超高压水射流装置液压系统的仿真研究

摘要

高压水射流技术是近30年发展起来的一项新技术，目前已在煤炭、石油、冶金、航空、交通、化工、建筑、市政工程等部门和领域应用，主要用于清洗、切割、破碎等方面。高压水射流技术凭借着高效、节能、环保、机动灵活等特点，在国内各工业部门得到越来越广泛的应用，也越来越受到人们的重视。高压水射流设备作为高压水的发生装置，其整体性能将直接影响高压水射流技术的应用和推广。虽然我国在高压水射流设备相关技术的研究上取得了许多成果，国内也有不少企业从事高压水射流设备的制造，但是我国生产的高压水射流设备在整体性能上与国外产品相比还存在较大差距。故开展改善高压水射流设备整体性能的研究工作是很有必要的，具有十分重要的意义。
　　 本文以某公司生产的超高压水射流装置为研究对象，结合该超高压水射流装置存在水射流系统出水压力波动幅度较大、增压器运行效率不高、液压系统油温过高等问题，对该超高压水射流装置液压系统进行仿真研究，为其性能的改善提供理论依据和切实可行的方案。首先，对该超高压水射流装置液压系统的相关理论进行分析；其次，对双组增压器水射流系统出水压力波动进行研究，详细分析非同组增压器活塞运动延迟时间对水射流系统出水压力波动的影响；再次，对增压器输出机理进行研究，分析了增压器的输出特性及增压器物理参数对其运行效率的影响规律；最后，对该超高压水射流装置液压系统的油温进行仿真计算，优化系统冷却器的选型，并分析各种参数对液压系统油温变化的影响。
　　 本文主要采用理论分析与仿真分析相结合的方法对该超高压水射流装置液压系统中存在的问题进行研究。通过理论分析分别建立了双组增压器水射流系统的数学模型、液压增压器的运动学模型及该液压系统的热分析模型，然后运用MATLAB软件进行双组增压器水射流系统出水压力的模拟分析、增压器内部运动微分方程的数值分析及该液压系统油温的仿真计算。
　　 研究结果表明，延迟时间对双组增压器水射流系统出水压力波动有较大的影响，并且在其它影响因素不变的情况下，存在最佳的延迟时间值使得系统出水压力的波动幅度最小。影响增压器运行效率的因素主要有阻尼系数、增压器与单向阀之间高压管路的体积、换向阀换向时间、水射流系统的回油压力等。当该超高压水射流装置液压系统处于两种不同工作状态时，系统所需的冷却器制冷量相差较大。油箱的有效容积与环境温度对液压系统的油温有较大的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 液压传动与控制技术研究发展概况

1.3 液压仿真技术

1.3.1 液压仿真技术发展概述

1.3.2 SIMULINK简介

1.4 课题主要研究内容

第2章 超高压水射流装置液压系统相关理论分析

2.1 超高压水射流装置的组成及工作原理

2.2 超高压水射流装置液压系统主要的液压元件

2.2.1 双联齿轮泵

2.2.2 液压增压器

2.2.3 液压阀

2.2.4 稳压蓄能器

2.3 超高压水射流装置液压系统的基本回路

2.3.1 压力控制回路

2.3.2 换向回路

2.3.3 速度控制回路

2.4 本章小结

第3章 双组增压器水射流系统压力波动分析

3.1 超高压水射流系统的压力波动

3.1.1 产生压力波动的原因

3.1.2 减小系统压力波动的方法

3.1.3 双组增压器水射流系统的特点

3.2 双组增压器水射流系统的数学模型

3.2.1 流经电磁换向阀的流量方程

3.2.2 增压器的数学模型

3.2.3 蓄能器的流量方程

3.3 基于SIMULINK的系统数值模拟

3.3.1 双组增压器水射流系统的SIMULINK仿真模型建立

3.3.2 双组增压器水射流系统出水压力模拟分析

3.4 本章小结

第4章 增压器输出特性研究及效率分析

4.1 超高压发生器概述及工作原理

4.1.1 超高压发生器概述

4.1.2 液压增压器的工作原理

4.2 增压器的运动学模型

4.2.1 力平衡方程

4.2.2 水的压缩性

4.2.3 动态过程分析

4.3 增压器输出机理研究

4.3.1 增压器内部运动微分方程的数值求解

4.3.2 增压器输出分析

4.3.3 增压器物理参数对其运行效率的影响规律

4.4 本章小结

第5章 超高压水射流装置液压系统的油温控制

5.1 液压系统的温升

5.1.1 油温过高的危害

5.1.2 油温过高的原因

5.1.3 系统油温的控制

5.2 液压系统热分析模型

5.2.1 各液压元件的热力学模型

5.2.2 油箱中油温随运转时间的变化关系

5.3 液压系统油温仿真计算及分析

5.3.1 仿真计算

5.3.2 结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录