液压弯管机超高压电动泵的特性研究

摘要

液压弯管机是对管道进行弯曲成型的一种专用工具，广泛地应用于电力、石油、天然气、化工、船舶、锅炉等行业。
　　本论文在对电动液压弯管机的工作原理、具体结构进行分析的基础上，主要围绕着电动液压弯管机的核心部件：超高压电动泵而展开。由于弯管的工艺对于泵的流量稳定性要求不是特别高，电动液压弯管机采用了一种更为简单的不同于传统泵的超高压电动泵。然而弯管工艺对超高压电动泵的压力有着特殊要求，即需要在保证泵的稳定性和寿命前提下，尽可能高地提高泵的压力，最高瞬态压力高达50MPa，故称为超高压电动泵。随着泵的压力提高，需要对超高压电动泵的关键部件如电机支架和电机轴等，重新设计其结构和校核其强度。效率是超高压电动泵的一个关键指标。本论文将结合试验和CFD仿真方法对超高压电动泵的效率及相关影响因素进行分析，以提高其效率；同时对超高压电动泵的钢球运动规律和受力分析进行了一系列研究。
　　本论文主要研究内容有：
　　1）在分析电动液压弯管机的工作原理，动力及成型机构等基础上，建立了柱塞偶件的速度，加速度的数学方程，并基于 MATLAB软件，求解出超高压电动泵的偏心轮及柱塞偶件的运动规律，并分析了关键部件电机轴和电机支架等的受力状况。
　　2）借助流体动力仿真工具 ANSYS CFX，对超高压电动泵的流场进行了仿真分析，得出了入口和出口处钢球的运动规律，求解出了进出油口钢球的最大速度和最大位移，并将钢球运动速度以及钢球周围流场的变化采用云图及转化为动画格式的方式展现出来，借此直接表达出钢球在上升过程中的速度变化规律及流场压力变化。
　　3）采用ANSYS WORKBENCH软件对关键部件进行有限元仿真分析，揭示了电机支架失效的原因，通过对电机支架的共振频率仿真，排除了电机支架由于共振产生失效的可能，同时通过金相试验的方法，分析了电机支架破损处的显微组织成分及焊接缺陷，提出了相应的解决方案。
　　4）搭建了超高压电动泵的试验平台，开展了样机性能的试验，结合仿真结果和试验结果，改进了超高压电动泵的结构，并测试与分析了改进后的超高压电动泵的特性，试验结果表明，改进后的超高压电动泵的最大效率提高到了79％。
　　上述研究工作和取得的结果，为今后新型超高压电动泵的开发奠定了理论基础和试验基础。

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第一章 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 弯管机相关技术研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 液压弯管机及超高压电动泵的结构与原理

2.1 引言

2.2 手动液压弯管机结构及工作原理

2.3 电动液压弯管机结构及工作原理

2.4 本章小结

第三章 超高压电动泵运动及受力计算

3.1 引言

3.2 超高压电动泵运动分析

3.3 超高压电动泵性能影响因素分析

3.4 超高压电动泵受力分析

3.5 本章小结

第四章 超高压电动泵流场分析

4.1 引言

4.2 物理模型与数学模型建立

4.3 网格划分及前处理

4.4 钢球运动规律及流场分析

4.5 本章小结

第五章 关键零件理化分析及ANSYS仿真

5.1 电机轴理化分析及ANSYS仿真

5.2 电机支架理化分析及ANSYS仿真

5.3 本章小结

第六章 试验与结果分析

6.1 引言

6.2 试验台架构建

6.3 试验方法及内容

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文