均压槽对液压冲击机构泄漏量与卡紧力的影响研究

【摘要】：气液联合式液压冲击机构已经在矿山开采、建筑工程等领域得到了广泛的应用,相比于其他类型的冲击机构,它以氮气室和系统油压联合提供动能。目前高冲击能的液压冲击机构在市场上占据绝对优势,对其性能的改进和优化成为关注的焦点。由于液压冲击机构具有高冲击能、往复运动、长时间工作在一线等主要特点,因此暴露了液压冲击机构固有的一些问题,比如活塞的内泄漏量大以及拉缸等问题,从而致使液压冲击机构效率降低。本文以某型号的气液联合式液压冲击机构为研究对象,研究活塞表面均压槽对缓解内泄漏及液压卡紧的影响,并分析影响液压冲击机构泄漏量和卡紧力的因素,包括结构参数(密封段长度、间隙高度、均压槽数量和宽深比、锥度)和工作参数(密封段两端压差)等。结合数值仿真分析和正交试验的方法,主要做了以下工作:1.首先对液压冲击机构目前普遍存在的问题进行了概述,总结了未来液压冲击机构的发展方向。对液压冲击机构的工作原理进行了分析,结合系统仿真软件AMESim,分别建立了冲击活塞、氮气室、蓄能器和冲击能的数学模型,并搭建系统的AMESim仿真模型。从系统的角度理解液压冲击机构的工作状态,分析活塞位移以及速度随时间的变化关系曲线,同时得到液压系统中各个腔室的压力变化,为分析液压冲击机构的权重提供了参数依据。2.对液压冲击机构泄漏和卡紧机理进行了分析。以平行平板缝隙泄漏机理为基础,推导了压差流和剪切流与液压冲击机构结构的关系式,同时得到了偏心环形缝隙泄漏量的计算关系式;并从活塞顺锥和逆锥两个方面解释卡紧力产生的原因。3.在场协同原理的基础上,对不同宽深比的矩形槽进行了场协同分析,通过分析均压槽内部的速度场与速度梯度场的协同关系,得到了均压槽内部场协同角等值线分布图,对均压槽内部的机械能耗散进行深入的解释,有助于分析液压冲击机构泄漏的根本原因。4.基于数值仿真实验分析,结合正交试验的方法。首先对影响液压冲击机构泄漏和卡紧的因素进行分析,其次选取主要的影响因素进行正交试验,最后对影响因素进行无量纲化分析,比较影响因素中对泄漏量与卡紧力的权重大小。影响泄漏量的权重大小顺序为:间隙高度活塞偏心量均压槽宽深比密封两端的压差密封长度均压槽数;影响卡紧力的权重大小顺序为:活塞表面锥度均压槽数活塞偏心量均压槽宽深比,同时对影响液压冲击机构卡紧因素进行了耦合分析。5.对液压冲击机构泄漏量与卡紧力进行综合分析。以影响泄漏权重最大的间隙高度作为参考变量,对卡紧力最大参数组和最小参数组进行了分析。