高压聚能射流发生装置设计及性能
顾聪聪1
刘送永1
李洪盛1
孙敦凯1
江红祥1
周小磊2
1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心,江苏徐州 2210082.中铁工程装备集团有限公司,河南郑州 450016
摘要：针对普通射流在破岩过程中存在的靶距短、喷嘴直径小造成的破岩能量小,难以实现岩石的高效破碎等问题,提出一种高压聚能射流发生装置.该装置利用阀芯改变流体介质的流动方向,使活塞在缸内往复运动,依靠活塞的高速运动实现射流的增压效果,并通过改变泵站流量实现对射流脉冲频率以及脉冲压力的可靠调节.首先,对高压聚能射流发生装置整体结构以及不同工作阶段进行详细介绍,阐述其工作原理.其次,基于流体力学和能量守恒理论,建立高压聚能射流发生装置动力学模型,分析装置不同结构参数与动力参数的关系,探究装置结构参数对射流冲击压力的影响,揭示增压活塞在冲击过程阶段的能量演化规律,进而得到射流冲击压力与泄油口面积、活塞杆直径、喷嘴出口直径以及系统压力均呈现先增大后减小的趋势、系统压力、喷嘴出口压力、泄油口面积、活塞杆直径对装置性能的影响程度依次降低的影响规律;在此基础上,构建高压聚能射流破岩试验系统及液压控制系统,开展高压聚能射流冲击破岩试验研究,以此验证系统可行性以及理论分析的正确性.试验结果表明:相较于普通射流,无论是在射流产生的破碎深度和破碎坑体积方面,高压聚能射流破岩效果均优于普通射流.高压聚能射流冲击破岩过程呈周期性变化,在10 MPa的输入压力下,输出压力可以达到72.5 MPa,具有良好的增压效果;在预定系统压力下,射流冲击岩石的最优靶距为10cm;射流冲击频率随液压泵流量呈线性增长,且岩石破碎体积、破碎坑直径以及深度均随着冲击频率的增加呈现增长的趋势.
关键词：高压聚能射流动力学模型射流压力破岩性能
分类号：TD402(矿山机械)
资助基金：国家自然科学基金(51975570)江苏省杰出青年基金资助项目(BK20211531)江苏省自然科学基金资助项目(BK20210516)
论文发表日期：2023-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 4632-4646 )
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