前混合磨料水射流系统压力特性及其调控技术研究
磨料水射流加工技术是现代加工技术领域中，发展最为迅速且极具吸引力的特种加工技术之一。其中，后混合式磨料水射流技术因其实现相对容易，经过近些年的发展，在实际工业应用中已趋于成熟。前混合式磨料水射流技术是一种固液两相射流，射流束的发散程度较弱，且磨料颗粒在加速过程中可以获得更多的能量，在相同的压力和功率条件下，相对于后混合磨料水射流具有更强的切割加工能力。但由于技术实现的难度较大，发展速度相对缓慢。本文针对前混合磨料水射流技术的基础理论和应用技术展开研究工作，以期在基础理论问题研究的基础上，进一步探索促使该技术在应用领域发展的相关技术问题。本文研究内容是江苏省科学技术厅产学研前瞻性联合研究项目“高速精密前混合磨料水射流切割系统研制”（编号：BY2013019-01）的一部分。 本文通过理论分析的方法，结合实验研究和系统仿真研究的手段，针对前混合磨料水射流系统的压力参数展开相关研究工作。在本文中，构建起了针对系统压力调节过程的数学模型，用以描述系统在启停过程中压力调节的基本特性，同时建立了预测系统启动升压过程耗时以及系统停止降压过程耗时的预测模型，并通过实验数据验证了相关数学模型的正确性。 本文构建的前混合磨料水射流实验系统可以实现的最大工作压力为80MPa，并基于“理想”形式的PID控制算法实现了系统压力的自动调节。本文系统研究了前混合磨料水射流系统压力自动调控系统的相关参数对系统运行性质的影响。基于此压力自动调控系统，可以实现系统压力的稳定控制和快速调节，在启动升压过程中，可以极大的缩短升压至稳定工作压力所需的时间，提高了前混合磨料水射流系统的工作效率。压力自动调控系统在前混合磨料水射流系统中的成功应用有助于促进该技术的工业化应用。 本文在前混合磨料水射流系统压力的理论研究和自动调控系统研究的基础上，基于构建的自动调控系统实现了针对其系统压力和高压泵实时流量的在线监控。通过对监测数据的分析可以得到前混合磨料水射流系统的运行状态，为该技术的工业化应用做了相关探索性研究。特别地，着重分析了磨料浓度及喷嘴磨损状态对系统压力和流量的影响，构建起了针对前混合磨料水射流中磨料浓度及喷嘴磨损状态的在线监测方法。 系统工作压力是前混合磨料水射流系统最重要的参数，本文着眼于其压力调控的基本性质和应用技术，围绕系统压力特性的基本理论、系统压力自动调控系统的建立、系统压力和流量的监测调控三个层次展开了系统的研究。不仅完整的描述了前混合磨料水射流系统中压力调节变化过程的基本性质，并且建立了用于前混合磨料水射流系统的压力自动调控系统，实现了对系统工作过程和状态的在线监控，为该技术的工业化应用起到了积极的推进作用。
前混合磨料;水射流加工;压力自动调控;自适应控制;在线监控
中国矿业大学
博士
流体力学
郭楚文
2015
中文
TG732;TG664
143
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）