液压系统冲击（精选十篇）
液压系统冲击 篇1
冲击机构是冲击回转型液压锚杆钻机冲击做功的关键部件,其设计的好坏对冲击机构的性能、冲击活塞运动参数等有着直接的影响,也直接关系到钻机工作效率的高低。鉴于此,本文将一种新的群智能优化算法———差异演化算法应用于冲击回转型液压锚杆钻机冲击机构的优化设计,获得了较好的优化设计结果。
1 差异演化算法简介
差异演化(Differential Evolution,DE)算法是一种基于群体差异的演化算法,其原理是:采用对个体进行方向扰动,以达到使个体的函数值下降的目的。它不利用函数的梯度信息,因此对函数的可导性甚至连续性没有要求,适用性很强。同时,差异演化算法与粒子群优化算法有相通之处,但因为差异演化算法在一定程度上考虑了多变量间的相关性,因此相较于粒子群优化算法在变量耦合问题上有很大的优势[1]。
差异演化算法的实施过程可概括为如下几大步:(1)生成初始种群;(2)变异操作;(3)交叉操作;(4)选择操作。差异演化算法的流程图见图1。
差异演化算法的特点是:(1)前期探索能力较强,而随着演化代数增加,群体的差异度减小,差异演化算法后期开发能力显著增强;(2)其控制参数———交叉概率控制各维对交叉的参与程度以及全局搜索和局部搜索能力的平衡;(3)易对部分区域开发过度,收敛到局部最优点。
2 液压锚杆钻机液压冲击机构的优化设计模型
冲击机构是液压锚杆钻机冲击做功的关键部件,无阀液压冲击机构是通过活塞自身运动位置的变化进行配油从而实现活塞往复运动的液压冲击机构,其主要依据液体的微量可压缩性,在容积较大的工作腔及压油腔中形成液体弹簧作用,使活塞在往复运动过程中压缩储能和膨胀做功,被压缩的液体积蓄了能量,在外界条件允许时迅速释放能量,以实现活塞的换向。
2.1 设计变量
无阀液压冲击机构中冲击活塞的运动行程可以分为排油、压缩和进油三个阶段。选择影响无阀液压冲击机构性能的基本结构参数,包括活塞后腔进油行程x1、压缩行程x2及活塞前腔和后腔的面积比x3作为设计变量,可以描述为:
2.2 目标函数
设s为冲击活塞行程,则有:
其中:vp为冲击速度;f为冲击频率。
在此以液压冲击机构的总效率η作为优化目标,则目标函数为[2]:
其中:pn为冲击过程压缩行程中系统压力;p0为冲击过程进油行程中系统压力。
2.3 约束条件
(1)基本结构参数约束条件如下:
(2)总效率约束条件如下:
3 液压锚杆钻机冲击机构的优化设计
已知冲击回转型液压锚杆钻机冲击机构的冲击频率f=50Hz,冲击速度υp=12m/s,冲击过程进油行程中系统压力p0=15MPa,压缩行程中系统压力pn=10 MPa。
根据上述建立优化设计数学模型,应用1stOpt软件中的差异演化算法进行优化求解,获得的优化结果为:x1=1.76m,x2=0.72m,x3=0.6,η=0.76。
1stOpt软件源代码如下:
1stOpt软件的窗口设置见图2。
运行获得的优化结果见图3。
4 结论
本文在简要介绍差异演化算法的基础上,应用1stOpt软件中提供的差异演化算法对冲击回转型液压锚杆钻机冲击机构进行了优化设计,结果使液压锚杆钻机的工作总效率提高到76%,取得了令人满意的效果,同时也说明了应用差异演化算法解决实际工程优化问题的可行性。
参考文献
[1]张学良.智能优化算法及其在机械工程中的应用[M].北京:国防工业出版社,2012.
液压系统冲击 篇2
液压冲击机械推进系统的压力油来自恒压变量泵，可是，推进系统的工作压力小于冲击系统的工作压力，因此，推进系统的推进回路中需要设置减压阀，来实现压力油进入推进油缸前的减压工作，同时，结合着变行程调节机构的工作原理 ，液压冲击凿岩破碎要求推进流量小和推进力无级变化等特点，采用两个两位三通高速开关电磁阀一起构成推进控制回路，共同实现推进开关、系统压力的无机调节控制和换向控制。 对于类似液压凿岩机等具有转钎机构的液压冲击机械来说，液压控制系统中必须有转钎回路。对于一般的凿岩系统，为了简化结构，通常采用手动变量柱塞泵作为
转钎泵，为了保证任何冲击状态下的无溢流损失，需要将泵的输出流量定位转钎马达正常工作时需要的流量。由于转钎压力比较低，也可以使用齿轮泵作为转钎泵，但是要设置一个节流阀调节它的流量，来满足凿岩过程中对转钎速度的要求。对于计算机控制的液压冲击机械系统来说，采用比例变流量泵作为转钎泵比较合理，如果采用电磁比例变量方式，计算机可以直接控制泵本身的电磁比例阀输入电流来控制泵的输出流量，实现任何凿岩状态下的无溢流能量损失。
3、结语
近年来，随着科学技术的发展，新型液压冲击机械层出不穷，为我国的城市建筑、隧道工程以及能源开发都做出了巨大的贡献，液压冲击机械的核心部件设计理论和控制策略是一项基本的内容，从此处着手，分析新型液压冲击机械的设计理论以及控制系统，为推动我国液压冲击机械更好地发展贡献力量。
参考文献：
[1]刘忠，伍劲松，李伟。液压冲击机械测试原理与方法及实验研究[J]。中国机械工程。，18（15）：1769―1772。
[2]杨襄璧，刘忠，杨国平，朱浩。无极调节控制的液压冲击机械研究[J]。中国机械工程。，13（7）：63―65。
[3]陈楠，刘晓宇，艾春雨，乔廷婷。新型液压冲击机械控制系统方案研究[J]。科海故事博览。（2）：186。
[4]刘忠。液压冲击机构工作参数调节机理与控制策略[J]。中国工程科学。（10）：73―77。
[5]王雪，龚进，邹湘伏，李延伟。液压冲击机械的发展概况[J]液压与气动。（11）：49―53。
液压系统冲击 篇3
关键词：冲击矿压微震 监测技术 预警系统
中图分类号：TD324.2文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0031-01
随着中国经济形势的变化和煤炭资源的日益深入开采，造成了煤岩动力灾害不断加重。针对于煤岩动力灾害，目前国内主要采用钻屑法、采动应力场的监控方法，车顶动态监测方法进行监测预警，但是以上手段在实际使用中都存在着监测范围小、精度低等劣势。于是，矿上冲击矿压的微震监测技术的优越性就得到了很好地体现。
1 冲击地压预警技术的发展
冲击地压，又称岩爆，是指井巷或周围的岩石表面，能量瞬间释放产生的动力现象突然严重破坏突然剧烈破坏的动力现象。
实现冲击地压防治预测的首先是得益于微震）监测技术的出现。在国外，它已使矿山微破裂发展的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿过程的一个有机组成部分，成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。实现矿山动力灾害预测的可能性的另一个重要因素则是矿山整体结构应力场分析的大规模科学计算技术的发展。大规模数值计算技术在国民经济建设中的作用，已普遍地为人们所共识。
2 微震监测基本原理
微震监测的基本原理是：岩体在变形破坏的整个过程中会伴随着裂纹的产生，扩展，能量积聚，以应力波的形式释放能量，从而产生微震事件。微震和声波到达预先埋设多个实时微震数据采集??的地震检波器。由于源和检测器之间的距离不同，则检测器的振动波的传播时间是不同的。根据不同的时间差检测器，使用“复杂的定位技术”进行震源定位计算，得到微震发生的位置。
3 基于ARAMISM_E微震监测系统的冲击地压监测技术
ARAMISM_E微震监测系统的主要功能是对整个矿井的实时监控，微震事件自动记录，并微震源位置和能量计算的范围内发生的微震事件，分析主要危险区微震事件的日常规律，动态评估有关的区域影响危险性类别，指导煤矿冲击地压防治工作；摆脱危险的测试和优化相关技术参数，提高防碰撞系统和控制效率的影响。
系统自带的软件区别于其他同类产品不同的功能，是可以监测每个区域的风险，容易掌握的矿难动态范围压缩趋势的影响，进行实时评估影响的结果，一个地区一旦发现异常情况，可以采取更有针对性的解危措施，以防止意外或减少提供了宝贵的时间事故风险水平，大大提高矿山岩爆防治的效率。
ARAMISM_E微震监测系统是实时监控的最基本的功能，记录的微震事件，并计算其坐标计算和能量。在得到上述的基础上，结合实际需要，地质条件，开采技术等因素的因素，从不同角度对监测数据！采取不同的分析方法和手段，进一步做深入的分析，并在可能的冲击地压灾害的研究做出评价，指导现场岩爆防治。
4 微震监测系统架构设计
微震监测系统主要由检波测量探头、EMR分站、和地面上位机等组成，系统采用带嵌入式信号传输模块的震动速度型矿震监测拾震器，独立的干线式数据传输系统，进行双向控制传输。可实现拾震器工作状态的远程监控和调试。
