搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),搖臂,鉆床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 外文資料翻譯 系： 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： (用外文寫(xiě)) 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(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 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(jì)與實(shí)驗(yàn) 摘要: 礦用預(yù)應(yīng)力錨索在大負(fù)荷作用下的會(huì)被破壞或拉掉，而且在裝載的過(guò)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(méi)有現(xiàn)成的試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行沖擊載荷試驗(yàn)。為驗(yàn)證這個(gè)過(guò)程，我們首次設(shè)計(jì)出煤礦錨索液壓沖擊載荷系統(tǒng)。這個(gè)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(lái)研究錨索的支持與保護(hù)裝置的失敗機(jī)制，而且可以檢測(cè)由于火花和高溫情況下引燃或引爆氣體的可能性。通過(guò)AMEsim軟件，我們建立沖擊載荷系統(tǒng)的模型并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。模擬結(jié)果表明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以獲得高速度并可以承受大的載荷。因此，這種動(dòng)態(tài)性能可以滿足錨索沖擊試驗(yàn)的需要。實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明實(shí)驗(yàn)情況與錨索在現(xiàn)實(shí)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(lái)加強(qiáng)錨索本身支護(hù)系統(tǒng)，錨索支護(hù)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(guò)其承受能力，錨索會(huì)被拉斷或拉掉，這是煤礦隧道中常見(jiàn)的狀況。如果錨索的載荷更大，后果將會(huì)變得更加嚴(yán)重。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，鋼絞索與固定物之間產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦。這會(huì)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(shí)的實(shí)效形式與靜止?fàn)顟B(tài)下的失效形式通常是不一樣的，（實(shí)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(dá)到3米每秒）?，F(xiàn)存的沖擊載荷系統(tǒng)用于靜止模式，但不可以模仿實(shí)際情況下錨索巨大的沖擊載荷。 根據(jù)實(shí)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(gè)沖擊載荷系統(tǒng)可以模仿煤礦錨索的實(shí)際工作情況。在這個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，已經(jīng)做了錨索失效機(jī)理的實(shí)驗(yàn)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(jì) 煤礦錨索沖擊載荷系統(tǒng)通過(guò)兩個(gè)液壓缸及鎖定單元來(lái)固定并事先夾緊錨索的兩端，然后兩個(gè)液壓缸立即同時(shí)延伸作用在承受載荷的錨索上。這個(gè)系統(tǒng)可以模仿重物迅速掉落時(shí)錨索的工作情況。圖1是所設(shè)計(jì)的液壓沖擊載荷系統(tǒng)。 試驗(yàn)系統(tǒng)有兩個(gè)液壓缸2和8，兩個(gè)傳送加緊裝置3和7，中間固定板5，傳送設(shè)備4和兩個(gè)防爆緩沖盒子1和9，如圖一所示的兩端。兩個(gè)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(guò)中間的固定裝置來(lái)來(lái)固定。傳送裝置被焊接在左右傳送加緊單元中并且通過(guò)中間固定裝置固定，以便提高傳送速度。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)水泥固定。兩個(gè)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?jiàn)A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(cè)試系統(tǒng) 錨索穿透其中一個(gè)活塞桿然后從另一個(gè)活塞桿出來(lái)。在防爆緩沖盒中，錨索被鎖定單元固定在兩個(gè)液壓缸之間。左右兩套防爆盒用來(lái)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(shí)的工作情況。 裝載系統(tǒng)的作用速度可以達(dá)到3米每秒、作用力可以達(dá)到230KN。如此大的作用速度和作用力通過(guò)一個(gè)液壓泵很難達(dá)到。除此之外，高作用力會(huì)很容易損壞液壓泵。液壓缸靜止時(shí)一個(gè)小液壓泵用來(lái)預(yù)先夾緊錨索。此外，動(dòng)態(tài)沖擊模式通過(guò)一套大容量蓄電池組被用到液壓缸中。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，圖2 所示的液壓系統(tǒng)由插裝閥、液壓動(dòng)力單元、蓄電池組和兩個(gè)液壓缸等組成。蓄電池組由四個(gè)蓄電池組成，所需個(gè)數(shù)由作用速度決定。大部分情況下，三個(gè)同時(shí)工作，另一個(gè)備用。這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)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(jī); 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(yàn)要求,圖3中建立了一個(gè)基于AMEsim仿真軟件的模擬模型, 在這個(gè)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(hào)13控制插裝閥的打開(kāi)和關(guān)閉。錨索沖擊過(guò)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(cè)試中使用了三個(gè)蓄電池。