桩基础施工新技术专题讲座(二十三) 气动潜孔锤与长螺旋钻孔机组合技术(上)

气动潜孔锤长螺旋钻孔灌注桩成孔原理该成孔原理属于气动潜孔锤同步跟管成孔施工技术,利用双动力头分别驱动钻杆和设在钻杆底部的气动潜孔锤及外部钢套管。钻杆动力头带动长螺旋钻杆及底部潜孔锤作顺时针转动,潜孔锤在压缩空气作用下所产生的冲击功和冲击频率直接传给锤头快速破碎孔内岩石;同时套管动力头驱动钢套管逆时针旋转,钢套管下端环状合金钻头切割岩层与潜孔锤同步跟进成孔;穿管过程中形成的渣土和岩石颗粒借助于潜孔锤排出的压缩空气从钢套管与螺旋杆之间向上吹起排出套管外,从而实现孔底冲击回转钻进与清孔同步施工。     

气动潜孔锤与长螺旋钻孔机组合技术（上）

气动潜孔锤长螺旋钻孔灌注桩 成孔原理该成孔原理属于气动潜孔锤同步跟管成孔施工技术,利用双动力头分别驱动钻杆和设在钻杆底部的气动潜孔锤及外部钢套管。钻杆动力头带动长螺旋钻杆及底部潜孔锤作顺时针转动,潜孔锤在压缩空气作用下所产生的冲击功和冲击频率直接传给锤头快速破碎孔内岩石：     

单泵驱动双马达速度同步特性分析

在工程机械的行驶机构中常采用单泵驱动双马达的液压系统,在对单泵驱动双马达速度同步可实现负载特性分析的基础上,引入当量负载和当量负载比的概念,进行数学推导,并用Amesim仿真软件进行仿真分析,得出了采用流量均衡控制方法下的马达速度同步的充分必要条件,为需要实现速度同步控制的工程车辆的系统设计及改进提供了帮助.     

一种新型起升机构及其液压系统的设计

该文设计了一种用于特定场合的后铰支点可移式结构的新型起升机构,利用起升油缸和水平油缸共同驱动实现负载由水平状态到垂直状态的起升过程.并根据该机构的运行工况设计了液压系统原理图和控制流程.通过样机验证,该机构满足使用要求.     

立板机动臂翻转结构优化设计与研究

针对现今装配式建筑预制墙板的安装问题,设计了一种新型墙板立板机,通过动臂翻转机构实现末端抓取装置俯仰位姿调节,进而实现预制墙板定位安装作业。其中,动臂翻转机构属于液动连杆机构,通过力学仿真分析发现,动臂起落机构属于主要承力机构,驱动油缸负载最大。为此,针对动臂起落机构建立尺度优化模型,以驱动油缸的最大负载最小为目标函数,基于复合形法优化算法求得动臂翻转机构最优尺度参数,优化后驱动油缸最大负载降低36%左右,驱动油缸性能显著提升;通过Creo软件建立虚拟样机,进行了刚体动力学仿真分析,验证了机构尺度优化模型的可行性;最后,进行样机研制及其施工试验,动臂翻转机构工作性能符合设计要求。     

基于AMESim的负荷传感液压同步系统仿真研究

针对液压双缸同步系统在偏载情况下同步性能较差的问题进行了研究,提出引入负荷传感技术调节系统压力的方法,使得系统流量不受负载变化影响,从而达到双缸同步。阐述了负荷传感液压双缸同步系统的组成及工作原理,建立了负载敏感泵、多路阀及整个系统的AMESim模型,并验证了模型的正确性。对模型的仿真分析表明:单个油缸动作时,系统流量不受负载变化影响,油缸速度保持恒定;双缸同步动作时,两回路流量不受偏载影响,当输入信号相同时,双缸保持同步。     

基于LabVIEW的驱动机构精密角速度测试系统

设计了一个驱动机构精密角速度测试系统,该系统可以精密测量驱动机构的输出轴在低速转动时的角速度。系统中模拟了惯量负载和扭矩负载,通过在轴系中加入扭矩反馈,使电控加载器能够实现在极低速工况下精确加载扭矩,并提出了一种基于虚拟仪器的模拟负载波形的实现方式。通过实验测试了驱动机构带四种不同负载时的角速度,并通过后处理软件得到驱动机构的角速度特性。     

挖掘机负载和工况识别技术研究

对挖掘机主泵的特性进行了分析,从工作装置的运动学分析出发,利用D-H法的标准形式建立了铲斗末端的位置和姿态表达式;采用几何法获得关节空间与驱动机构空间的转换关系,得到了铲斗的姿态与液压缸之间的转化关系,据此对挖掘机的工作循环进行了划分,判别出了油缸的溢流状态,并降低泵的排量和发动机转速;通过动力学分析,并结合仿真曲线,获取了液压缸受力算式,通过空载试验对油缸的受力进行了修正,给出了不同负载和不同姿态下主泵压力的调节区间,最后通过试验验证倾角传感器与系统压力相结合的方法,可以有效减少液压缸在极限位置的溢流损失,并可以有效实现负载和工况的识别.     