EMR分站信号采集部分主要包含天线、前置放大电路和A/D转换电路，前置放大器输出的信号经电平调整后进入A/D转换电路，电磁辐射信号由微弱的模拟信号转换成离散数字信号，这样便于电磁辐射数据的存储与处理。通信部分采用现场总线方式，支持RS232、RS485、CAN和以太网等4种通信协议。分站通过调整通信协议，可以作为安全监测监控系统中的一个分站或者传感器，藉此矿上安全监测监控系统能够获得井下电磁辐射统计数据。需要说明的是，现有安全监测监控系统由于挂接的分站和传感器数目较多且一般通信速率较低，如中国煤炭科工集团常州自动化研究院研制生产的KJ95N型煤矿综合监控系统，最多支持128个分站，通信速率1200bps，所以电磁辐射实时波形数据一般情况下无法通过监测监控系统的网络传输，但可以通过该系统传输电磁辐射的统计数据，如，单位时间内的脉冲数、电磁辐射强度等。深入研究与分析冲击地压演化过程中电磁辐射信号的变化规律又要求获取电磁辐射波形数据，因此结合实际情况，系统研制中，增加了便于更换且支持热插拔的大容量存储电路，用于保存电磁辐射信号的波形数据。显示部分采用字符型液晶模块，可以显示系统参数、实时监测数据等。在移动式监测应用中，需要对系统参数进行现场调整，人机交互通过薄膜按键和液晶显示电路实现，能够修改或设定系统的采样频率、监测通道、系统时间、触发门限等。在线监测中，可以通过上位机发送相应指令来获取或修改这些参数。
5 微震监测系统的功能设计
（1）岩体震动信号采集、記录和分析。
（2）多组波形处理，矿震三维定位和能量计算。
（3）微分、滤波和频谱分析等，记录信号报警功能。
（4）采用网络时间同步技术PTP，可以使时钟同步精度达到亚微秒。
（5）采用光纤作为以太网的通信介质，每个实时数据采集子站，动态收集和缓存数据。
（6）使用IP技术的构成局域网，提高系统规模扩充性。
6 结论
根据目前冲击地压的发生机理，介绍微震监测基本原理基于ARAMISM_E微震监测系统的冲击地压监测技术，设计了微震监测系统的架构以及其功能，实现对矿井微震的实时网络监控，实时分析和及时的信息，为煤矿安全生产，国家防灾提供更加科学的技术支持，为全国冲击地压灾害分析防治工作发挥重要作用。
参考文献
[1]中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2010年国民经济和社会发展统计公报[R].2011.
[2]孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报，2011（1）：167-171.
[3]王恩元，何学秋，李忠辉，等.煤岩电磁辐射技术及其应用[M].北京：科学出版社，2009.
[4]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.关于辽宁省阜新矿业（集团）有限责任公司孙家湾煤矿海州立井“2.14”特别重大瓦斯爆炸事故调查处理情况的通报[EB/OL].http：//www.chinasafety.gov.cn/zhengwuxinxi/2005-05/17/content_97945.htm，2005.
潜艇操舵系统液压冲击问题探讨 篇4
当前我国的科学技术在不断的发展, 而这也极大的推动了我国液压技术的进步和操舵自动化的发展, 在传统的系统当中通常都是采用手动操纵器, 这种操纵器已经无法充分的满足当今的时代发展要求, 同时在泄漏量上也有着巨大的缺陷, 所以逐渐的被电液比例操控器所取代, 和传统的方向阀相比, 这种方向阀虽然在运行中有着比较好的性能, 但是非常容易出现跑多舵的问题, 为了保证其运行的质量, 必须要采取有效的措施对其进行有效的处理。
2 机理分析
现如今潜艇操舵系统已经由传统的手动操纵器发展为自动化操纵系统, 其不但解放了一定的劳动力, 而且也为提高潜艇操舵系统的稳定性提供了良好的条件。但是在目前其却存在一定的液压冲击问题。若这一问题不得到有效解决, 则将会影响到系统的运行可靠性。在对潜艇液压系统的运行原理进行分析之后可以发现, 该系统并不是一直处于运行状态的系统, 而是一种定量的间歇性运行系统。也就是说, 潜艇操舵系统的液压泵会有一段时间处于不工作的状态, 在这种状态下, 由蓄能器向舵机液缸供油时, 在不考虑其它液压元件工作状态的变更或干扰的情况下, 管路内的流动为恒定流动。当液压泵工作时, 液压泵排出的压力油除供系统工作外, 多余部分流入蓄能器。此时, 管路内的流动属于非恒定流动, 液压泵 ( 尤其是柱塞泵) 发出的脉冲压力信号将在管路内传递, 蓄能器同时也起到吸收泵源流量脉动的作用。若使用比例阀进行换向操作, 当管路一端的流速 ( 或压力) 突然发生变化时, 管内液体产生急剧交替的压力升降的阻尼波动过程称为液压冲击现象。液压冲击现象是管路中的非恒定流动, 是流动参数阶跃变化时的过渡过程, 是管路的一种动态性能。
3 综合治理措施
3.1变快速关闭为慢速关闭。阀的关闭时间和产生液压冲击的峰值呈负相关, 其压力最大能够达到工作压力的5倍, 所以为了可以尽量的缩小阀门关闭过程中所产生的液压冲击, 首先应该先明确管路在运行过程中能够承受的峰值范围和阀门关闭的时间范围, 之后再对阀件进行选择和设计。首先是对比例阀的改进。对阀的启闭过程要严格的进行优化和设计, 可以在比例阀油门上加设一个专门的设备, 这样就可以使得关闭的时间有所增加。其次是将原来的舵机分散阀组改成是集成的阀块, 内泄式的液压控制单向阀因为控制油路和方向出油腔出现了油体同时流出的现象, 所以将其使用在中位机当中的比例阀回路当中并不是十分的恰当。外泄式的液控单向阀门在使用的过程中虽然已经解决了反向出油被压对控油压所产生的负面作用, 但是启闭粗暴突然的问题依然存在, 卸荷式的液控单向阀在性能上就相对较好, 这种阀门在主阀开启之前要首先将方向油压卸去, 这样才能充分的发挥出其自身的优势。从以上的表述当中我们可以看到液控单向阀的进步主要体现在了减少冲击过程中的噪声问题, 同时提高系统运行可靠性的, 在军用的舰艇液压回路设计过程中, 应该注意的一点就是不能使用内泄式的液控单向阀, 应该选择卸荷单向阀, 只有这样才能更好的规避系统运行中的一些不良反应。
3.2合理加装软管。软管最好设置在换向阀下部的位置, 这样做的目的主要是为了可以更好的对体积弹性模量予以有效的控制, 同时其弹性模量的变化范围比较小, 所以就可以更好的吸收液缸内的势能, 这样就可以显著的提高减震的效果。而对于系统换向阀的上部是不是要加设软管, 应该保持谨慎, 这周是因为, 根据系统阻抗分析的相关要求, 在加装了软管之后就会使得新系统的传递矩阵出现一定的变化, 系统除压的能力将完全取决于符合之后系统源阻抗的大小, 如果其可以达到谐振条件的时候, 就会产生震荡, 从而出现比较严重的噪音问题。
3.3加装消振器。在系统中加装消振 (滤波) 元件来衰减或吸收压力脉动, 实质上也是调整系统阻抗特性的一种方法。例如装设被广泛应用的串联式谐振消振器。它是一种容性消振器, 为了有效地控制压力脉动, 应使其阻抗尽量小。加装消振器后, 压力波能向管路系统的透射系数αt越小, 说明消振器的滤波性能越好, 其表达式为:
式中:W———压力波圆频率, 1/ s;A0———消振器容腔的面积, m2;10———消振器容腔的长度, m;A———管路的截面积, m2。
设计消振器时应对其阻抗进行计算, 消振器的安装应以冲击源 (换向阀) 的上游为主, 若条件允许, 上、下游都要安装。潜艇由于条件所限一般安装在下游, 如图1所示。
3.4管路中的初始流速进行有效的降低。减少液压冲击的方法有很多, 而降低管路中液体流速就是其中一种。管路中流量主要受到两个因素的影响, 一个是液缸几何参数, 另一个就是转舵时间, 上述这两个因素必须达到标准要求, 并且流量也要超过某量值, 从中可知, 管路中的流速与管材的内部直径也有一定的关系。虽然适当的加大管径可以有效的降低流速, 但是这种方法会使得整个系统尺寸以及其他因素的变更, 因此流速设计需要综合考虑。
3.5改进管路的固定方式。管路布置及其固定方式是否合理是产生噪声的又一重要原因, 故对操舵液压系统管路的布置及固定方式, 尤其是换向阀前后的管路, 应从减振降噪角度作优化设计 ( 包括管路排布、马脚间隔、大小、隔振等) , 特别要注意管路支承点的排布还应通过计算避开管路共振。固定支架宜采用隔振型, 这是从潜艇的隐蔽性要求考虑的, 以防止管路的振动和噪声通过固定支架传递给舱体, 形成辐射噪声。
4 治理效果
为检验改进后的液压冲击性能和减振降噪效果, 加装了消振器和软管 (如图1) , 并修改了操舵程序软件 (增加滤波程序) 。实艇试验和应用表明, 采取这些措施后, 基本消除了液压操舵系统的液压冲击, 该系统引起的振动和噪声明显降低, 空气噪声实测值平均降低了6d B以上。
5 结论
解决潜艇操舵液压系统冲击噪声的方案有多种多样, 但最有效的办法是降低关阀速度、设置吸收液压冲击的蓄能器, 其次在管路上设置液压软管, 或在管路外包覆阻尼隔声材料, 在系统设计、安装过程中尽量避免变径和弯管等。这些方案的采用对减小液压冲击噪声能收到良好的效果。
参考文献
[1]顾邦中.船舶操舵系统液压冲击问题的分析[J].中国修船, 2005 (1) .