蓄電池的容量是40升，補(bǔ)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(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)模擬參數(shù)的。 總的模擬時(shí)間為210s，在200s的時(shí)候控制信號(hào)發(fā)出碰撞指令，然后插裝閥迅速打開(kāi)，蓄能器加壓將液壓油通過(guò)插裝閥壓入液壓缸的右腔來(lái)實(shí)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(guò)程之前完成的。 1 液壓馬達(dá)；2 液壓泵；3 壓力調(diào)節(jié)閥；4 調(diào)節(jié)壓力信號(hào)；5,9 換向閥；6,8調(diào)節(jié)換向閥的信號(hào)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(hào)；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(cè)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(kāi)始階段，活塞桿的加速時(shí)間為0.03s。在加速結(jié)束時(shí)，主插裝閥的閥芯完全打開(kāi)和液壓缸一起達(dá)到最大速度后一起隨著活塞桿流動(dòng)，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(hào)發(fā)送出0.28s后，液壓缸的速度降到0并且隨著一點(diǎn)小小的震動(dòng)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(hào)發(fā)送后0.1s開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。而在沖擊信號(hào)發(fā)出后0.25s的時(shí)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(jì)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(huà)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(hào)發(fā)出0.1后液壓缸入口壓力才開(kāi)始上升。沖擊信號(hào)發(fā)出0.13s后，壓力達(dá)到峰值，從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始?jí)毫χ饾u減小以達(dá)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(lèi)似于弧線，但是沖擊力上升的幅度是緩慢的，原因在于剛開(kāi)始的時(shí)候活塞桿速度太快和沒(méi)有及時(shí)排出液壓缸左腔的液壓油。在沖擊開(kāi)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(yùn)動(dòng)，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(duì)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(shí)現(xiàn)高速度和大的沖擊，并且系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。 4. 實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并且在它的基礎(chǔ)上已經(jīng)完成了一些實(shí)驗(yàn)。 由于液壓缸的沖擊速度非常高而且沖擊時(shí)間是太短，所以不能用正常的傳感器來(lái)衡量這個(gè)速度。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是由日本的網(wǎng)絡(luò)接入公司完成的，實(shí)驗(yàn)中使用了 MEMRECAM Ci3 高速運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)。 MEMRECAM Ci3 包括高速數(shù)字存儲(chǔ)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(yùn)動(dòng)的對(duì)象，并分析研究圖像的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、 運(yùn)動(dòng)軌跡與瞬時(shí)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(gè)過(guò)程可以分為以下四個(gè)步驟：t1時(shí)刻液壓缸啟動(dòng)，蓄能器累積液壓油等到?jīng)_擊開(kāi)始的時(shí)候釋放來(lái)加速液壓缸。t2 時(shí)刻開(kāi)始錨索連續(xù)運(yùn)動(dòng)。由于錨索的預(yù)緊力和夾緊摩擦，當(dāng)液壓油缸的速度達(dá)到 3m/s，這個(gè)狀態(tài)保持10s。在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)火花，不能引爆充滿防爆盒的瓦斯。t3時(shí)刻錨索達(dá)到極限載荷而被拉出。在這個(gè)時(shí)候錨索與錨固之間發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦并發(fā)生火花迸射。當(dāng)廢料濺射時(shí)，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(shí)刻，活塞桿自由向前推動(dòng)并逐漸減慢，50mm后停止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠滿足錨索對(duì)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?cè)O(shè)立了一個(gè)沖擊加載系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行了性能的仿真。此外，我們還建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行了一些研究實(shí)驗(yàn)。得出以下結(jié)論： 1) 液壓沖擊載荷系統(tǒng)對(duì)于礦用錨索的沖擊是由蓄電池、插裝閥、液壓缸、可實(shí)現(xiàn)高沖擊載荷組成。仿真結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速和高負(fù)荷的沖擊，其動(dòng)態(tài)性能可滿足錨索對(duì)負(fù)載系統(tǒng)測(cè)試的要求。 2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)時(shí)錨索被拉出且產(chǎn)生火花的條件與在礦里相似。