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流體振動
圖片來自百度

流體振動技術,主要指應用液體(液壓)和氣體(氣壓),作為傳動介質來傳動動力,產生振動衝擊做功的應用技術。

在現代工業生產中,利用振動衝擊原理作功的設備應用非常廣泛。特別是在礦山、建築施工中應用更為普遍。這是因為振動衝擊實現比較容易。,而且振動頻率較高,並能在極短時間內產生很大的力(如有的衝擊機械在極短時間可產生近20000KN的力),在施工中會產生意想不到的效果。

產生振動的方法有很多,有電動、液壓、氣動和機械等方式。但是液壓與氣動振動較其它振動方式,更容易產生大功率,易於控制、調節和噪聲低等優點,因而在礦山、建築、交通、市政等部門,獲得越廣泛的應用。應用液壓與氣動的設備,不僅可以提高勞動生產率,改善施工質量,還會為企業和社會帶來明顯的經濟效益和社會效益。

通常,振動型以高頻低振幅為主,衝擊型以低頻打振幅為主,兩者在實際中均獲得廣泛應用。流體振動技術,也是液壓傳動和氣壓傳動的一種形式,只不過能量輸出形式不同而已。

遠在古代,人們已經利用水的能量做功,利用衝擊原理劈柴、岩石鑽孔等工作;在軍事上,利用木樁石樁衝擊城門,這都是屬於水平低、效率低的原始作業。隨着人們對自然不斷認識和實踐,振動衝擊設備業日臻完善。

1650年,巴斯卡根據實踐總結傳動基本原理——巴斯卡原理,使液壓傳動技術有了飛速的發展,也促進了液壓振動技術的發展。1876年,德國的弗·布蘭特發明了世界低一台水力鑿岩機,它以壓縮空氣作動力,衝擊頻率達30Hz,與現在廣泛應用的氣動鑿岩機[1] 無本質區別。

1900—1905年期間,原蘇聯液動衝擊迴轉鑽進技術進行了卓有成效的研究,但直至1970年才開始在生產實踐中得到應用(它主要應用在地質研究鑽探方面)。

我國的液壓與氣壓振動技術的發展起步比較的晚,振動衝擊設備的質量與世界先進水平還有一定差距。但經過我們幾代人的努力,近幾年已有較大進步,差距正在縮小。解放前,我們根本不能設計製造流體振動設備;解放後才開始研究與開發。1955年我國生產出第一批礦用氣動鑿岩機。60年代後,才能自行設計製造液壓振動衝擊設備,最早研製的產品只適用於鑿岩和道路破碎。1958年,我國才開始對液動衝擊迴轉鑽進技術進行研究,到1965年設計研究出了七種不同結構形式的液動衝擊器,並在實驗室中進行了大量的試驗。次年,在礦山實地進行生產試驗,推動這門技術在我國的發展。在建築施工中,我國開發應用液壓振動衝擊打樁的設備,壓路機上應用振動壓實設備,應用氣壓振動鋪設地下管道的設備,也只是近十年發展起來。在研究分析國外先進技術的基礎上,經過我國技術人員的不斷努力創新,已研製開發出一批具有中國特色的液壓振動設備,在不到十年時間,研究發展成一門比較成熟的技術。

隨着計算機技術的發展,流體振動設備的研製與開發產生革命性的變更,不僅可以快速完成設計,而且設計正確性也大大提高;同時可以採用優化設計,使振動元件的參數更合理、能量更省,還可採用優化設計——出圖一條龍程序,更加速振動元件更新換代的速度。

流體振動衝擊裝置測試參數主要有:壓力、流量、位移、頻率、速度、加速度、振動力、衝擊力和衝擊功等物理量。這些參數都是時間的函數,是瞬態值,變化極其迅速,一般的機械測量儀表,由於慣性大,不能適用快速性的要求,所以需要採用電測、光測和數碼顯示來完成。將測試系統與計算機網絡連成一體,連續自動採樣、快速綜合分析,這樣就提高測試精度,也加快測試速度。從而加速振動設備的研製和改進周期,為直接觀察振動設備的活塞運動的瞬態過程,還可用高速攝影法來達到。

目前,有些流體振動衝擊元件功率已發展相當大,僅其衝擊柱塞質量已達2500Kg,衝擊力已達2000×104Kn,行程達0.5m以上。常規傳感裝置已不能滿足要求,而且反力支撐裝置很難處理,測試和試驗較困難,需要研製新的試驗裝置及方法,這也是我們面臨的新課題。

隨着科技發展及實踐的需要,流體振動設備應用越來越廣泛,功率也越趨增大,雖然我們已在基礎理論、設計方法、材料選擇和應用方面,已積累一定經驗,但需要我們去解決的問題還很多,而且我們和世界先進水平還有一定差距,我們還需要不斷努力去超趕。

視頻

當非牛頓流體受到震動的衝擊後,究竟會發生怎樣的現象呢?

參考文獻