[2]谭祖胜.操舵系统有关问题分析处理办法[J].船海工程, 2006 (3) .
包带低冲击装置冲击试验及数据分析 篇5
包带低冲击装置冲击试验及数据分析
文章主要阐述了包带低冲击装置冲击试验的过程及采用的试验技术,并对试验数据进行了处理和分析.通过大量的`试验数据,对响应量级与测量点的位置分布、响应与包带预紧力的关系、冲击响应与装药量的关系、冲击响应与起爆器的关系、冲击响应的频率分布关系以及安装方式对试验结果产生的影响作了充分的分析.结果可为研究低冲击装置提供有价值的参考.
作 者：韩晓健 焦安超 王睿 Han Xiaojian Jiao Anchao Wang Rui 作者单位：北京卫星环境工程研究所,北京,100094 刊 名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)： 24(5) 分类号：V416.2 关键词：冲击试验 结构响应 数据处理液压系统冲击 篇6
关键词:冲击反循环钻机;钻孔施工;大直径桩基
中图分类号:U445.31 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)27-0023-02
1前言
YCJF-25钻机是我国最新研制的大口径全液压冲击反循环钻机,主要适用于深基础工程大口径钻孔灌注桩施工,该机可适用于各种地层,特别在卵砾石层和岩石中较其他类钻机有更高的钻进效率和成孔质量。
2工法特点
钻机为全液压传动,传动平稳、噪音低、功率消耗小、过载保护好;该机实现了机、液、电一体化,自动冲击采用单片机控制,操作集中、方便、省力、可靠。自动冲击、手动冲击任意选择,冲程、冲次可无级或有级调整,能适应各种施工要求;冲击方式独特,实现了钻头平稳提升,自由下落,连续排渣。钻头重量大,冲击功能高,能适应大口径施工,钻孔质量好。钢丝绳、弹簧等主要工作部件使用寿命长;配有液压步履,在施工现场可方便移位,液压步履与钻机可一体运输;钻塔为液压起落,平稳、安全,安装方便。
3适用范围
本工法适用于各种复杂地质条件(土层、砂层、漂卵石层、岩石层)下铁路、公路、桥梁、港口、码头、高层建筑的中大直径长桩及超长桩施工,也可用于城市大口径污水井及野外深井的开挖钻进。
4YCJF-25型冲击反循环钻机
4.1技术性能
设备型号YCJF-25、最大钻孔直径2.5 m、最大钻孔深度80 m、最大提升能力10 t、外形尺寸(长×宽×高)6.8 m×2.8 m×3.3 m、移动方式液压步标、泵吸反循环、钻机总重量27 t、钻机总功率97 kw、产地济南。
4.2配套设备
配液压步、6BS/3PN反循环泵组、￠159排渣管一套。
4.3工作原理
钻机同步卷筒出来的两根受力相等的正反转钢丝绳,经冲击梁和桅杆的导向滑轮,提引冲击钻头。电动机通过传动机构驱动冲击机构,拉动钢丝绳带动钻头作上下冲击运动,形成瞬时冲击力破碎地层。在两根主钢丝绳之间放置由副卷扬机提引的排碴系统,排碴管的下端在钻头中心管内,钻头作上下冲击运动时,排碴管除了随着钻孔进尺间歇下放外一般保持不动,并在冲击的同时,连续排出钻碴,获得较高的钻进效率。
5施工工艺
5.1测量放线及护筒埋设
桩位测放、标高测量及钢护筒沉放,并用十字线将桩位中心标明在钢护筒顶端,钻机据此对正孔位。在开孔前应对钻机就位情况进行复测,以确保桩位的准确。
5.2钻机就位
根据护筒上标出的桩中心定位点使钻机就位,就位时保证钻机的钻头中心、桩孔中心在同一铅垂线上,其偏差不得大于2 cm。钻机就位时,底坐应平稳、牢固,在钻进过程中钻机不得产生位移或沉陷。
5.3泥浆制备及循环系统
本工程钻孔采用泥浆护壁,根据钻进地层的特点,为保证钻孔质量,应选用低固相聚丙烯酰胺泥浆。
5.3.1制浆用原材料
制浆采用膨润土或良好的黏土,应选用以蒙脱石为主的钙纳基膨润土,保证土具有较好的分散悬浮性和造浆性,质量等级宜达到二级标准。分散剂选用工业碳酸钠(Na2CO3),其指标符合GB210-92的Ⅲ类合格品的标准。其功能是提供Na+,对钙土进行改性处理。
5.3.2原浆的制备
将膨润土、水、纯碱按比例制成原浆。1立方泥浆中膨润土的含量为6 %～8 %,纯碱的含量为膨润土含量的3 %～4 %。先将一定量的水加入泥浆制备箱中,再按比例加入膨润土,使用3PNL泥浆泵产生的高速水流在池内搅拌30 min,使膨润土颗粒充分分散后,再按比例加入纯碱进行充分搅拌制成原浆。
5.3.3泥浆循环系统及泥浆的净化
采用6 m×3 m×1.25 m的铁箱做为排渣沉淀池,并预留排浆管将泥浆流回钻孔内作为钻孔护壁泥浆循环使用,配备一台小型挖掘机及时清理铁箱内沉渣,并及时运离场区。
钻孔过程采用反循环方式排渣,正常施工情况下每4 h测定一次泥浆性能指标,以确保孔内泥浆的质量。如果发现泥浆性能较差,不能满足护壁要求时,可根据泥浆指标情况加入纯碱、PHP等处理剂,以改善泥浆性能。施工工艺流程图见图1。
5.3.4废浆的处理
本工程采用泥浆护壁,施工过程将产生大量的废浆和渣土,为做到文明施工,满足环保要求,废浆和渣土用拉浆车等机械运离施工区域。泥浆和渣土的运输必须及时可靠,以不影响施工。泥浆和渣土严禁乱排乱倒。
5.3.5钻进工艺
(1)本工程采用冲击反循环成孔、泥浆护壁施工工艺,在钻进过程中泥浆性能指标需满足《地层钻进过程中泥浆性能指标》的要求,每4 h测定泥浆性能,以满足泥浆达到护壁的要求。
(2)开孔阶段,采用低冲程冲击(0.6 m～1.0 m),待整个钻头全部、均衡的进入地层后,再采用大冲程(1.3 m)、高频次冲孔。在覆盖层中冲孔时,使用冲程(0.6 m～1.0 m)。在冲孔过程中保证护筒内的泥浆面始终保持内外平衡,确保孔壁的稳定。钻进时排渣管底口距孔底0.3 m～0.5 m为宜,过高排渣效率则低,过低易造成堵管。在松散或漏失地层中钻进,可采用正、反循环间断工作,使用钻头冲击挤实地层,以防止泥浆大量漏失造成孔壁失稳。如泥浆漏失严重,在调整泥浆性能满足钻进要求的同时可抛填黏土、锯末或水泥进行封堵。为控制钻孔的垂直度,每2 h～4 h须测一次孔斜情况(可采用钢丝绳与桩心相对位置的偏移程度进行控制,开孔时与当前孔深时的偏差不能超过1 cm,如超过标准,必须及时修孔,至合格后方可继续向下钻进。每正常钻进12 h后,提钻检查钻头、钻杆及钢丝绳,对钻头进行修补,保证钻头直径不小于设计桩径2 cm。钻头修补后下钻钻进,要缓慢下放钻头,钻头不能顺利下放时,采用小冲程冲击扫孔,时刻防止发生卡钻事故。钻头放至孔底,先采用小冲程钻进,10 min后再利用大冲程正常钻进。
(3)钻进过程中应认真填写施工记录,详细记录地层变化、钻进过程中出现的有关问题、处理措施及效果等,钻机操作手或班长必须在钻孔记录上签字。
(4)钻进达设计深后,进行清孔,清除孔底沉渣。
5.3.6清孔
当钻进至设计深度后,使钻具原地晃动几分钟,清除孔底钻渣,然后钻头提出孔,并测量孔深。
清孔完成自检合格后提交监理工程师验收,验收合格后进入下道工序施工。
5.3.7二次清孔
在钢筋笼安放完毕后,且导管下放完毕,重新测量孔深及孔底沉渣厚度,如孔底沉渣厚度超过要求,则应利用导管进行二次清孔,直至孔底沉渣厚度达到要求。
6材料与设备
(1)投入的主要设备。YCJF-25全液压冲击反循环钻机、砂石泵、泥浆分离器、泥浆泵、吸污车。
(2)主要检验、测量和试验设备配置计划。泥浆比重计、含砂量测定仪、粘度计、秒表、测绳、钢尺。
7质量控制
7.1质量标准
(1)建筑桩基检测技术规范(JGJ106-2003)。
(2)公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)。
(3)公路桥涵施工及验收规范(JTJ041-2000)。
7.2质量控制措施
(1)在表层土质量较差的情况下,加长护筒长度至8 m,提高护壁的可靠性。
(2)在易塌孔地层成孔时,及时向孔内添加黏土或火碱,保证泥浆的质量,增强护壁效果。
(3)钻架底盘要稳固,防止发生移位、偏斜,定期检查钻头中心与桩孔中心是否一致,发现偏差必须及时纠正。
(4)灌注混凝土时,每根桩做不少于3组试块,28 d强度不得低于设计强度,并以此判定桩身混凝土质量。
8安全措施
(1)深化安全教育,强化安全意识。施工人员上岗前必须进行安全教育和技术培训。
