搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計

搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計,搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計,搖臂,鉆床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計 外文資料翻譯 系： 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 學(xué) 號： (用外文寫) 外文出處：THE 6th International Conference on Mining Science & Technology 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 煤礦錨索液壓沖擊載荷系統(tǒng)的設(shè)計與實驗 摘要: 礦用預(yù)應(yīng)力錨索在大負(fù)荷作用下的會被破壞或拉掉，而且在裝載的過程中鋼絞索與固定物間劇烈的摩擦?xí)a(chǎn)生高溫和摩擦火星。沒有現(xiàn)成的試驗臺可以進行沖擊載荷試驗。為驗證這個過程，我們首次設(shè)計出煤礦錨索液壓沖擊載荷系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不僅可以模擬錨索在充滿濃醪氣環(huán)境中承受不同載荷而脫落或斷裂的工作狀況，還可以被用來研究錨索的支持與保護裝置的失敗機制，而且可以檢測由于火花和高溫情況下引燃或引爆氣體的可能性。通過AMEsim軟件，我們建立沖擊載荷系統(tǒng)的模型并進行實驗。模擬結(jié)果表明設(shè)計的實驗系統(tǒng)可以獲得高速度并可以承受大的載荷。因此，這種動態(tài)性能可以滿足錨索沖擊試驗的需要。實驗同時表明實驗情況與錨索在現(xiàn)實中被拉掉的情況是相似的。 1. 引文 小直徑的預(yù)應(yīng)力錨索通常被用來加強錨索本身支護系統(tǒng)，錨索支護泛用于隧道支撐。在錨索系統(tǒng)中，隨著拉力的不斷增加，如果拉力超過其承受能力，錨索會被拉斷或拉掉，這是煤礦隧道中常見的狀況。如果錨索的載荷更大，后果將會變得更加嚴(yán)重。運轉(zhuǎn)過程中，鋼絞索與固定物之間產(chǎn)生會產(chǎn)生劇烈的摩擦。這會產(chǎn)生高溫和摩擦火星，導(dǎo)致煤礦中沼氣的燃燒或爆炸。 錨索與錨固在大巖爆時的實效形式與靜止?fàn)顟B(tài)下的失效形式通常是不一樣的，（實際情況下，分離層的高度通常只有0.5米，封閉的固定物迅速掉落的速度可達到3米每秒）。現(xiàn)存的沖擊載荷系統(tǒng)用于靜止模式，但不可以模仿實際情況下錨索巨大的沖擊載荷。 根據(jù)實際情況，煤礦錨索沖擊載荷系統(tǒng)首次以文字形式出現(xiàn)。這個沖擊載荷系統(tǒng)可以模仿煤礦錨索的實際工作情況。在這個系統(tǒng)基礎(chǔ)上，已經(jīng)做了錨索失效機理的實驗并研究了由于錨索被拉掉而產(chǎn)生的高溫和摩擦引起的沼氣爆炸。模仿軟件AMEsim被應(yīng)用在該模仿該系統(tǒng)中。 2. 液壓沖擊載荷系統(tǒng)的設(shè)計 煤礦錨索沖擊載荷系統(tǒng)通過兩個液壓缸及鎖定單元來固定并事先夾緊錨索的兩端，然后兩個液壓缸立即同時延伸作用在承受載荷的錨索上。這個系統(tǒng)可以模仿重物迅速掉落時錨索的工作情況。圖1是所設(shè)計的液壓沖擊載荷系統(tǒng)。 試驗系統(tǒng)有兩個液壓缸2和8，兩個傳送加緊裝置3和7，中間固定板5，傳送設(shè)備4和兩個防爆緩沖盒子1和9，如圖一所示的兩端。