基于COSMOSMotion的兆瓦级风力发电机组变桨机构建模和分析

对兆瓦级风力发电机组的液压变桨机构进行了简化,在SolidWorks中建立了简化机构的三维实体模型,并用COSMOSMotion对其进行了运动仿真.通过仿真分析了控制油缸驱动变桨时,变桨机构各个主要构件尺寸参数与控制油缸所需性能之间的关系.其结果表明,将变桨机构中摇杆和连杆的杆长调节到合适的尺寸时,机构对控制油缸的性能要求降低,其运动也更平稳,桨叶受到的冲击更小;控制油缸在驱动变桨过程中所受到的阻力与摇杆和连杆的长度无关,而与它们之间的夹角有关.     

巷道临时支护支架推移油缸液压同步系统设计

针对巷道临时支护支架的推移油缸在工作面工作过程中承受的偏载,设计了负载敏感系统与同步阀相结合的液压同步系统,使得推移油缸在承受偏载下也能达到较高的位移同步精度;使用AMESim仿真软件对该液压同步系统进行了建模和仿真分析,得到推移油缸的位移同步精度为0.68%;搭建了推移油缸液压同步系统的试验台,在推移油缸承受偏载下对液压同步系统进行了试验研究和分析,得到该系统推移油缸位移同步精度为1.32%,满足1.5%以内的设计目标。研究结果表明:负载敏感系统结合同步阀能在油缸承受偏载时抑制压力和流量的波动,保证流量不变,使得油缸同步运行,同时具有调速方便和节能的优点。     

负载敏感变速同步驱动原理与特性研究

液压分流同步驱动以分流元件(如分流阀、分流马达)为控制元件,通过等量分流原理来实现多执行器的同步驱动,具有结构简单、成本低的优点,但在时变负载或大偏载工况下分流元件的分流精度显著降低,难以满足高精度同步需求。据此,提出负载敏感变速同步驱动系统,其由负载敏感变量泵和负载敏感分流阀构成,其中负载敏感分流阀是一种新型的分流阀,其利用负载敏感压力补偿原理可以消除时变负载和偏载对同步精度的影响,并具有调速以及负载敏感的功能。首先,阐述负载敏感分流阀及变速同步驱动系统的结构和工作原理;然后,基于AMESim建立系统仿真模型;最后,在变速、时变负载、大偏载等工况下研究了新型分流阀及其同步系统的同步特性。结果表明:在时变负载和大偏载下,分流阀的分流误差小于1‰,其远远低于现有分流阀的分流误差,并实现了高精度的变速同步驱动,且系统效率较高,可取代一部分价格昂贵、维护困难的闭环同步驱动。为高精度的分流阀及变速同步驱动奠定了理论基础,可丰富液压同步驱动的理论和形式。     

并联状态流-压互补同步回路仿真

并联状态流-压互补同步回路通过采用多个液流通径较小的分流阀,在有效降低各支路流量及分流阀阀芯液动力的基础上,提高阀芯的调节灵敏度和流-压互补回路的同步精度。通过数学建模,运用MATLAB软件中的Simulink模块,搭建了恒流状态下的分流阀同步回路、流-压互补同步回路和并联状态流-压互补同步回路,研究了3种仿真回路的偏载状态下的运行特性,验证了并联状态流-压互补同步回路的同步精度较分流阀同步回路和流-压互补同步回路有显著提高,为该回路在实际工程中的应用提供了理论依据。     

潜孔锤关键零件的断裂分析

基于某潜孔锤关键零件常出现的断裂现象,从其断口特征、受载工况等方面进行了分析,得出其断裂的主要原因是疲劳破坏,分析了疲劳断裂过程。依据疲劳破坏的理论,对其材料热处理、几何结构以及表面精度等进行了调整,延长了其使用寿命。     

潜孔冲击器非线性动力学建模

潜孔冲击器在工作过程中,气源压力进入工具中驱动活塞做高频高速的轴向往复运动,并冲击钎头使其进行破岩钻进。首先,以无缸潜孔冲击器为例,结合其结构特点分析工作原理;其次,基于计算流体力学、热力学和应力波传递相关理论,考虑气体的压力、温度和密度的变化,分别建立了气室气体的瞬变流模型、绝热模型以及活塞的冲击回弹模型;然后,基于活塞的运动状态和气室气体状态,将潜孔冲击器1个运动周期分为11个不同阶段,结合上述3个模型和活塞的运动学方程,建立了完整的潜孔冲击器的非线性动力学模型;最后,基于该模型对实际算例进行计算。结果表明,活塞运动参数、气室压力数值变化与潜孔冲击器的工作原理与运动学规律一致。对潜孔冲击器的设计与研发提供研究基础与方法,为相关工具的动力学模型和仿真模型的建立提供参考。     