(2)让操作人员熟悉安全作业规章制度,在施工中做到各项工作有章可循。
(3)严格按安全操作规程进行施工,严肃劳动纪律,杜绝违章指挥与违章操作。
9环保措施
(1)严格遵守国家有关环境保护的法律、法规和规章,做好环境保护工作,达到国家、当地政府对环境的要求。
(2)加强对施工人员的教育和管理,增强施工人员的环保意识,自觉保护各类自然资源。
(3)施工生产污水经过充分沉淀后重复利用或排出场地,砂和泥排至指定地点。
10效益分析
实践证明,采用冲击反循环钻机钻孔,在同一工地,桩径、桩长、地质条件相同的条件下,钻进效率在漂卵石地层为旋转钻机的2.5倍,为传统冲击钻的1.5倍,在岩石层中为旋转钻机的1.6倍,为普通冲击钻的2倍～3倍。YCJF-25型冲击反循环钻机特适用于漂卵石层和岩层,成孔质量好,经济效益和社会效益比较显著。
11工程实例
YCJF-25全液压冲击反循环钻机在石家庄市槐安路高架桥施工下沉段9根2.5 m大直径桩,桩长31.5 m～41.5 m,大直径桩基施工是全标段施工的控制节点。YCJF-25全液压冲击反循环钻机的成功应用直接解决了施工中的难点,平均7 d一根桩。本工程桥址范围内钻孔所揭示的地层主要有上覆第四系杂填土、新近堆积黄土状粉质黏土、黄土状粉土、细砂、中砂、含卵粒砂、粗砂。
图1施工工艺流程图
The YCJF-25 Entire Hydraulic Pressure Machine
Constructs the Large Diameter Pile
Wang Ligang
Abstract: This article the drilling machine construction’s diameter drill hole pile which uses by the project pile foundation construction in is an example, shape cost construction labor law.
智能化冲击电流试验系统 篇7
这里介绍的智能化冲击控制系统由控制箱、控制台内控制器和光纤传输系统等部分组成,通过控制器上的触摸屏设置和执行控制命令,并由充电电源车上的控制箱完成,控制器内可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)与控制箱内PLC通过光纤传输系统执行控制命令和反馈工作状态,系统自动化程度高、操作方便。
1 冲击电流发生器工作原理
冲击电流主回路原理如图1所示,工作时,合上低压主接触器开关KM1后,通过控制晶闸管控制模块的输出电压来控制变压器T原边电压,变压器副边产生的交流高压通过充电电阻R和高压硅堆VD给电容器组C充电,当充电达到电压设定值时通过高压脉冲点火器DHQ输出高压点火脉冲,使球间隙G击穿,电容器组经调波电阻R1及调波电感L1对试品S放电,使试品上流过冲击大电流。图1中分压器FYQ用来测量试品上的残压,分流器FLQ选用Rogowski线圈,用来测量流经试品的电流。
冲击电流发生器实际上是个RLC放电回路,冲击电流幅值与电容器的容量、回路电感、回路电阻有关,在电容量一定时,冲击电流幅值随着回路电感减小而增大,随着回路电阻减小而增大,冲击电流发生器参数可根据需求通过ATP仿真计算来确定。
2 冲击电流发生器控制系统
2.1 PLC及触摸屏
PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程直观、功能完善等优点,在工业控制中得到广泛应用[10](1)。
本系统触摸屏选用三菱GOT900系列,PLC选用三菱FX2N系列并配置FX2N-16EYR、FX2N-4AD、FX2N-2AD、FX2N-2DA 4个扩展模块进行数据转换。FX2N-16EYR为输出节点扩展模块,FX2N-4AD为4通道模数转换模块,主要用于球隙距离信号反馈,FX2N-2AD为2通道模数转换模块,主要用于充电电压信号反馈,FX2N-2DA为2通道数模转换模块,主要用于充电电压设定和充电函数信号输出。利用FX-PCS-DU软件可进行触摸屏画面程序的制作,可用数值或条形图监示可编程控制器字元件的设定值或实时值,并通过ON/OFF翻转显示画面的指定区域,利用GX-Developer或FX/PCS-WIN软件可进行PLC程序设计,采用梯形图编程语言进行编译。触摸屏可通过RS-422接口与PLC建立通信,由触摸屏发出操作指令PLC执行,PLC可将当前状态实时反馈到触摸屏上,以便用户操作或判断。PLC编译图如图2所示。
2.2 充电电路设计
充电电路的设计分为自动充电和手动充电2个部分,选用晶闸管单相交流模块进行充电控制,为了实现系统自动充电,设计了充电电路函数发生器和PLC可控充电函数程序,如图3、4所示(图4中U为充电电压,t为充电时间)。
充电控制量将按可控充电函数给出的速率逐渐增加,晶闸管模块自动导通并按函数的输入控制量、输出电压信号至变压器原边,充电函数将设定的充电时间分为2段,在0~at1时间段,电压充至90%的电压设定值US,a t1~t2时间段,电压充满到US,整个充电过程由起初的快速逐渐趋于平稳,通过ATP仿真计算得出当a=0.75时,变压器最大充电电流相对较低,有利于提高变压器的使用寿命。
充电电路板还带有电压反馈电路、充电极性判断和动态保护电路等功能,电压反馈电路是通过电阻分压器将直流高压连接至充电电路板上进行测量,然后经FX2N-2AD模块反馈到触摸屏,显示当前充电电压幅值。充电极性判断是通过测量反馈电压的极性来判断当前充电极性,并在触摸屏上显示。动态保护电路是设计一个电压比较电路,将反馈电压与充电函数进行比较,当反馈电压低于充电函数输出量时,充电保持,当反馈电压高于充电函数输出量,充电关闭,触摸屏可实时监控充电状态。手动充电方式是系统充电开始时,利用触摸屏上“升压”按钮进行控制量输出,晶闸管导通并保持固定的输出电压给变压器原边,对电容器充电。当电压充满时,晶闸管自动关断且电压保持,等待触发信号。
2.3 触发电路设计
当电容充电达到电压设定值时,系统将根据用户选择的方式点火触发将球隙击穿。触发方式分为自动触发和手动触发,自动触发是在设定的时间内充电到电压设定值后系统自动触发点火;手动触发则为充电充满时系统处于电压保持状态,等待手动触发信号进行触发。
触发点火系统由触摸屏给出触发命令,通过PLC输出节点至触发控制电路板,然后输出信号到高压脉冲点火器进行点火触发,如图5所示。触发控制电路原理是PLC输出电压信号至触发电路板,导通触发板上的光电耦合器,经过脉冲跟随器产生脉冲电压,通过脉冲变压器将低脉冲电压放大,通过同轴屏蔽电缆连接到高压脉冲点火器,产生高压点火脉冲将球隙G击穿。
如图6所示,高压脉冲点火器原理是220 V交流电源经滤波器后六倍压电路整流输出对电容C7和C8充电,手动触发(脉冲点火器手动点火)或自动触发(输入触发信号自动点火)的脉冲电压信号经变压器T2输出脉冲,与直流高压联合作用使气体放电管VG1和VG2击穿,同时VG3击穿。由于R3、R4的限流作用,大部分能量流过VG1和VG3,在脉冲变压器T3原边产生脉冲电压,经脉冲变压器升压后输出约20 k的高压脉冲。
2.4 球隙电路设计
通过位移传感器将球隙距离信号转换成直流电压信号,经电压跟随、抗干扰等处理后输入到PLC的FX2N-4AD扩展模块。球隙调节系统设有自动和手动调节模式,自动调节模式下,根据充电电压与球隙距离的关系设计了球隙自动跟踪曲线,自动跟踪曲线可以根据试验结果进行参数设置,自动调节系统根据自动跟踪曲线计算出的理论球距进行调整,手动调节模式是利用手动按键的模式调整球隙距离。
球隙调节设有高、低限位保护,即到达球距最大或最小值时调节开关自动断开,且带有互锁电路,当调节球距增大时,减小按键不起作用,反之亦然。
3 充电整流电源及发生器本体
冲击电流发生器充电电源AC380 V/15 k V·A,控制电源AC220 V/5 k V·A,变压器额定电压70 k V/15 k V·A,输出直流电压60 k V,可产生正、负极性雷电流波。发生器本体包括主电容器和调波电阻,组合波调波电阻、电感,放电架和试品车,其中放电架带有放电球、减速器、齿轮电动机和高压脉冲点火器,试品区内有冲击分压器、Rogowski电流测量线圈和试品连接装置。
