煤矿井下便携式水射流切割机的设计及实验研究阿克苏

2020-01-08 10:08

切割机系统。切割喷枪2、4.高压软管连接3.磨料罐5.水箱6.电机7.高压水泵(2)设计技术参数工作压力/MPa35电机功率/kW6水泵流量/Lmin-14喷嘴直径/mm0.6磨料类型石榴石磨料粒度/目120磨料流量/kgmin-12.53切割速度/mmmin-150100磨料罐容积/L50水箱容积/L70前言基于水射流“冷”切割的特性,采用高压水射流技术切割煤矿井下高瓦斯环境下的金属设备,是一种比较安全的切割方式。在纯水中加入磨料,采用前混合方式切割,可以极大地提高切割效果。由于煤矿井下的环境所致及切割工作量总体不大,对井下的金属切割机械化程度要求较低,且对切缝整齐度要求不高,要求简便易操作。另外由于水射流切割无需直接接触切割工件,反作用力较小,能够很好地保护施工人员。因此,研制出一种便携式的煤矿井下用水射流切割机具有重要的现实意义。

1切割机主要设计参数如所示,本文所设计的便携式切割机主要由水箱、隔爆型电机、高压水泵、高压磨料罐、高压喷枪等组成。工作原理和操作流程如下:首先将高压水泵清水增至力压35MPa,通过高压水分配管路,将高压水分成2路:平衡水路和引射水路。高压磨料罐中的磨料在高压水作用下流态化,并向下流动至位于磨料罐下方的混合腔;引射水路使磨料与高压水混合均匀后,由混合腔另侧输出,并与平衡水路的高压水汇合,形成高压磨料浆液送往喷枪;高压磨料浆液经过喷嘴小孔(准=0.6mm)喷出,形成能量密度极高的高速磨料水射流,完成切割作业。

2切割试验及分析在便携式煤矿井下磨料水射流切割机样机制造完成后,对切割机的切割性能和切割效果进行了试验研究。试验方案如下:选取影响较大的4个切割参数分别进行试验;4个主要的工艺参数为系统的驱动压力P、磨料供应流量Q、喷嘴与工件的垂直距离(靶距)b和水射流切割喷嘴移动速度(切割速度)v;每次试验只改变个参数变量的数值,记录其对一次切割深度及切割效率的影响,并对试验所取得的数据进行比较分析,总结最优工作参数,提出改进措施。

为一次切割最大深度随驱动压力的变化曲线。由切割原理可知,驱动压力越大,由于磨料射流的速度和动量的增加使得射流对所切割的材料破坏也就越大,切割能力也会提高。中所示切割深度随机器的驱动压力呈线性增加的变化趋势。在切割机系统中,驱动压力是能耗较高、造价最大的性能指标,为了保证切割机能够经济、稳定、高效地工作,必须选取适当的驱动压力,因此,驱动压力的选择要考虑其他参数及经济性和稳定性,而不是越大越好。对于本切割机系统,经过大量的实验研究和参数配置的计算,驱动压力在35MPa时具有较好的经济稳定性。

驱动压力的影响为一次切割最大深度随磨料流量的变化曲线,磨料流量对次切割最大深度的影响呈先增大后减小的趋势,磨料流量有最大值,为3.5kg/min.如果磨料流量过小,会造成切割能量的减小,切割性能下降,如果磨料流量过大,则会堵塞喷嘴、降低磨料出口速度,也容易造成磨料的浪费和环境的污染,因此,在选择磨料流量的大小时,不宜过大也不宜过小。

磨料流量的影响为切割靶距对一次切割最大深度的影响。

靶距的定义为切割机喷嘴的出口端与被切割材料切面的垂直距离。图示变化曲线表明,切割靶距对切割深度的影响呈先增大后减小的抛物线变化趋势,切割靶距为10mm时,一次切割深度有最大值。

如果靶距较大,磨料射流速度达到最大之后还没有到达切割面已开始迅速下降,如果靶距过小,磨料无法加速到最大值,使切割均无法达到最佳的应用效果。

为切割深度和效率随切割速度的变化曲线。切割效率定义为次切割最大深度与切割速度的乘积。切割速度越大,次切割最大深度越低,切割效率则呈现先增大后减小的态势,当切割速度维持在80mm/min时切割效率达到最大值。因为随着切割速度的增加,会使切割不能充分进行,因而影响切割最大深度;如果切割速度太低,会造成切割能量的浪费,影响切割进度和效率。因此,切割速度的选择主要应从切割效率出发,选择合适的切割速度。

3结语便携式前混合磨料水射流切割机切割金属材料属于冷切割方法,由于水的存在,在煤矿井下高瓦斯环境下具有较高的安全保障,其切割能力和切割效率的优势突出,因此该切割系统的应用对提高煤炭安全生产有着重要的现实意义;便携式水射流切割机操作方便,性能可靠,工作效率较高。极大地简化了煤矿井下的切割任务,实现了高效安全生产。在安装调试过程中没有出现无法正常运行现象和其他紧急情况,实现了正常高效运行,说明该切割系统设计参数的选择符合安全性能等要求,设计原理准确可靠;所设计、生产的便携式水射流切割系统经过试验研究、总结分析,确定其工作参数:驱动压力为p=35MPa,磨料供应流量Q=3.5kg/min,切割革巴距b =10mm,切割速度v=80mm/min.在此工作参数时,切割系统具有较高的系统稳定性和经济效益。

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