先导式膜片电液开关阀水锤压力预测及实验

液压冲击是影响膜片电磁阀频繁启动和可靠运行的重要因素,根据先导式膜片电液开关阀产生的关阀水锤压力作用机理及经验公式,提出通过分析稳态管道流速和瞬态关阀时间来预测水锤压力特性的方法,在此基础上建立先导式膜片电液开关阀的稳态流场有限元模型和关阀过程数学模型,探讨关键结构参数对水锤压力的影响规律,并确定样机设计参数。实验结果和仿真结果基本一致,表明该方法可以准确预测水锤压力,样机在0.1~0.5 MPa范围内水锤压力近似成比例线性增加,且在0.5 MPa压力下瞬间关阀产生的水锤压力小于0.1 MPa,满足膜片电液开关阀对关阀水锤压力标准的要求,可用于远距离的流体输送系统。     

基于AMESim的齿轮分流马达的同步误差分析

针对齿轮分流马达为核心的液压同步系统偏载,造成执行元件同步误差较大的问题,在齿轮分流马达各出油口分别接入单向顺序阀,并调节各顺序阀的开启压力相同,减小各出油口压力差,达到减小系统同步误差的目的。建立了基于AMESim的齿轮分流马达双缸同步系统仿真模型,对有、无顺序阀两种工况下不同偏载造成液压缸的压力脉动、流量变化、位移差、系统同步误差、热特性进行了对比分析。分析结果表明:单向顺序阀的接入,能够有效减小齿轮分流马达双缸同步系统的同步误差,保证系统的同步性。     

往复压缩机气量调节方式对气流脉动影响

气流脉动是伴随往复压缩机的工作的一种特殊现象,是往复压缩机管道振动主要原因.同时在往复压缩机使用过程中需要经常进行气量调节,包括驱动机变频、压开吸气阀、可变余隙容积、回路阀组调节等多种方式,各种调节方式对气流脉动也存在不同程度的影响.     

气动平衡助力机械手反馈控制系统设计

针对气动平衡助力机械手负载端力臂不断变化的随位平衡问题,提出通过反馈控制实现机械手随位平衡方法。在采集气缸输出端压力基础上,将输出压力信号实时反馈给气缸输入端控制器——主气控调压阀,通过对主气控调压阀输出端的气压调节,使气缸输入端压力和输出端压力达到动态平衡,实现机械手在负载端力臂变化情况下的随位平衡。实验结果表明:在额定载荷下,人手能轻便地移动机械手;当停止移动时,机械手在无手操纵力下能自动平衡。     

超(超)临界疏水阀开启过程管道水锤抑制研究

针对超(超)临界疏水阀开启过程中管道水锤振动问题,采用特征线法对阀控管道水锤瞬变模型进行了数值计算,运用Matlab求解得到了疏水阀在不同流量特性、不同节流效应下开启时管道中流量和水锤压头的时域曲线。研究表明:选用等百分比流量特性的疏水阀,可以减缓阀开启时阀后管道的水锤现象,同时节流效应对疏水阀开启时阀后管道水锤的影响显著,节流越明显,管道中水锤压头幅值越小,水锤波动趋势也越缓和。研究结果为抑制管路水锤与冲击设计提供理论参考。     

Examination of cavitation-induced surface erosion pitting of a mechanical heart valve using a solenoid-actuated apparatus

Several factors, including peak dp/dt of the ventricular pressure and maximum closing velocity of leaflet have been studied as indices of the cavitation threshold. In the present study, just before closing velocity of the leaflet has been studied as indices of the cavitation threshold, and cavitation erosion on the surface of a mechanical valve was examined by focusing on squeeze flow and the water hammer phenomenon during the closing period of the valve. A simple solenoid-actuated test device that can directly control the valve closing velocity was developed, and opening-closing tests of 3,000 and 40,000 cycles were performed at various closing velocities. There was a closing velocity threshold to occur erosion pitting of valve surface, and its value was about 0.4 m/s in this study. Cavitation-induced erosion pits were observed only in regions where squeeze flow occurred immediately before valve closure. On the other hand, the number of the pits was found to be closely related to an area of water hammer-induced pressure wave below the critical pressure defined by water vapor pressure. Therefore, it was concluded that cavitation is initiated and augmented by the two pressure drops due to squeeze flow and water hammer phenomenon, respectively.