冲击电流发生器通过改变电容、电阻和电感可产生1.2/50μs冲击电压和8/20μs冲击电流组合波、8/20μs雷电冲击电流等波形。用以模拟各种雷电冲击电流波形,适合对各种过电压防护设备和器件,进行雷电冲击电流试验。
4 冲击测量及数据采集测量系统
在进行雷电冲击试验时,冲击波持续时间短(微秒级)、变化快,因此测量冲击电流、冲击电压的仪器和测量系统必须具有较好的瞬态响应特性。
目前,最常用的冲击电压测量方法有:球隙法、冲击分压器和光电测量系统3种。球隙法一般需要系统预放电以后才能逐渐稳定,光电测量系统与传统的高压分压器或分流器为主的测量系统相比,稳定性较差[11]。因此,本系统采用冲击分压器进行冲击电压的测量。冲击电流的测量主要有分流器和Rogowski线圈,分流器测量雷电流采用电气连接的方式,大电流流过分流器引起的热效应会使分流器阻值发生变化,给测量带来一定的误差,Rogowski线圈因其具有响应频带宽、测量幅度大、无磁滞和饱和现象、抗干扰能力强且与被测回路无直接电气连接等优点而被广泛应用。因此,本系统采用Rogowski线圈进行冲击电流的测量。
Rogowski线圈测量电流的理论是电磁感应定律和安培环路定律,线圈采用空心结构,其中一次侧为单根载流导线,二次侧为Rogowski线圈,测量时将载流导体穿过线圈中心,利用同轴屏蔽电缆将信号引至数字存储示波器进行雷电流的测量[12,13]。
冲击测量系统DSMS(Digital Surging Measurement System)是将雷电冲击测量系统、TDS1k/2k示波器以及工控机IPC结合起来,利用示波器所带RS-232串行端口,基于VB6.0开发平台进行串口通信软件开发[14],实现以下功能:IPC屏幕上显示的波形与示波器同步,进行实时分析;对冲击电压、电流波形各参数进行分析、统计及打印其结果;对大量的波形、波形参数进行存储以进行后期频谱分析等处理。
5 结论
HIS系统所带来的冲击 篇8
仅以医院的HIS系统为例, 它的建立对我们医院和医务工作者所带来的变化就是十分巨大的。我所在的医院——乌兰浩特市人民医院是一所综合性的二级甲等医院, 承担着乌兰浩特市全市人民的医疗、急救、预防保健和医学院校的临床教学工作, 是乌兰浩特市医疗保险定点医疗机构。
近几年来, 乌兰浩特市人民医院的各项事业都发生了巨大的变化, 医院总建筑面积已经达到18000平米, 临床医技科室也已经达到50余个, 设立床位400多张, 年门诊量达15万人次以上, 年住院人次则达到了1.2万人次, 日门诊量达千余人次。而我院的现有职工仅有556人, 其中主任医师8人, 副主任医师68人, 主治医师88人。其他则是普通的卫生技术人员。可以说, 巨大的工作量, 繁重的医疗任务让我们医院的医务人员在充满斗志的同时也疲惫不堪。
与此同时, 存在病人流量大、排长队和就诊不方便的问题。这些问题如得不到切实的解决, 病人的服务就难以得到有效的提高, 最终医院的生存与发展也将受到损害。面对如此严峻的形势, 医院领导通过查阅资料、实地走访、参观考察, 最终在全院启用了HIS系统。
HIS系统又称之为医院信息系统, 是利用计算机软硬件技术、网络通讯技术等现代化手段, 通过采集医疗活动各阶段中产生的数据, 经过存储、处理、提取、传输、汇总、加工生成各种信息, 对医院及其所属各部门的人流、物流、财流进行综合管理, 为医院的整体运行提供全面的、自动化的管理及各种服务的信息系统。
采用了这一系统后, 病人排队等候的时间缩短了, 医护人员的事务性的机械工作减少了, 医疗的工作流程得到了极大的简化, 而医院的管理成本也得到了极大的降低。可以说, 这一系统的采用, 极大地改变了我们医院的医疗工作水平, 使全院职工的工作效率得到了极大的提高。
下面就谈一下我院采用HIS系统后的一些变化。首先, 门诊处工作效率提高了。采用了HIS系统后, 实施了门诊医生模块, 病人在门诊各科室诊疗结束后, 医生开出电子处方和检查单, 病人直接到收费处输入就诊号后就可以缴费。收费处不用再输入医生手写的处方, 这样就避免了处方输入时可能发生的差错, 与此同时, 大大缩短了门诊收费的处理时间, 提高了门诊的工作效率。其次, 在西药房实施前后台核对发药, 加快了病人流通量。门诊处医生开出电子处方后, 西药房后台配药处就马上可以显示该病人的电子处方。在病人去缴费的同时, 后台配药处已经利用这段时间, 把该病人的药配好送到前台的发药窗口。当该病人来到前台发药窗口时, 前台发药人员只需核对一下药物即可把药发给病人。这样做的结果是, 大大缩短了病人的等待时间, 加快了病人的流通量, 而且有效减少了出错的几率。
不光是门诊处的效率得到了提高, 检验科的工作也比以往轻松多了。在采用HIS系统后, 检验科可以使用光电阅读器阅读门诊条码和检验条码, 直接获取病人的基本信息和检验项目, 同时自动完成对住院病人检验项目的计费。这样避免了病人基础数据的重复输入的同时, 又简化了检验科的工作流程。
在工作效率得到提高的同时, HIS系统使用也有效地减少了医疗物品的浪费、积压以及资金的跑、冒、滴、漏, 减少了库存及流动资金的占用, 降低了医疗成本。HIS系统的使用还对“人情费”等进行了有效的控制, 堵住了漏收费和人情费, 有利于及时了解和掌握病人费用情况, 有效避免欠费。
同时, 门诊电子处方的使用不仅有效控制处方的外流, 还方便医生根据病人的经济能力, 及时调整医嘱。此外, 由于HIS可以随时与PACS、RIS、医保软件、社区软件、体检软件等做接口实现数据共享和信息传递, 实现HIS系统的相关科室信息传递无纸化, 也降低了医院的管理成本。
在我院采用HIS系统后, 医生不再像以往那样要去资料室调看相关资料。而是可以随时采集基础数据和各种医疗信息, 这便使医院的管理深入到医疗过程的各个环节, 能够及时发现各环节中存在的问题, 采取合理的应对措施, 将事后管理变成事前管理、事中处理。
我们都知道决策需要数据, 而以往的手工处理数据繁琐且有误差, 有时候误差还很大, 且由于我院人力资源限制, 手工处理的数据非常有限, 而通过HIS系统, 财务部、药库等部门可向医院的管理层提供即时性的、较精确的数据, 且信息量大大增加。通过院长查询模块还可以使管理层随时掌握医院运行的状态, 及时作出相应的调整, 开展一些在以往的传统管理中不能或难于实现的工作。同时系统提供详细的、丰富的医疗费用等信息, 可以作为科学管理和科学决策的重要依据。
在经历了如此大的变化后, 我们医院的管理层开始思考这样一个问题:HIS系统作为一种先进的技术, 它所给医院带来的难道仅仅是效率的提高, 服务水平的进步和管理成本的降低吗?不, 绝不是这么简单的。从引进这一系统那天开始, 我们医院从管理层到普通医护人员都得到了一次洗礼。回想刚刚要启动这一系统的时候, 我们一些工作人员由于年龄和教育等相关问题, 没有接触这种电子设备, 甚至一些人连电脑都不会使用。畏难抵触心理很严重, 甚至有人公开的提出反对意见, 想阻止这一设备的引进。医院主要领导从领导层内部开始做工作, 先解决他们的问题, 让领导层内部成员先了解、熟悉这一设备, 让相关的技术人员进修相关的知识。然后, 在医院里开展普遍的讨论和学习, 让大家在心理上先接收这一新鲜事物, 再逐步地了解、熟悉这一设备。
可以这样说, 从引进这一系统的那一天起, 各种涉及观念、认识、管理、协调的一系列非技术性的问题便摆在了我们医院的面前。医院领导层指定了专人负责分管此项工作, 设立了计算机管理中心, 配备了专业人员, 并安排专人来协调各有关科室的衔接工作, 以避免各科室的推诿和扯皮。管理层内部的教育、观念的转变, 全院职工的认识深入, 各项工作的协调部署, 无一不渗透着技术革命的力量。
摘要：网络的发展, 信息技术的普及, 使得医院的工作效率得到了极大的提高, 为病人服务的水平也迈上了一个新的台阶, 而先进技术的采用所带来的不仅仅是工作方式的转变, 还有观念的更新, 管理理念的变化, 这种种的冲击都在潜移默化地改变着我们医务工作者的生活。
关键词：HIS系统,医院,效率
参考文献
[1]李晓东.企业信息化建设分析 (下) .中国电子报, 2000.
