高压水射流切割系统的研究与设计

阐述新型水射流切割系统的工作原理,混合流体满足的能量方程,计算水射流的动压力,简要介绍水射流切割机的硬件电路设计及软件实现。讨论了局部阴力系数对动压力的影响,并给出算例。     

钴结壳水射流切削系统参数设计

为了避免刀具切削钴结壳时产生冲击载荷,提出了深海钴结壳水射流切削方法。采用仿真计算和实验测试研究了水射流系统参数与其切削性能的作用规律。仿真结果表明:水射流系统的工作压力、喷距和喷射角度是决定水射流切削能力的主要参数;其重要程度依次为工作压力、喷距和喷射角度;提高水射流系统工作压力是提高射流切削能力最有效的方法;在射流工作压力一定的情况下,为了提高射流的切削能力,射流的喷距宜小于4 mm(4倍喷嘴直径)内,射流的喷射角度约为13°。实验结果表明:提高射流的工作压力可以显著提高射流的切削能力,减小射流的喷距有助于提高射流的切削能力,射流的最优喷射角度约为13°。     

基于FLUENT的磨料水射流抛光喷嘴的流场仿真

针对三种典型结构的磨料水射流喷嘴,基于多相流动的VOF模型,利用计算机流体力学的方法对磨料射流系统的高压水射流流场进行两相流的数值模拟,分析对比了三种结构喷嘴流场的速度、压力、紊动强度等参数。结果表明,锥柱形喷嘴具有较优的综合性能,适合作为磨料水射流抛光的宝石喷嘴;在锥柱形结构的基础上,针对三种不同的收缩角进行了数值模拟,结果表明,30度收缩角具有较优的射流特性。     

密封技术在水射流中的应用

简介了目前各个压力下水射流系统所使用的密封材料与型式，重点介绍了水射流系统中几种典型的密封型式和密封机理，最后指出了在水射流设备中密封技术的发展方向。     

高压水射流切割的应用

工业先进的国家已将高压水射流切割技术广泛应用在轻、电子、机械、汽车、航空等工业部门。我国也已引起普遍重视。目前,在工业生产中实际使用的水射流压力已达到400MPa,在实验室条件下已能使水射流压力达到600～1000MPa。随着水射流压力的不断提高及其相应技术的进步,水射流技术的应用将不断扩大。     

高压水射流喷嘴设计及有限元分析

喷嘴是高压水射流破煤系统的关键部件,通过分析现有直线类型喷嘴,设计出具有收缩段、过渡段、平直段的流线型喷嘴,建立直线型和流线型喷嘴流道的几何模型和有限元模型,完成两种喷嘴流道的有限元分析,得到不同类型喷嘴流道水射流动压力场和速度场分布规律、流线型喷嘴结构应力与变形分布规律以及水射流流体与喷嘴内壁的耦合规律。通过分析计算得到不同过渡比的水射流动压、流速以及紊流分布规律,得出流线型喷嘴过渡比的最优值。实验结果表明:流线型喷嘴有较大的水射流轴向速度和动压力,比直线类型喷嘴破煤效率提高30%以上,具有良好的破煤性能。     

水射流机器人触觉临场感再现技术研究

介绍了一种新型水射流机器人触觉再现技术.该技术采用水射流提供机器人临场感触觉再现所需的压力刺激,触点阵列各触点处有一个与压力水源相连的开口水射流喷头,喷头与压力水源之间有电磁阀控制水射流的通断,当需要通过触点阵列为操作者提供触觉感觉时,触觉阵列相应触点处的喷头即与压力水源连通并喷射压力水流,水射流在操作者的皮肤表面形成压力斜坡,从而使操作者获得触觉感觉,由于水流可以带走皮肤表面的能量,因此操作者皮肤表面水流接触处还将形成温度斜坡触觉.压力斜坡和温度斜坡共同作用可以为操作者提供压力温度融合触觉感觉.     

我国高压水射流设备的发展方向

1．主机大型化。我国的高压水射流设备主权大路产品的机组功率多在55kw～130kw之间,压力100MPa以内。一些美欧同类产品机组动率多在100kW—300kW,压力15（）MP—200MPa,它们的典型参数可达功率500kW,压力lyJMRI～200Mh。在这种大机组技术优势影响下,国内有关企业也在...     

水射流辅助截齿破碎钴结壳

建立了水射流辅助截齿破碎钴结壳的力学模型,通过仿真研究获取了水射流系统参数与截齿在钴结壳表面切出初始裂纹所需最小破碎力的作用规律。仿真结果表明:当水射流的作用点和截齿的作用点不重合时,水射流的辅助破碎不仅不能减小截齿所需的破碎力,反而会增加截齿所需的破碎力;当水射流的作用点和截齿的作用点重合时,水射流的辅助破碎能有效减小截齿所需的破碎力;与纯截齿破碎钴结壳相比,当水射流的压力为5 MPa时,截齿所需的破碎力下降幅度约为50%;随着水射流系统工作压力的增加,水射流系统的辅助破碎作用越强。     