兩個雙活塞液壓缸被固定在傳送加緊裝置和防爆緩沖盒之間，這些液壓缸通過中間的固定裝置來來固定。傳送裝置被焊接在左右傳送加緊單元中并且通過中間固定裝置固定，以便提高傳送速度。整個系統(tǒng)通過水泥固定。兩個液壓缸的活塞桿是空的。 1,9 緩沖爆炸箱； 2,8液壓缸； 3,7左右夾緊； 4 電纜套管； 5 中間固定板；6 混凝土底座 圖1. 沖擊載荷電纜測試系統(tǒng) 錨索穿透其中一個活塞桿然后從另一個活塞桿出來。在防爆緩沖盒中，錨索被鎖定單元固定在兩個液壓缸之間。左右兩套防爆盒用來甩減弱液壓缸的沖擊作用。防爆盒充滿沼氣以便模仿錨索被拉掉時的工作情況。 裝載系統(tǒng)的作用速度可以達到3米每秒、作用力可以達到230KN。如此大的作用速度和作用力通過一個液壓泵很難達到。除此之外，高作用力會很容易損壞液壓泵。液壓缸靜止時一個小液壓泵用來預(yù)先夾緊錨索。此外，動態(tài)沖擊模式通過一套大容量蓄電池組被用到液壓缸中。 根據(jù)實驗要求，圖2 所示的液壓系統(tǒng)由插裝閥、液壓動力單元、蓄電池組和兩個液壓缸等組成。蓄電池組由四個蓄電池組成，所需個數(shù)由作用速度決定。大部分情況下，三個同時工作，另一個備用。這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下四部：液壓缸復(fù)位、固定和事先加緊錨索、蓄電池充電和加載。 1 油箱；2 液壓泵；3 減壓閥；4 換向閥；5, 8, 9, 22, 23, 26活塞； 6, 10 液壓機; 7 單向閥；11, 12, 13, 14 蓄電池； 15, 16, 17 插裝閥； 18, 19, 20 電池?fù)Q向閥；21 安全閥； 24, 25 液壓缸；27, 28 液壓鎖；29, 30三位四通電池?fù)Q向閥 圖2. 液壓系統(tǒng)圖 3．系統(tǒng)模擬 3.1 建立仿真模型 根據(jù)上述液壓系統(tǒng)原則和試驗要求,圖3中建立了一個基于AMEsim仿真軟件的模擬模型, 在這個模擬模型中， 插裝閥12由主插裝閥和極好的先導(dǎo)閥組成，插裝閥12發(fā)送的信號13控制插裝閥的打開和關(guān)閉。錨索沖擊過程的負(fù)載特性比較復(fù)雜，有可能被拉斷或拉出。因此仿真系統(tǒng)把錨索當(dāng)作具有阻尼的彈性元件。如圖3所示，測試中使用了三個蓄電池。蓄電池的容量是40升，補償壓力是12MPa，蓄能器的最大工作壓力是19MPa。液壓缸、插裝閥、液壓泵和其他組件的設(shè)置都是根據(jù)各自的特點來設(shè)計模擬參數(shù)的。 總的模擬時間為210s，在200s的時候控制信號發(fā)出碰撞指令，然后插裝閥迅速打開，蓄能器加壓將液壓油通過插裝閥壓入液壓缸的右腔來實現(xiàn)沖擊。值得一提的是，蓄電池充電和錨索的預(yù)緊都是在沖擊過程之前完成的。 1 液壓馬達；2 液壓泵；3 壓力調(diào)節(jié)閥；4 調(diào)節(jié)壓力信號；5,9 換向閥；6,8調(diào)節(jié)換向閥的信號方向；7 單向閥；10 液壓控制單向閥；11 蓄電池組；12 插裝閥；13 插裝閥控制信號；14 設(shè)置加載模塊；15 沖擊液壓缸；16 流量傳感器；17 液壓油的特征成分 圖3.系統(tǒng)模型仿真 3.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果 在此液壓沖擊裝載系統(tǒng)中，關(guān)鍵是速度的變化和液壓缸的壓力應(yīng)該符合測試要求。 圖4顯示了活塞桿速度和沖擊模擬的仿真曲線。曲線1是活塞桿速度仿真曲線，從圖上可以看到需要的信息。在沖壓的開始階段，活塞桿的加速時間為0.03s。在加速結(jié)束時，主插裝閥的閥芯完全打開和液壓缸一起達到最大速度后一起隨著活塞桿流動，蓄能器的壓力逐步減小。液壓缸的流量和流速都逐漸減小。