[2]范明义.把南京建成国内一流数字化城市[N].中国电子报, 2000.
液压系统冲击 篇9
打桩机是港口、桥梁、公路建设等工程项目中不可缺少的一类施工设备,它为加快工程进度、降低劳动强度提供了条件,是重要的一类工程机械。液压打桩机具有无污染、振动小、噪声低、能量利用率高等优点,逐渐取代了蒸汽和柴油等其他动力类型打桩机,并占据主导地位。近年来,随着经济建设的快速发展,打桩机应用范围进一步拓宽,新型液压打桩机研究成为学者关注的课题。液压冲击器自诞生以来,经各国学者几十年的研究和改进,在工作原理、控制方法和结构设计等方面已趋于成熟[1,2,3],逐步发展衍变为一种通用型流体冲击装置,应用范围从最初的凿岩领域扩展到破碎、夯实、打桩等其他领域。在液压打桩机设计方面,李羊林等[4]提出采用YC25液压锤开发防汛抢险用途的手持式打桩机,史继江[5]在公路护栏桩打桩机设计中,选用了YC180型液压锤。
水压冲击器是在传统油压型冲击器基础上发展起来的一种新型液压冲击器,它以水为传动介质,具有绿色环保、价格低廉的优点。20世纪90年代初,南非、加拿大和瑞典等国开展了水压冲击器研究[6],国内研究始于2000年[7,8],并在水压冲击器原理及其结构设计等方面取得了阶段性成果,但这仅限于冲击凿岩领域。然而,以水压冲击器作为动力装置的水压式打桩机研究,国内外鲜见文献报道。本文在分析水压式打桩机工作原理的基础上,首先建立水压冲击器液压系统功率键合图模型,再借助AMESim软件将其转化成仿真模型,以分析活塞和配流阀芯的运动规律,并进一步探讨流量等参数对冲击性能的影响规律,为水压式打桩机冲击器结构设计与优化提供理论依据。
1 水压式打桩机结构及工作原理
水压式打桩机包括水压冲击器和打桩接头两大机构,两者采用螺栓连接固定。水压冲击器采用基于行程信号反馈的自配流工作方式[9,10]。由于水压传动泄漏比较严重,故密封结构采用非等间隙设计,活塞与缸体之间的间隙大于活塞与支撑座的间隙,以减少对缸体的磨损;活塞前后支撑内圈设置多道密封圈,以减少对外泄漏;活塞前后台肩开有数道减压槽,以减少冲击器高低压腔体之间的泄漏;另外配流阀芯与阀套之间采用柱面与锥面相结合的密封结构,以改善阀体密封性能。水压式打桩机结构如图1、图2所示。
1.桩体 2.接头 3.砧铁 4.平键 5.定位套 6.导向套 7.缸体 8.蓄能器 9.上阀套 10.进水口 11.配流阀芯 12.出水口 13.下阀套 14.外端盖 15.密封圈 16.吊环 17.活塞后盖 18.后支撑座 19.螺钉 20.扶手 21.活塞 22.螺栓 23.前支撑座 24.缓冲垫 25.锤垫 26.缓冲垫 27.桩垫 P1-进水方向 P2-出水方向
a-阀左交变腔 b-阀左高压腔 c-阀中间腔 d-阀回水腔 e-阀右恒高压腔 f-回程缓冲腔 g-活塞后腔 h-活塞中腔 i-活塞前腔 K1-配流阀孔 K2-配流阀中心孔 K3-回程信号孔 K4-冲程信号孔 K5-回水孔 B1-回程控制边 B2-冲程控制边
水压打桩机工作原理如下:高压水流入阀左高压腔b后,沿缸体内部通道分别流入蓄能器8和活塞前腔i。此时,阀右恒高压腔e通过阀孔K1、配流阀中心孔K2与阀左高压腔b相通,e腔始终为高压,而阀左交变腔a通过冲程信号孔K4、回水孔K5与阀回水腔d相通,b腔为低压,故阀芯在e腔压力作用下停在左位,使活塞后腔g与阀回水腔d相通,活塞后腔g为低压。活塞冲击砧铁后向右反弹为运动起始点,在i腔高压驱动下向右做回程加速运动。当活塞回程控制边B1越过回程信号孔K3后,高压水经回程信号孔K3进入阀左交变腔a。此时缸体内水流方向如图3所示,其中虚线为低压水,实线为高压水。
由于阀左交变腔a受压面积大于阀右恒高压腔e的受压面积,故阀芯迅速切换到右位,切断了活塞后腔g与阀回水腔d的通路,此时高压水同时进入活塞前腔i和活塞后腔g。又由于活塞后腔g受压面积大于活塞前腔i的受压面积,故合力方向向左。活塞在惯性作用下先做回程减速运动直至速度为零,然后向左做冲程加速运动,最后冲击砧铁,活塞冲程加速运动结束并反弹,开始下轮冲击。活塞冲程加速运动期间,当冲程控制边B2越过冲程信号孔K4后,阀左交变腔a再次与阀回水腔d相通,导致阀左交变腔a水压迅速下降,配流阀又迅速回到左位。此时缸体内部的水流方向如图4所示。
由于活塞的冲击作用,砧铁上表面变形产生应力并通过砧铁自身均匀施加在桩顶,再沿桩体传递到桩尖,使桩克服阻力逐渐沉入土层。由于冲击频率较高,使得桩及桩周围土壤颗粒一起振动甚至达到共振,减小了土壤颗粒之间的黏结力,从而使桩更容易沉入土层。
2 水压冲击器液压系统功率键合图
水压式打桩机的性能取决水压冲击器液压系统的输出特性,而水压冲击器液压系统与低速静压型液压传动系统不同,其系统内部水流受配流阀和活塞的控制,水流方向变换快、频率高、惯性大、压力和流量变化剧烈、呈非恒定流动状态,具有明显的非线性特征,因此,通常的液压分析方法不适合研究水压冲击器液压系统。功率键合图分析方法是一种系统动力学建模方法,适用于多输入-多输出的非线性系统,所构建的模型能清晰地表明系统功率流向和能量转化情况以及控制信号的因果关系,适合于分析水压冲击器液压系统。据键合图理论,液压系统中各类功能部件和结构被抽象成能源Sf(Se)、变换器TF、惯性I、容性C和阻性R五类元件。本文依据水压冲击器液压系统各部分容腔的液容效应和汇流特性,将各容腔沿程和局部压力损失按阻性元件处理,且考虑活塞和阀芯与缸体之间的库仑摩擦力等因素,建立水压冲击器液压系统功率键合图模型,如图5所示。
Sf表示水泵的输出流量,Se表示回水管末端的背压。C2表示储能器液容,R4表示输入水管液阻。0-6,7,8,9,10,64节点表征阀b腔各点水流压力相等;C6表示阀b腔液容。0-26,27,28,29节点表征活塞h腔各点水流压力相等;R60表示阀b腔到活塞i腔液阻,C27表示活塞i腔液容,R41表示活塞i腔到回水口的泄漏液阻。1-30,31,32,33,34,62节点表征活塞及其各腔体内水流速相同,I31表示活塞的质量,I32表示活塞腔体内的水流速度,R62表示活塞运动时受到的黏性阻力,R33表示活塞所受库仑摩擦力。m1表示活塞i腔有效面积,m2表示活塞g腔有效面积。0-25,34,35,36节点表征活塞g腔各点水流压力相等,C36表示活塞g腔液容,R24表示阀b腔到活塞g腔的泄漏液阻,R38表示活塞g腔到阀芯c腔泄漏液阻。0-45,46,48节点表征阀芯a腔各点水流压力相等,C45表示阀a腔液容,R43表示活塞i腔到阀a腔(包括孔K3)液阻,R47表示阀a腔到回水口泄漏(包括孔K5)液阻。0-55,42,57节点表征回水管压力各点水流压力相等,R58表示回水管液阻,C57表示回水口液容。m3表示阀b腔有效面积,m4表示阀e腔有效面积,m5表示阀a腔有效面积。0-16,22,54,61,66节点表征阀d腔各点液流压力相等,R23表示阀d腔到回水口液阻,C61表示阀d腔液容。0-18,19,20节点表征阀e腔各点液流压力相等,C19表示阀e腔液容,R17表示阀孔、阀芯中心孔液阻,R67表示阀e腔到回水腔d泄漏液阻。1-49,50,51,52,53,54,65节点表征阀芯速度及其各腔体内水流速相同,I51表示阀芯的质量,I53表示阀腔体内的液流惯性,R50表示阀运动时受到的黏性阻力,R52表示阀芯受到的库仑摩擦力。0-12,13,14,39节点表征阀c腔各点水流压力相等,C13表示阀c腔液容,R11表示阀b腔到c腔的泄漏液阻,R15表示阀b腔到阀d腔液阻。
