顆粒如石石榴石、陶粒等，形成可用于切割各類材料的高速磨料射流[3]，稱為超高磨料術。超高磨料射流切割具有無熱變形、加工精度高、可切割各類硬脆材料等特根據(jù)磨料顆粒的引入方式，磨料射流一般分為前混合磨料射流和后混合流兩大類。前混合式磨料射流是指磨料顆粒與高壓水在磨料罐內和管道中先合，再送至噴嘴進一步混合和加速，如圖 1.1 所示。此種方式能夠使高壓水與勻混合，但對管路和噴嘴磨損大，噴嘴壽命短，且系統(tǒng)工作壓力受限。后混料射流是增壓后的純水經過水噴嘴形成高速射流，再與輸送至混合腔內的固進行混合，并將能量傳遞給固體顆粒形成磨料射流束，如圖 1.2 所示。該方式磨料流量，且可實現(xiàn)超高壓力射流，但磨粒以較低初始速度進入混合腔，不速水充分混合。本文將超高壓后混合磨料射流系統(tǒng)簡稱為超高壓磨料射流切割

級以上增壓技術產品；JetEdge在2014 年推出柴油驅動的 5.1L/min 水射流超高壓泵，用于移動水射流切割應用。國內山東大學、中國礦業(yè)大學、中山大學、南京理工大學、長沙礦山研究院等多所高校及研究機構一直致力于高壓水射流技術的研究。宋清俊、雷玉勇建立了基于液壓增壓缸原理的增壓系統(tǒng)數(shù)學模型，并應用動態(tài)仿真工具軟件包 Simulink 仿真研究增壓系統(tǒng)壓力脈動[31]。侯健、王海波、薛勝雄等對系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的主要因素如穩(wěn)壓器容積的大小、方向閥轉換時間、噴嘴直徑等進行了分析[32-34]，認為超高壓增壓器壓力脈動主要由兩因素引起，一是當液壓油自液壓活塞的一側換向到另一側時，高壓柱塞運行換向引起輸出為零的死點現(xiàn)象；二是初始增壓時間導致系統(tǒng)排出壓力延遲。柱塞運動的死點效應不能避免，可以通過非常靈敏的止回閥和油換向閥進行限制，油換向閥的極度靈敏可以使進入增壓器的油液保持連續(xù)。系統(tǒng)的初始增壓時間只能通過柱塞高速運動盡快達到設定壓力，縮短系統(tǒng)增壓時間。在國內科研機構的推動下，中國出現(xiàn)上海金箭和南京大地等射流切割設備供應商。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關碩士學位論文 前1條

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本文編號：2745827