沖擊信號發(fā)送出0.28s后，液壓缸的速度降到0并且隨著一點小小的震動而停止。曲線2是活塞桿沖程仿真曲線，這表明活塞桿在沖擊信號發(fā)送后0.1s開始運動。而在沖擊信號發(fā)出后0.25s的時候活塞桿的沖擊行程為0.41m。這些特征完全符合液壓缸速度和行程的設(shè)計要求。 1 活塞桿速度曲線；2 活塞桿沖程曲線； 圖4. 液壓缸速度和行程模擬曲線 1 液壓缸右腔入口壓力變化曲線；2 活塞桿沖擊力變化曲線 圖5. 液壓缸右腔入口壓力變化曲線和活塞桿沖擊力變化曲線 圖5畫出了液壓缸右腔入口壓力變化曲線和活塞桿沖擊力變化曲線。曲線1表明由于插裝閥的慣性作用，沖擊信號發(fā)出0.1后液壓缸入口壓力才開始上升。沖擊信號發(fā)出0.13s后，壓力達到峰值，從這個時候開始壓力逐漸減小以達到17.5Mpa的穩(wěn)定水平。曲線2是活塞桿沖擊力變化曲線，它類似于弧線，但是沖擊力上升的幅度是緩慢的，原因在于剛開始的時候活塞桿速度太快和沒有及時排出液壓缸左腔的液壓油。在沖擊開始前，大約有110KN的預(yù)緊力作用在液壓缸上。隨著活塞桿的運動，壓力最后上升到240KN。所以液壓缸的沖擊力大到能夠滿足錨索對沖擊載荷的要求。 仿真結(jié)果表明，由蓄電池組、插裝閥、液壓缸組成的錨索的液壓沖擊載荷系統(tǒng)能實現(xiàn)高速度和大的沖擊，并且系統(tǒng)的動態(tài)性能能夠滿足設(shè)計的要求。 4. 實驗與分析 根據(jù)錨索液壓沖擊載荷系統(tǒng)，事務(wù)局依法建立了一個實驗系統(tǒng)，并且在它的基礎(chǔ)上已經(jīng)完成了一些實驗。 由于液壓缸的沖擊速度非常高而且沖擊時間是太短，所以不能用正常的傳感器來衡量這個速度。這項實驗是由日本的網(wǎng)絡(luò)接入公司完成的，實驗中使用了 MEMRECAM Ci3 高速運動分析系統(tǒng)。 MEMRECAM Ci3 包括高速數(shù)字存儲晶體攝影和新 MOVIAS 二維空間的分析軟件。 它可以連續(xù)拍攝高速運動的對象，并分析研究圖像的運動規(guī)律、 運動軌跡與瞬時速度等。圖6是錨索被拉出的速度曲線。從曲線中我們可以看出沖擊的整個過程可以分為以下四個步驟：t1時刻液壓缸啟動，蓄能器累積液壓油等到?jīng)_擊開始的時候釋放來加速液壓缸。t2 時刻開始錨索連續(xù)運動。由于錨索的預(yù)緊力和夾緊摩擦，當(dāng)液壓油缸的速度達到 3m/s，這個狀態(tài)保持10s。在這個過程中沒有出現(xiàn)火花，不能引爆充滿防爆盒的瓦斯。t3時刻錨索達到極限載荷而被拉出。在這個時候錨索與錨固之間發(fā)生強烈的摩擦并發(fā)生火花迸射。當(dāng)廢料濺射時，他們迅速在高溫空氣中被氧化，并且溫度持續(xù)增加。在t4時刻，活塞桿自由向前推動并逐漸減慢，50mm后停止。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足錨索對沖擊力和速度的要求。 圖6.電纜螺栓拉出曲線 5. 結(jié)論 本文介紹的原理、新型結(jié)構(gòu)和液壓沖擊載荷系統(tǒng)首次用于錨索中。借助AMEsim的軟件，我們設(shè)立了一個沖擊加載系統(tǒng)仿真模型，并進行了性能的仿真。此外，我們還建立了實驗系統(tǒng)，并進行了一些研究實驗。得出以下結(jié)論： 1) 液壓沖擊載荷系統(tǒng)對于礦用錨索的沖擊是由蓄電池、插裝閥、液壓缸、可實現(xiàn)高沖擊載荷組成。仿真結(jié)果表明，該實驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)高速和高負(fù)荷的沖擊，其動態(tài)性能可滿足錨索對負(fù)載系統(tǒng)測試的要求。 2) 實驗結(jié)果表明，實驗時錨索被拉出且產(chǎn)生火花的條件與在礦里相似。