2.1 系统状态变量与自变量
根据图5,取I和C元件上的自变量积分为状态变量,将键上的自变量和因变量之间的积分关系变成状态变量和因变量之间的代数关系,这些状态变量的一阶导数就代表相应的自变量。总共有11个自变量,分别为Q2、Q6、Q13、Q19、Q27、Q36、Q45、Q57、Q61、f51、f31,初始值为零,故有下列各表达式:
V2=∫Q2dt, V6=∫Q6dt, V13=∫Q13dt
V19=∫Q19dt, V27=∫Q27dt, V36=∫Q36dt
V45=∫Q45dt, V57=∫Q57dt, V61=∫Q61dt
p31=∫f31dt, p51=∫f51dt
式中,Vx为容性元件由于水压变化引起的液容变化;p31、p51分别为活塞、阀芯动量。
对应状态变量与因变量的关系如下:
式中,Px为容性元件压力;v31、v51分别为活塞、阀芯速度。
2.2 建立状态方程
根据键合图的结构特性和网络串并联原理得如下表达式:
由
式(1)～式(11)构成水压冲击器的状态方程,通过使用MATLAB,采用龙格-库塔法可仿真计算得到各状态参数。
3 水压冲击器液压系统AMESim建模及仿真
3.1 水压冲击器液压系统AMESim建模
由于上述状态方程组系数需通过实验测定,而设计阶段往往还缺少样机,故本节拟以基于键合图原理的AMESim建模仿真软件为研究平台,将键合图模型转化成水压冲击器液压系统仿真模型。AMESim建模基于如下假设[11]:水泵流量恒定,系统压力不变;水流温度恒定,水的黏度不随压力的变化而变化;忽略蓄能器隔膜的质量,且变形时无任何抗力;忽略冲击器内部通道的水流质量;忽略活塞及阀芯运动时的机械摩擦阻力;忽略系统的内部泄漏。建模过程中,仅考虑水压式打桩机液压系统,按照结构原理图,分别组装水压冲击器冲击和配流两大功能模块,水压输入部分由电机、水泵和溢流阀组成,并按实际通道连接各模块和元件,仿真模型如图6所示。
1.冲击模块 2.水介质模块 3.蓄能器 4.电机 5.水泵 6.溢流阀 7.配流模块
3.2 水压冲击器液压系统AMESim模型参数设置
人工打桩作业靠冲锤冲击力做功,锤重约10kg,提升高度在1m以内,冲击能量约39.2～98.0J[4],因此设活塞冲击能量约为100J,冲击速度定为6m/s,频率约为40Hz。参考文献[8],求得活塞具体参数并对相应的模块进行设置,其中活塞质量为4.8kg;i腔内活塞直径为41mm,台肩直径为45mm;h腔内活塞直径为42mm,台肩直径为45mm;g腔内活塞直径为35mm,台肩直径为45mm。与油性介质不同,水介质模块密度应为1000kg/m3,体积弹性模量为2.18GPa,动力黏度为65.3×10-5Pa·s。溢流阀调定压力为9.5MPa,水泵输出流量为100L/min,在仿真模式下,设置采样时间为0.2s和采样间隔为10μs。
3.3 水压冲击器AMESim模型仿真结果分析
仿真得到活塞运动曲线如图7～图9所示。因为水泵流量较大,故活塞仅经历2个周期后运动状态便稳定,其行程约31.5mm,周期为24ms,对应冲击频率为42Hz。活塞回程最大速度为4.35m/s,冲击最大速度为6.17m/s。活塞运行过程中加速度变化很快,回程加速阶段为545m/s2,回程减速阶段达到907m/s2且历时仅2ms,冲程加速阶段,加速度从732m/s2下降到655m/s2,因此活塞处于非匀加速状态。
仿真得到阀芯运动曲线如图10～图12所示。阀芯换向瞬间完成,约为1.1ms,并在左右极限位置停顿24ms。阀芯换向时,回程换向速度达到11.6m/s,冲程换向速度达到12.1m/s。回程换向阀芯加速度为11 137.8m/s2,冲程换向阀芯加速度为12 801m/s2。由于活塞及阀芯换向频率高,故阀口和信号孔开启和闭合导致冲击器内部产生水压冲击现象,为了减弱水压冲击对系统的影响,液压系统入口端增设了蓄能器。
4 冲击性能影响因素分析
水压冲击器能够正常工作的必要条件是持续向系统供给高压水,流量大小直接影响冲击器的冲击性能,而当水压冲击机构内部压力大于溢流阀调定压力时,溢流阀被打开,部分高压水将通过溢流阀流回水箱,导致水压能损失,因此设置合理的溢流阀调定压力与有效提高水压冲击器性能和冲击效率密切相关。
4.1 流量对冲击性能的影响规律
溢流阀调定压力设为9MPa,在20L/min到100L/min范围内依次调节水泵输出流量,得到流量与冲击性能的关系如表1所示。
流量20L/min时,由于流量过小,导致系统内部压力过低,水压冲击器不能正常工作的,没有列出相应结果,此时活塞速度曲线如图13所示。由表1可知,当流量大于35L/min后,流量增大对冲击能量几乎没有影响,而冲击效率反而下降。这是因为流量满足系统平衡后,系统内部压力达到溢流阀调定压力,流量继续增大时,过量的高压水会通过溢流阀流回水箱,使系统水压能损失增大。由于冲击能量变化不大,而输入功率增大,故冲击效率下降。
4.2 溢流阀调定压力对冲击性能的影响规律
AMESim仿真模型中,当水泵流量为40L/min时,在5～10MPa范围内依次设定溢流阀模块调定压力,得到压力与冲击性能关系,如表2所示。由表2可知,随着溢流阀调定压力的增大,水压冲击系统的冲击效率、频率和能量均会增大,但没有最优值。水压冲击器液压系统中,当内部压力小于溢流阀调定压力时,溢流阀不会打开。因此,在考虑水泵的额定功率的基础上,合理设置较高的调定压力,能有效提高冲击器性能和冲击效率。当调定压力较低时,水压冲击系统流量损失较大且系统内部压力较低,导致活塞冲击速度小,冲击频率低,如调定压力为5MPa时,水压冲击器活塞处于不稳定运行状态,此时速度曲线如图14所示。
4.3 活塞质量对冲击性能的影响
依据动能计算公式,冲击能量由活塞质量和速度两者共同确定,在仿真模型中,保持水泵流量和溢流阀调定压力不变,依次改变活塞质量,得到活塞质量与冲击性能的关系如表3所示。由表3可知,随着活塞质量增大,水压冲击系统冲击效率、冲击速度和冲击频率均减小,但冲击能量几乎不变。由此可知,活塞质量在偏差范围内变化对冲击能量的影响较小。流量达到平衡后,系统内部压力保持不变,质量大的活塞惯性大,其加速度较小,速度增加较慢,活塞运动时间相对延长,故冲击频率下降。冲击能量几乎不变时,质量轻的活塞因频率较高,故单位时间内输出总功率较大,冲击效率较高。
4.4 活塞前腔(i腔)阀口开口长度对冲击性能的影响
AMESim仿真模型中阀口模型有图15所示的三种开闭状态:零开口、正开口和负开口[12]。负开口表示阀口处于闭合状态;零开口为过渡状态,表示阀口刚好闭合;正开口表示阀口处于打开状态。
活塞前腔(i腔)阀口的开口长度相当于回程控制边B1与回程信号孔K3的距离,由于初始状态为闭合状态,故需设为取负值(表4为其绝对值),它与冲击性能的关系如表4所示。由表4可知,前腔(i腔)阀口开口长度对冲击性能的影响较大。随着前腔阀口开口长度的增大,冲击速度增大,冲击效率上升,活塞行程增大,而冲击频率减小。原因是开口长度增大,延长了活塞的回程运动时间,使活塞行程增加,冲程时间相应延长,冲击速度增大,故冲击能量较大,冲击效率较高。活塞回程减速阶段,活塞动能转化成压力能储存在蓄能器中,并在活塞冲程加速阶段将压力能迅速释放,这样有效地提高了系统的能量利用率,这是蓄能器在水压冲击系统中的另一个重要作用。
