液压打桩锤压力反馈配流系统及回油特性研究

论文摘要

液压打桩锤因其低污染、低噪声和高效率等优点而获得了广泛地应用,成为未来桩工机械的重要发展方向。氮爆式液压打桩锤压力反馈配流系统以氮气压力为反馈信号、配流主控阀为控制设备,依靠氮气膨胀与重力做功获得冲击动能,具有能量密度大,可实时无级调频调能的特点。本文依托湖南省科技计划项目,对液压打桩锤压力反馈配流系统总体方案、关键部件以及回油系统特性进行了研究。首先,分析了国内外液压打桩锤产品发展状况及理论研究动态。对比了不同配流系统的特点,提出了压力反馈配流系统的总体方案,并分析了工作原理。分析了回油背压产生根源,提出了改善回油特性的研究方案。使用了数学优化方法,得到了冲击油缸的关键参数。其次,分析了配流系统核心元件配流主控阀的结构和工作原理。建立了配流主控阀计算流体动力学模型,得到了最小换向阻力与最小功率损耗的最佳权衡结果。分析了阀的受力情况,研究了其静动态特性。再次,研究了配流系统回油特性。推导了回油蓄能器的充气压力和初始体积计算方法,旨在增强其滤波能力。介绍了液压集成块的优化方法,分析了典型流道的阻尼系数及通流性能。分析了回油管路模型,并研究了其性能,最终得到了优化结果。然后,在研究各部件子模型的基础上搭建了压力反馈配流系统的AMESim模型并设置了关键参数。分析了配流主控阀参数及配流系统工作参数变化对桩锤性能的影响以及不同回油蓄能器充气压力对回油压力的影响,并确立了参数选用原则。最后,通过实验验证了理论分析和仿真研究的正确性,研究了不同工作参数下桩锤打击参数调节方法,为液压打桩锤的工程应用提供了指导依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液压打桩锤研究动态及产品发展趋势
• 1.2.1 液压打桩锤的理论研究现状
• 1.2.2 液压打桩锤关键技术方案研究现状
• 1.2.3 液压打桩锤现存的问题
• 1.2.4 液压打桩锤的发展趋势
• 1.3 液压打桩锤基本结构及工作原理
• 1.3.1 液压打桩锤的基本结构
• 1.3.2 液压打桩锤的工作原理
• 1.4 课题来源及意义
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 课题的意义
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第二章 液压打桩锤压力反馈配流系统方案研究
• 2.1 压力反馈配流系统总体方案研究
• 2.1.1 压力反馈配流系统总体方案设计
• 2.1.2 压力反馈配流系统工作原理分析
• 2.1.3 压力反馈配流系统技术优势
• 2.2 压力反馈配流系统回油方案研究
• 2.2.1 压力反馈配流系统回油背压来源分析
• 2.2.2 压力反馈配流系统回油方案研究
• 2.3 压力反馈配流系统执行机构优化研究
• 2.3.1 执行机构相关数学模型研究
• 2.3.2 执行机构关键参数优化研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压打桩锤配流主控阀设计研究
• 3.1 配流主控阀结构与工作原理
• 3.1.1 配流主控阀的结构
• 3.1.2 配流主控阀的工作原理
• 3.1.3 配流主控阀结构参数设计
• 3.2 配流主控阀流场数值解析
• 3.2.1 配流主控阀计算模型建立
• 3.2.2 流场仿真与结果分析
• 3.3 配流主控阀静动态特性研究
• 3.3.1 配流主控阀受力情况分析
• 3.3.2 配流主控阀静态性能研究
• 3.3.3 配流主控阀动态过程研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 液压打桩锤配流系统回油特性研究
• 4.1 回油路蓄能器性能参数研究
• 4.1.1 回油蓄能器设置的必要性
• 4.1.2 蓄能器类型选择与配置
• 4.1.3 回油蓄能器参数设计
• 4.2 回油路液压集成块研究
• 4.2.1 液压元件集成设计
• 4.2.2 液压集成块优化研究
• 4.2.3 典型流道液阻分析研究
• 4.3 回油管路性能优化研究
• 4.3.1 回油管路模型研究
• 4.3.2 回油管路性能研究
• 4.3.3 回油管路优化研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 液压打桩锤压力反馈配流系统仿真研究
• 5.1 压力反馈配流系统模型研究
• 5.1.1 配流主控阀模型研究
• 5.1.2 插装阀模型研究
• 5.1.3 冲击油缸模型研究
• 5.1.4 回油管路模型研究
• 5.1.5 恒压变量泵模型研究
• 5.1.6 压力反馈配流系统整体模型建立
• 5.2 压力反馈配流系统仿真结果与分析
• 5.2.1 配流主控阀参数对桩锤性能影响
• 5.2.2 压力反馈配流系统工作参数对桩锤性能影响
• 5.2.3 配流系统回油路参数对桩锤性能影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 液压打桩锤压力反馈配流系统实验研究
• 6.1 实验目的与内容
• 6.1.1 实验目的
• 6.1.2 实验内容
• 6.2 实验原理与设备
• 6.2.1 实验原理
• 6.2.2 实验设备
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 压力反馈配流系统仿真研究有效性验证
• 6.3.2 压力反馈配流系统桩锤打击能调节测试
• 6.3.3 压力反馈配流系统桩锤打击频率调节测试
• 6.3.4 不同回油蓄能器充气压力桩锤性能测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果