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流体振动
圖片來自百度

流体振动技术,主要指应用液体(液压)和气体(气压),作为传动介质来传动动力,产生振动冲击做功的应用技术。

在现代工业生产中,利用振动冲击原理作功的设备应用非常广泛。特别是在矿山、建筑施工中应用更为普遍。这是因为振动冲击实现比较容易。,而且振动频率较高,并能在极短时间内产生很大的力(如有的冲击机械在极短时间可产生近20000KN的力),在施工中会产生意想不到的效果。

产生振动的方法有很多,有电动、液压、气动和机械等方式。但是液压与气动振动较其它振动方式,更容易产生大功率,易于控制、调节和噪声低等优点,因而在矿山、建筑、交通、市政等部门,获得越广泛的应用。应用液压与气动的设备,不仅可以提高劳动生产率,改善施工质量,还会为企业和社会带来明显的经济效益和社会效益。

通常,振动型以高频低振幅为主,冲击型以低频打振幅为主,两者在实际中均获得广泛应用。流体振动技术,也是液压传动和气压传动的一种形式,只不过能量输出形式不同而已。

远在古代,人们已经利用水的能量做功,利用冲击原理劈柴、岩石钻孔等工作;在军事上,利用木桩石桩冲击城门,这都是属于水平低、效率低的原始作业。随着人们对自然不断认识和实践,振动冲击设备业日臻完善。

1650年,巴斯卡根据实践总结传动基本原理——巴斯卡原理,使液压传动技术有了飞速的发展,也促进了液压振动技术的发展。1876年,德国的弗·布兰特发明了世界低一台水力凿岩机,它以压缩空气作动力,冲击频率达30Hz,与现在广泛应用的气动凿岩机[1] 无本质区别。

1900—1905年期间,原苏联液动冲击回转钻进技术进行了卓有成效的研究,但直至1970年才开始在生产实践中得到应用(它主要应用在地质研究钻探方面)。

我国的液压与气压振动技术的发展起步比较的晚,振动冲击设备的质量与世界先进水平还有一定差距。但经过我们几代人的努力,近几年已有较大进步,差距正在缩小。解放前,我们根本不能设计制造流体振动设备;解放后才开始研究与开发。1955年我国生产出第一批矿用气动凿岩机。60年代后,才能自行设计制造液压振动冲击设备,最早研制的产品只适用于凿岩和道路破碎。1958年,我国才开始对液动冲击回转钻进技术进行研究,到1965年设计研究出了七种不同结构形式的液动冲击器,并在实验室中进行了大量的试验。次年,在矿山实地进行生产试验,推动这门技术在我国的发展。在建筑施工中,我国开发应用液压振动冲击打桩的设备,压路机上应用振动压实设备,应用气压振动铺设地下管道的设备,也只是近十年发展起来。在研究分析国外先进技术的基础上,经过我国技术人员的不断努力创新,已研制开发出一批具有中国特色的液压振动设备,在不到十年时间,研究发展成一门比较成熟的技术。

随着计算机技术的发展,流体振动设备的研制与开发产生革命性的变更,不仅可以快速完成设计,而且设计正确性也大大提高;同时可以采用优化设计,使振动元件的参数更合理、能量更省,还可采用优化设计——出图一条龙程序,更加速振动元件更新换代的速度。

流体振动冲击装置测试参数主要有:压力、流量、位移、频率、速度、加速度、振动力、冲击力和冲击功等物理量。这些参数都是时间的函数,是瞬态值,变化极其迅速,一般的机械测量仪表,由于惯性大,不能适用快速性的要求,所以需要采用电测、光测和数码显示来完成。将测试系统与计算机网络连成一体,连续自动采样、快速综合分析,这样就提高测试精度,也加快测试速度。从而加速振动设备的研制和改进周期,为直接观察振动设备的活塞运动的瞬态过程,还可用高速摄影法来达到。

目前,有些流体振动冲击元件功率已发展相当大,仅其冲击柱塞质量已达2500Kg,冲击力已达2000×104Kn,行程达0.5m以上。常规传感装置已不能满足要求,而且反力支撑装置很难处理,测试和试验较困难,需要研制新的试验装置及方法,这也是我们面临的新课题。

随着科技发展及实践的需要,流体振动设备应用越来越广泛,功率也越趋增大,虽然我们已在基础理论、设计方法、材料选择和应用方面,已积累一定经验,但需要我们去解决的问题还很多,而且我们和世界先进水平还有一定差距,我们还需要不断努力去超赶。

视频

当非牛顿流体受到震动的冲击后,究竟会发生怎样的现象呢?

参考文献