4.5 活塞中腔(h腔)阀口开口长度对冲击性能的影响
活塞中腔阀口开口长度相当于冲程控制边B2与冲程信号K4的距离。由于初始状态处于打开状态,因此设为正值。活塞中腔阀口开口长度与冲击性能的关系如表5所示。由表5可知,随着活塞中腔阀口开口长度的增大,冲击效率和速度反而下降,但冲击频率、活塞行程几乎没有变化。原因是如果前腔阀口开口长度不变化,活塞行程不会增加,但中腔阀口开口长度增大,缩短了活塞冲程加速时间,导致冲击速度下降。由于冲击频率几乎不变,冲击速度较小时,冲击能量相应较小,故冲击效率降低。同时中腔阀口开口长度增大,使水压冲击器流量损失增加,系统压力损失增大,也会导致冲击性能降低。
5 结论
(1)本文所提出的水压式打桩机是一种全新概念打桩机械,与传统的油压式打桩机相比具有绿色、环保和节能等优点。
(2)本文在分析水压式打桩机冲击器工作机理的基础上,构建了其液压系统功率键合图模型及AMESim仿真模型。
(3)通过AMESim模型仿真研究,得到了活塞、配流阀芯的运动曲线,并详细分析了它们的运动规律。
(4)研究探讨了流量、溢流阀调定压力等因数对冲击性能的影响规律。分析结果表明:溢流阀调定压力对冲击性能的影响较大;前腔开口长度增大可以提高冲击性能,中腔阀口开口长度增大反而会降低冲击性能。这些结论为水压式打桩机冲击器设计与优化提供了理论依据。
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液压系统冲击 篇10
在机电一体化的发展进程中, 氮爆式冲击器属于在当前我国的工业行业中破碎矿山中大块的碎石和拆除老旧的混凝土构建等方面的混凝土结构的新型液压设备。采用机电一体化的液压冲击器的控制系统是一种全新的液压设备, 该设备主要是由冲击活塞、氮气室与换向阀等一些液压器的基本构建。液压器主要是使用压力冲击装置作为原理来推动运作的。
1 液压控制系统基本结构和工作原理
1.1 液压控制系统的基本构成
我国的机电一体化的液压控制系统的的发展和研究主要是由液压油泵、高转速的液压开关阀以及液压设备控制器和液压插装阀等设备元件构成的[1]。
1.2 液压控制系统的工作原理
当液压控制系统中好的活塞对于钢钎进行一定数量改造和完善, 当压力变速器检测出系统给予中的活动数据进行一定程度的氮气压力测试之后, 将设备的相关数据进行初步的整合并通过网络传送给终端的计算机设备进行数据的第二次处理和分析, 计算机采用的气压法的原理进行分析, 并最终得出关于液压冲击系统中的最大压力速度和相关氮气室的数值, 对于系统的供油孔和液压装置在开关的使用中所采用的压力阀门进行接通作业, 能够保障控制腔能够通过控制孔并且它孔两个始终处于联通状态, 在液压的冲击器作业之后, 冲击器的后腔位置和高压油路同时断线。同时, 高速开关阀的进行初步的断电处理, 以完成控制孔和回油孔位置的连通, 受到前腔位置的中高压油的作用的影响, 活塞会与高速作业的旋转状态, 氮气室的压力也随着加速运用的提升而增加, 后腔部位也相应的开始进行排油。
1.3 液压冲击器控制系统的回油减速和冲击阶段
在液压冲击器的控制系统的会有减速和冲击阶段中, 控制系统的断开和连接要保持一致。当阀门关闭时, 计算机需要同步发出低电压平电指令来对控制阀进行相关操纵, 从而使得阀门的控制腔和低压油室同时接通, 冲击器的后腔位置和高压油连通, 受到氮气室和高压油双方共同力的作用下, 对于活塞最终出现一个回程减速和冲程运动;[2]在冲程运动的初期阶段, 前腔中的高压油会随着系统中油路回流到后腔中去, 此刻系统中的计算机设备需要对于氮气室的反弹运动中的压力值进行估算和记录, 并将数据进行分析整理后发送给终端计算机进行处理。
2 计算机控制系统硬件模块的构成和设计
2.1 计算机控制系统的硬件模块的构成
在计算机的控制系统中, 相关的硬件和控制设备都是由包括主控设施和AD转换器、人机沟通的信号的收集和处理、数据的分析以及光电的线路传输等六个电路设备来构成的;在计算机的控制系统中主要电路的运作和设备的控制和液压器的控制装置两个是单独运作的[3]。
其中, 主控板的设备主要管理计算机系统中的控制和运算的作业, 信号的采集和控制电路会按照事先设计好的指令运行, 不断地收集氮气室中压力值的数据并且通过线路以信号的形式传递给AD转换电路, 他主要是负责接收下一级输送的信号并且将上一级传递来的模拟信号进行解析后再转换成计算机使用的信号, 是人机交换的处理器, 人机交换的处理电路主要是负责对于参数的设置和控制系统的鉴别作业。光电隔离的信号电路是负责信号在间断处的传输作业, 消除系统中可能存在的执行机构和硬件电路之间的干扰作业, 输出信号放大电路主要负责对于系统中的输出信号进行适当的放大和处理作业, 从而方便液压器控制系统能够将指令完整地下达到各个设备之间。
2.2 计算机控制系统的硬件设计
在选择计算机控制系统的芯片的时候, 对于系统本身而言, 单片机芯片要做到对于大存储空间和其他附属性功能作用齐全的程度, 对于其他设备所不具备的仿真功能也要适当进行增加, 可以增加计算机控制系统的工作效率[4]。
在选择AD转换器时, 最优秀的AD转换器目前是TT公司设计的ADC芯片处理器, 该处理器的不仅精密远超同种机型, 对于数据的收集和处理上也显得十分强大, 能够完全满足液压系统的高频工作的要求。在液压显示器的选择上, 由于液压系统的工作环境比较复杂, 所以在系统中使用的液压显示器必须具备良好的抗干扰能力。可以及时的准确的将冲击器的工作情况的相关参数汇入到液晶显示器的组成模块中。
2.3 计算机控制系统的模块设计
为了提升对于机电一体化的液压冲击器控制系统中对于单次冲击频率的自我调节能力的修复。实现对于系统中两个最主要的高速开关阀的开启和关闭实现零同步的控制, 计算机控制系统中的模块和软件的升级设计是十分有必要的。控制软件的模块工作中, 冲击控制子程序的设备主要是通过终端计数器或者定时器的方式来完成的。在控制电路板处于通电状态时, 系统初始化进程启动后, 系统自动转入监控状态, 并对于内部的数据存储单元进行清理, 清理完毕后开始运行循环阶段。
3 结束语
在经济快速发展的今天, 传统的液压冲击器已经不能满足现代高效率的作业了, 传统的以输出特性为主液压冲击器已经不能适应现代社会高效率的破碎工作。传统液压控制器的工作特性和调节方法存在十分严重的局限性, 对于机电一体化的液压冲击器的工作原理进行进一步地分析和处理后, 淘汰掉老旧的液压冲击器, 使用新型的机电一体化的液压冲击器。未来机电一体化的液压冲击器完全可以实现液压冲击器冲击频率的无级调整, 以适应现代复杂的施工环境。
摘要：随着社会的发展和科技的进步, 我国工业化建设过程中的机电一体化的相关技术也随之发展起来, 在机电一体化的发展过程中, 液压冲击器的控制系统占据着非常关键的位置, 对于机电一体化设备的发展和进步起着推动作用。液压冲击器以液压能源作为动力, 通过阀控产生高频冲击震动, 主要作用是对于大块岩石二次破碎的工程的建设中。
关键词：机电一体化,液压冲击器,控制系统,液压能源
参考文献
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