基于高速开关阀的液压振动冲击系统的研究和应用

摘要

液压振动冲击系统自20世纪60年代出现以来，由于冲击力大、能量转换效率高等优点，受到在国内外相关行业和专家的关注和研究，并得到广泛应用：在大功率碎石、凿岩、破碎等工程机械中有着不可争议的统治地位，在小功率的液压铆接、疲劳寿命试验、振动筛等方面也进行了逐步的推广应用。小功率电液振动冲击系统的工作机理和应用也是目前液压界研究的一个热点。
　　 论文在综合国内外文献资料的基础上，对液压振动冲击系统的发展历程、现状及发展趋势热点进行论述，提出基于高速开关阀的液压振动冲击系统的结构和组成。并对该系统进行了建模、仿真，探讨了结构参数对振动冲击性能的影响，得到了仿真结论；完成了该系统的实验研究，分析了实验结果，得到了实验结论。利用基于高速开关阀的液压振动冲击系统，研制了新型的电液控制式剁锉机样机，克服了传统机械式的剁锉机功耗大，噪声高，工作环境差，磨损严重，维护费用高的缺点，具有节能，低噪声，频率稳定可调等优点，很好地满足日益提高的市场需求。
　　 有关各章节内容分述如下：
　　 第1章，在综合分析国内外文献的基础上，介绍了液压振动冲击系统区别于普通液压系统的特点、工作原理、分类、主要的应用场合；分析比较国内外市场上应用的主要振动冲击机构的优缺点和研究现状；阐述了线性与非线性模型的两种研究方法；详细介绍了几个研究专题等关键技术的发展动态；最后介绍了剁锉机的研究现状。
　　 第2章，对基于高速开关阀的液压振动冲击系统及关键元器件进行理论分析。对比探讨国内外多种液压系统原理，提出了基于高速开关阀的液压振动冲击系统的结构和组成，并阐述了该系统的工作原理。并且，对系统中采用的控制元件、冲击液压缸、蓄能器、高速开关阀电磁铁的结构特点进行描述。
　　 第3章对基于高速开关阀的高速液动切换阀和剁锉机液压系统建立了非线性数学模型。应用有限元方法，以Ansoft的Maxwell为平台，对高速开关阀的电-机械转换器进行性能仿真；以AMESim为平台，对高速液动切换阀和剁锉机液压系统进行仿真，探讨了结构参数和外加信号对系统和元件性能的影响规律，为系统和结构设计提供了指导。
　　 第4章，为验证系统设计的合理性和适宜性，对系统性能进行了实验。得到了溢流阀设定压力与系统工作压力、冲击力的关系曲线；弹簧预压量对冲击力的影响曲线；信号发生器发出信号的脉宽比对冲击力的影响曲线。实验与仿真结果吻合，验证了理论分析的准确性。
　　 第5章，对主要研究工作和得到的成果进行了概括，并展望了下一步的研究工作和方向。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 液压振动冲击系统概述

1.1.1 液压振动冲击系统的特点

1.1.2 液压振动冲击系统的应用

1.1.3 液压振动冲击系统的分类

1.2 液压振动冲击器研究现状与国内外发展趋势

1.2.1 研究方法概述

1.2.2 国内外设备研究现状及发展

1.2.3 振动冲击系统中几个待研究的问题：

1.3 剁锉机的发展历程及现状：

1.3.1 剁锉机根据工作需要应满足的要求：

1.3.2 工作原理

1.4 基于高速开关阀的电液控制技术/电液数字控制技术

1.4.1 液压控制系统

1.4.2关键元件--高速开关阀

1.4.3 发展趋势

1.5 课题研究的内容和意义

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

1.6 本章小结

2 基于高速开关阀的液压振动冲击系统的结构原理

2.1 液压系统结构原理

2.1.1 液压系统分类及应用简述

2.1.2 基于高速开关阀的液压振动冲击系统的应用

2.2 基于高速开关阀的液压振动冲击系统元件的结构特点

2.2.1 液压剁锉机控制阀结构特点

2.2.2 冲击液压缸结构特点

2.2.3 蓄能器结构特点

2.2.4 高速开关电磁铁结构特点

2.3 本章小结

3 基于高速开关阀的液压振动冲击机构的仿真分析

3.1 高速开关电磁铁仿真分析

3.1.1 有限元方法介绍

3.1.2 有限元软件介绍

3.1.3 有限元模型

3.1.4 永磁磁场分析

3.1.5 电磁力计算

3.1.6 仿真分析

3.2 蓄能器分析

3.3 基于高速开关阀的液压振动冲击系统的数学模型

3.3.1 放大器

3.3.2 高速开关电磁铁

3.3.3 高速开关阀方程

3.3.4 高速液动切换阀力平衡方程

3.3.5 冲击液压缸活塞力平衡方程

3.3.6 流量平衡方程

3.4 AMESim仿真软件概述

3.5 高速开关阀仿真及分析

3.5.1 模型

3.5.2 基于高速开关阀的高速液动切换阀的动态特性

3.5.3 主要参数影响分析

3.6 基于高速开关阀的液压振动冲击系统的仿真分析

3.6.1 系统仿真模型

3.6.2 动态特性分析

3.6.3 系统结构参数评估

3.7 本章小结

4 基于高速开关阀的液压振动冲击系统的实验研究

4.1 实验目的和内容

4.1.1 实验目的

4.1.2 实验内容

4.2 实验系统

4.3 实验分析

4.3.1 溢流阀设定压力与系统工作压力、冲击力的关系

4.3.2 弹簧预压量对冲击力的影响

4.3.3 信号发生器发出信号的脉宽比对冲击力的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

6 参考文献

7 攻读硕士学位期间的科研成果