水射流噪声控制试验研究

针对高压水射流控制阀在工作时产生的噪声问题,在实验室使用阀配流式轴向柱塞泵为动力源,对其进行了试验研究。试验结果表明,使用蓄能器能够降低系统压力脉动,从而降低水射流噪声。喷嘴的结构对噪声具有明显的影响,相同压力或流量下,圆锥喷嘴的噪声要明显低于圆柱喷嘴。降低系统压力脉动和改进喷嘴结构等措施能够有效降低水射流噪声。     

基于AMESim的水束发生系统设计与仿真

针对利用水射流加工的设备容易出现水束不稳定及脉动现象,影响其实际应用。设计搭建了水束发生系统实验平台,利用AMESim软件搭建水束发生系统的HCD模型,通过设置相应参数,对系统的主要性能进行分析。分析结果表明:选择合适转速能够减小水束的脉动率,蓄能器对不同转速下的水束脉动吸收作用明显,该系统最终出口压力可调且稳定,能够满足产生不同压力水束的需求。通过实验验证了仿真结果的正确性,为后续水射流实验提供了依据。     

水射流新型应用技术与装备的研究

挖掘水射流技术应用领域和开发高端水射流装备一直是国内外水射流技术发展的目标。在分析水射流应用及装备研制共性技术基础上,对我国的磨料水射流钢管冷态除鳞(锈)、水射流路桥建筑破拆及航空复合材料水切割等3种不同压力等级的水射流应用新技术,分析了各自领域内传统工艺的不足和水射流新技术的机理,介绍了水射流装备的研制及工程应用的情况,为进一步推广新工艺提供借鉴参考。     

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。     

水射流喷嘴能量损失研究

在水射流系统中,喷嘴是关键部件,起负载作用(对泵加载,建立系统压力)及能量转换作用(将水的压力能转化为动能)。在不同条件下,喷嘴能量转换效率不同,从而影响水射流系统效率。按能量损失成因不同,将喷嘴能量损失分为特征能量损失和气蚀能量损失。根据喷嘴流量特性,研究能量损失的影响因素及其与流量系数的关系。对圆柱、圆锥及余弦三种喷嘴的流量特性进行试验研究,研究能量损失与进出口条件及喷嘴特征参数间的关系,对比分析三种喷嘴的特征及气蚀能量损失的大小。得出进出口条件对气蚀能量损失有较大的影响,而对特征能量损失几乎无影响;喷嘴特征参数对两种能量损失的都有很大影响,且喷嘴内壁轮廓越接近流线型,喷嘴能量损失越小。本研究为优化喷嘴设计及提高水射流系统效率提供基础。     

高压容器在前混合磨料水射流系统中的作用

研究了高压容器在提高前混合磨料水射流系统的稳定性中的作用，通过实验说明了前混合磨料水射流系统的压力脉动可以加高压容器得到降低，同时分析了磨料罐对于压力脉动的影响。     

汽车钛合金连杆切削加工中的刀具磨损研究

以汽车钛合金连杆为研究对象,分析了钛合金连杆在切削加工工艺过程中的刀具磨损量、切削力和刀具寿命随着切削速度、润滑压力的变化规律。试验分析结果表明:刀具磨损量随着切削速度的增加而增加,随着水射流润滑压力的增加先减小后增加;刀具切削力和轴向力均随着水射流压力的增大先减小后增加,但轴向力的变化较切削力更加敏感,变化速率更快;刀具寿命随着切削速度的增加而减小,随着水射流压力的增加先增大后减小,钛合金连杆的最佳工况为切削速度75m/min,润滑压力10MPa。     

基于LabVIEW的磨料水射流试验台测试系统

磨料水射流试验工作台主要用于试验射流喷射靶距等各种参数对零件表面光整加工的影响,试验中要对磨料射流的参数进行测试。文中介绍了虚拟测试系统的设计和实现,它是基于图形化编程语言LabVIEW而编写的,使用PCI-6024E多功能数据采集卡,可以执行在线测量和离线处理,包括数据采集、显示、分析和数据存储等功能,并具有友好的人机界面。通过某次射流试验的实时测试,表明此测试系统可完成磨料水射流试验的射流压力、温度、流量等物理量的测量。     

水刀水射流速度计算方法

应用伯努利方程,分析了水刀高压管内水流体的能量变化,简化了水射流速度的计算方法,使实际应用中能了解到水射流速度与增压缸输出压力变化的相互关系。     

应用模糊理论预测磨料水射流切深模型的建立

以理论为基础,应用磨料水射流切割加工时的工艺参数:水射流压力、射流横移速度和磨料流量等实验数据,建立一个模糊控制模型。这个模糊控制模型可以预测在任何给定一组加工参数时,可获得的切割深度。给出磨料水射流切割铝合金实例。     

高压水射流表层改性渗碳合金钢的实验研究

为了研究高压水射流对金属表层改性的表面完整性数据,对渗碳处理后的18CrNiMo7-6合金钢的表面进行水射流实验,实验中采用固定靶距,选择水射流压力和喷嘴移动速度作为工艺参数。实验表明,对于硬度在HRC58以上的18CrNiMo7-6渗碳合金钢,水射流表层改性可以显著提高它的表面残余压应力,在150MPa压力,20mm/min的喷嘴移动速度,10mm靶距时,可使表面残余应力由初始的113.5MPa改变为-814.9MPa,水射流表层改性后对其表面硬度有较明显的提高,但冲蚀效应会对其表面粗糙度造成一定的不利影响。