均压槽对液压冲击机构泄漏量与卡紧力的影响研究

摘要

气液联合式液压冲击机构已经在矿山开采、建筑工程等领域得到了广泛的应用，相比于其他类型的冲击机构，它以氮气室和系统油压联合提供动能。目前高冲击能的液压冲击机构在市场上占据绝对优势，对其性能的改进和优化成为关注的焦点。由于液压冲击机构具有高冲击能、往复运动、长时间工作在一线等主要特点，因此暴露了液压冲击机构固有的一些问题，比如活塞的内泄漏量大以及拉缸等问题，从而致使液压冲击机构效率降低。本文以某型号的气液联合式液压冲击机构为研究对象，研究活塞表面均压槽对缓解内泄漏及液压卡紧的影响，并分析影响液压冲击机构泄漏量和卡紧力的因素，包括结构参数（密封段长度、间隙高度、均压槽数量和宽深比、锥度）和工作参数（密封段两端压差）等。结合数值仿真分析和正交试验的方法，主要做了以下工作： 1.首先对液压冲击机构目前普遍存在的问题进行了概述，总结了未来液压冲击机构的发展方向。对液压冲击机构的工作原理进行了分析，结合系统仿真软件AMESim，分别建立了冲击活塞、氮气室、蓄能器和冲击能的数学模型，并搭建系统的AMESim仿真模型。从系统的角度理解液压冲击机构的工作状态，分析活塞位移以及速度随时间的变化关系曲线，同时得到液压系统中各个腔室的压力变化，为分析液压冲击机构的权重提供了参数依据。 2.对液压冲击机构泄漏和卡紧机理进行了分析。以平行平板缝隙泄漏机理为基础，推导了压差流和剪切流与液压冲击机构结构的关系式，同时得到了偏心环形缝隙泄漏量的计算关系式；并从活塞顺锥和逆锥两个方面解释卡紧力产生的原因。 3.在场协同原理的基础上，对不同宽深比的矩形槽进行了场协同分析，通过分析均压槽内部的速度场与速度梯度场的协同关系，得到了均压槽内部场协同角等值线分布图，对均压槽内部的机械能耗散进行深入的解释，有助于分析液压冲击机构泄漏的根本原因。 4.基于数值仿真实验分析，结合正交试验的方法。首先对影响液压冲击机构泄漏和卡紧的因素进行分析，其次选取主要的影响因素进行正交试验，最后对影响因素进行无量纲化分析，比较影响因素中对泄漏量与卡紧力的权重大小。影响泄漏量的权重大小顺序为：间隙高度>活塞偏心量>均压槽宽深比>密封两端的压差>密封长度>均压槽数；影响卡紧力的权重大小顺序为：活塞表面锥度>均压槽数>活塞偏心量>均压槽宽深比，同时对影响液压冲击机构卡紧因素进行了耦合分析。 5.对液压冲击机构泄漏量与卡紧力进行综合分析。以影响泄漏权重最大的间隙高度作为参考变量，对卡紧力最大参数组和最小参数组进行了分析。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题来源及背景意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景意义

1.2液压冲击机构的国内外研究现状

1.2.1液压冲击机构的国内现状

1.2.2液压冲击机构的国外进展

1.3环形缝隙泄漏和液压卡紧的研究现状

1.3.1环形缝隙泄漏的研究现状

1.3.2液压卡紧的研究现状

1.4 课题的主要研究内容

1.5本章小结

第二章 液压冲击机构的工作原理及泄漏卡紧机理

2.1液压冲击机构的工作原理

2.2 液压冲击机构数学模型的建立

2.2.1冲击活塞的力学平衡关系

2.2.2氮气室与蓄能器的数学模型

2.2.3冲击能的数学模型

2.3液压冲击机构的系统分析

2.3.1AMESim概述

2.3.2液压冲击机构活塞位移和速度仿真分析

2.4液压冲击机构泄漏卡紧机理分析

2.4.1平行平板泄漏机理分析

2.4.2偏心环缝泄漏机理分析

2.4.3液压卡紧原因及机理分析

2.5本章小结

第三章 基于场协同原理的均压槽CFD仿真分析

3.1计算流体力学基础

3.1.1 计算流体力学的控制方程

3.1.2计算流体力学的计算过程

3.2 CFD在液压冲击机构中的应用

3.3 场协同原理

3.3.1 场协同原理的提出及发展

3.3.2 场协同原理的评价标准

3.3.3 最小机械能耗散原理

3.3.4 湍流流动场协同方程

3.4 基于场协同原理的矩形均压槽结构分析

3.4.1不同宽深比均压槽模型的建立

3.4.2网格划分及边界条件设置

3.4.3不同均压槽场协同角计算

3.4.4矩形槽综合分析

3.5本章小结

第四章 液压冲击机构泄漏量的仿真分析

4.1 正交试验的概述

4.2影响因素的确定及正交表的获取

4.2.1影响因素的确定

4.2.2正交试验表的获取

4.3液压冲击机构泄漏量的正交分析

4.3.1正交试验模型建立及网格划分

4.3.2泄漏量的仿真分析

4.3.3极差法分析正交试验结果

4.3.4影响因素的无量纲分析

4.4泄漏量的单因素分析

4.5本章小结

第五章 液压冲击机构卡紧力的仿真分析

5.1影响因素的确定及正交表的获取

5.1.1影响卡紧力因素的确定

5.1.2正交试验表的获取

5.2液压冲击机构卡紧力的正交分析

5.2.1方差法分析正交试验结果

5.2.2影响因素的无量纲分析

5.3卡紧力的单因素分析

5.3.1均压槽数对卡紧力的影响

5.3.2活塞表面锥度与偏心量对卡紧力的影响

5.4影响因素的耦合分析

5.4.1均压槽数和活塞偏心量对卡紧力的影响

5.4.2均压槽数和活塞表面锥度对卡紧力的影响

5.4.3偏心量和锥度对卡紧力的影响

5.5本章小结

第六章 液压冲击机构泄漏与卡紧的综合分析

6.1两参数组的仿真分析

6.2间隙高度对参数组A和参数组B的影响

6.3间隙高度对两参数组泄漏和卡紧的影响

6.4本章小结

总结与展望

1.研究总结

2.工作展望

参考文献

致谢

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