1.绪论
冲击器在工业生产中有着重要作用,它是重要的炉前设备。随着计算机技术发展,液压冲击器的设计开始借助于计算机技术,在计算机虚拟环境下,实现对液压冲击器结构设计,虚拟仿真,计算机仿真技术不断融入液压冲击器设计,将有效推动我国液压冲击器发展。论文研究工作主要侧重点为对液压冲击器结构设计和改进研究,然而,我们不能忽略液压冲击器是一种依靠液体介质运动而工作的流体设备,流体介质运动会导致发热,所以,对流体介质发热进行必要的热分析显得尤为重要,利用CFD仿真,可以方便的仿真出液压冲击器在油液流动时的温度场,压力场、流速场等,CFD仿真结果对液压冲击器计有着重要的参考价值,有助于产品改进和方案评估。可见,对液压冲击器的进一步研究需要进行下一步的CFD仿真研究。液压冲击器的冲击过程是一个高频高压的过程,冲击活塞与冲击社体间间隙的变化会引起泄露流量的变化,油液温度的变化会引起油液粘度的改变,从而进一步加剧流量的损失,冲击活塞与紅体间隙和油液温升对冲击器的性能有着重要的影响。对冲击活塞和体间隙和油液温升进行研究对液压冲击器的设计和改进是有益的。对开铁口机液压冲击器的性能仿真分析,推导了冲击活塞运动学仿真理论计算公式和冲击活塞与社体间间隙与油液温升关系的理论计算公式,研究了流量与液压冲击器的冲击性能的关系,以及冲击活塞与虹体间间隙和油液温升对冲击性能的影响。对冲击器进行有限元建模,对其进行模态分析和瞬态响应分析,通过模态分析结果研究了冲击器的振动特性,并且对如何提高液压冲击器刚性进行了探讨?,通过瞬态分析了解了冲击器在冲击瞬间的动态特性的变化。自由模态分析即结构在无外界约束的条件下,在自由状态下所计算的模态参数。自由模态分析结果表征结构的振动强弱分布。文中计算了液压冲击器的前十阶自由模态参数,由于自由模态的前六阶模态的固有频率为零。在自由模态计算中,前六阶自由模态称为刚体模态。下面给出四阶的结构自由模态振型(除去前六阶刚体模态)。
课题来源于实际生产,针对目前所使用的冲击器设备主要依赖进口,成本高,要件损坏后更换周期长等缺点。在研究奥地利BBG公司的HS571-GHN型液压凿岩机的基础上,开发新型的冲击器设备。课题的研究在消化吸收BBG开铁口机冲击器的基础上,对开铁口机液压冲击器进行计算机设计和仿真工作,研究对开铁口机液压冲击器的冲击性能的影响因素,为后续产品的设计和改进提供参考。课题主要研究内容包括:(1)研究HS571-GHN型液压冲击器的冲击机构工作原理。对开铁口机液压冲击器的主要零部件参数设计进行研究。(2)对开铁口机液压冲击器的结构动态特性进行研究,对液压冲击器进行模态分析和瞬态响应分析,求解冲击器各阶模态振型和相对应的激振频率,以及冲击器在冲击过程中的位移、速度和加速度的变化。在以上基础上分析开铁口机液压冲击器的动态特性。(3)对幵铁口机液压冲击器进行性能仿真分析,推导冲击活塞的运动学仿真理论计算公式,研究冲击器的油液流量与主要性能参数之间的关系;同时对冲击活塞与紅体间隙和油液温升对冲击性能的影响进行研究。(4)对幵铁口机液压冲击器的结构进行改进设计,完成对液压冲击器的总体设计和各个关键零部件的设计。目前,国内开铁口机液压冲击器成熟产品多为国外产品。本文研究的意义是为冲击器的结构、参数设计奠定基础,在消化吸收国外现有设备的基础上,借助于机械设计理论、计算机仿真等,开发新型的液压冲击器设备,推动液压冲击器国产化。
3开铁口机液压冲击器动态特性仿真研究……………19
3.1开铁口机液压冲击器有限元模型建立……………19
3.2开铁口机液压冲击器模态分析……………27
3.3幵铁口机液压冲击器瞬态响应分析……………37
4开铁口机液压冲击器性能仿真研究……………43
4.1开铁口机液压冲击器冲击活塞运动学仿真研究……………43
4.1.1冲击活塞运动学仿真理论计算公式推导……………43
4.1.2冲击活塞运动学仿真结果与分析……………47
4.2开铁口机液压冲击器冲击活塞与缸体间隙与油液温升影响研究……………50
4.3本章小结 ……………54
5开铁口机液压冲击器结构设计……………55
5.1液压冲击器结构设计……………55
5.1.1新型液压冲击器总体设计……………55
5.1.2新型液压冲击器关键零部件设计……………56
5.2本章小结…………………….60
结论
本文以开铁口机液压冲击器为研究对象,刈BBG公司HS571-GHN型液压冲击器进行了动态特性分析和性能参数仂真研究,通过上述分析研究,对液压冲击器设计和改进提供理论参考。
论文主要研究内容和取得结论如下:
(1)在分析BBG公司HS571-GHN液压冲击器工作原理基础上,刘主要零部件结构参数进行了设计研究,给出了相关设计公式;
(2)对液压冲击器动态特性进行了研究。建立了 HS571-GHN型液压冲击器三维模型和有限元模型,对液压冲击器进行了模态分析和瞬态响应分析。模态分析研究结果显示:液压冲击器结构模态振型主要表现为局部模态振型,且激振频率较高,液压冲击器发生大规模共振几率较小,同时,液压冲击器机头和机尾部分振动响应明显,刚性较弱,可以通过增加各零部件连接和增加对机头和机尾部分固支来达到提高液压冲击器刚性的目的;瞬态响应分析结果显示:液压冲击器在冲击时刻结构的位移、速度、加速度变化剧烈,可见,频繁冲击极易引起机体零部件疲劳损坏,所以液压冲击器机体选材应该选择抗冲击和抗疲劳性较好的軔料,特别是冲击缸体和机头部位的选材。
(3)对液压冲击器进行了性能仿真研究,包括冲击活塞运动学仿真研究和冲击活塞与缸体间隙和油液温升影响研究。研究结果显示:液压冲击器系统流量的增加有助于提高液压冲击器的冲击能,冲击频率,但是,冲击效率会降低。冲击活塞的运动学仿真的意义还在于在设计初期,借助冲击活塞仿真理论公式,通过性能参数(冲击能,冲击频率)可以确定部分结构参数,这些理论结构参数,可以指导液压冲击器设计;冲击活塞与缸体间隙和油液温升主要影响泄露流量,若设定系统温升最大值为85°C,则冲击活塞与缸体间隙最好为0.02-0.07mm,这样不会引起太大流量泄露和油液温升。
(4)在刘HS571-GHN液压冲击器参数与性能研究基础上,对新型液压冲击器结构进行了改进设计。以上结论是在理论分析的基础上获得,进一步验证需要后续试验工作。
参考文献
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