行程反饋式液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真及其性能檢測(cè)方法的研究

1、分類號(hào)： 學(xué)校代號(hào)：11845UDC： 密級(jí)： 學(xué) 號(hào)：211001033廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）行程反饋式液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真及其性能檢測(cè)方法的研究劉 智指導(dǎo)教師姓名、職稱： 李鍛能 教授 學(xué)科(專業(yè))或領(lǐng)域名稱： 機(jī) 械 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 學(xué) 生 所 屬 學(xué) 院： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 論 文 答 辯 日 期： 2013 年 5 月 A Dissertation Submitted to Guangdong University of Technology for the Master Degree of Engineering（Ma

2、ster of Engineering Science）Stroke feedback type hydraulic rock drill impact mechanism dynamics simulation and its performance research of test methodCandidate: Liu zhiSupervisor: Prof. Li duannengMay 2013School of Electromechanical EngineeringGuangdong University of TechnologyGuangzhou, Guangdong,

3、P. R. China, 510006摘要I摘 要 課題在綜合分析了目前國(guó)內(nèi)使用非常廣泛的多種型號(hào)液壓鑿巖機(jī)主要機(jī)構(gòu)工作原理之后，以沖擊頻率和沖擊能為切入點(diǎn)，對(duì)其中一種行程反饋式液壓鑿巖機(jī)的沖擊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的分析與研究，并對(duì)液壓鑿巖機(jī)的性能檢測(cè)方法開(kāi)展了一定的研究。液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律十分復(fù)雜，很難用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。本文基于一定的假設(shè)條件，建立了液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的非線性數(shù)學(xué)模型。以此為基礎(chǔ)，用 Matlab/simulink 工具箱對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，分析了液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)在輸入一定的工作參數(shù)的情況下，各個(gè)運(yùn)動(dòng)零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)沖擊性能的

4、影響。通過(guò)對(duì)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)后沖擊機(jī)構(gòu)所表現(xiàn)出來(lái)沖擊性能變化趨勢(shì)的分析，獲得了有關(guān)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，基于這些認(rèn)識(shí)提出了一種液壓鑿巖機(jī)的新型緩沖結(jié)構(gòu)雙緩沖機(jī)構(gòu)。并對(duì)這一機(jī)構(gòu)做了理論分析，結(jié)果表明該緩沖機(jī)構(gòu)緩沖效果明顯，對(duì)提高液壓鑿巖機(jī)壽命有積極的作用。文中總結(jié)介紹了幾種常用的液壓鑿巖機(jī)及氣動(dòng)沖擊器的性能檢測(cè)方法，分析了它們各自的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出一種新的液壓鑿巖機(jī)沖擊性能檢測(cè)方法液壓缸受沖能量轉(zhuǎn)移法。該方法不僅能檢測(cè)沖擊頻率、沖擊能，還能模擬不同巖石的工況條件下，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展沖擊實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)出沖擊機(jī)構(gòu)能夠正常工作的臨界性能參數(shù)。根據(jù)這個(gè)方法研制了一臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)軟硬

5、件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)搭建。模擬液壓鑿巖機(jī)的沖擊性能檢測(cè)要求，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試與測(cè)試，驗(yàn)證了新檢測(cè)方法的可行性、可靠性與準(zhǔn)確性。本文通過(guò)對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的理論研究，對(duì)我國(guó)目前行程反饋式液壓鑿巖機(jī)的設(shè)計(jì)和研制具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。同時(shí)，新型檢測(cè)方法也為適應(yīng)液壓鑿巖機(jī)沖擊性能不斷提高的發(fā)展趨勢(shì)提供了一個(gè)新思路。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：液壓鑿巖機(jī) 沖擊機(jī)構(gòu) 動(dòng)態(tài)仿真 緩沖裝置 沖擊性能廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文IIABSTRACTAfter comprehensive analyzed working principle of various types of currently widely hom

6、e used hydraulic rock drill，conducted in-depth analysis and research to a stroke feedback hydraulic rock drill impact mechanism use impact frequency and impact energy . And carried out some research to its performance detection methods.It is very complex and difficult of the motion law of the hydrau

7、lic rock drill impact mechanism that so difficult to use a precise mathematical model to describe it, This article built the nonlinear mathematical model of the moving parts of a hydraulic rock drill impact mechanism based on certain assumptions, and simulated the hydraulic rock drill impact mechani

8、sm with Matlab / Simulink toolbox. Deeply analyzed the relationship between the structural parameters of the each moving body and the performance of the hydraulic rock drill impact mechanism.Through analyzing the impact performance trend of changing the structure parameters of hydraulic rock drill i

9、mpact mechanism.Gained some understanding of the motion state laws of the hydraulic rock drill impact mechanism.Promoted a hydraulic rock drill new buffer structure-double buffering mechanism-based on these findings. Theoretical analyzed to this structure, the results show that it plays an active ro

10、le o improve the life of the hydraulic rock drill. Introduced several performance detection methods on several commonly used hydraulic& pneumatic rock drill and analyzed their features.Promoted a new impact performance testing method- by impact Law-on this basis.This method can not only detect t

11、he impact frequency, impact energy but also it can simulate critical performance parameters of the impact mechanism on some certain condition. And built hydraulic rock drill impact performance testing table with this method and did some research on this detection system.Debug the detection system wi

12、th hydraulic rock drill impact performance testing requirements to verify the feasibility, reliability and accuracy of the new test.In conclusion, the theoretical study of the hydraulic rock drill impact mechanism, it would be practical significance on design and develop our own feedback hydraulic r

13、ock drill. At the same time, the new detection method also provides a reference for hydraulic rock drill impact performance trends.ABSTRACTIIIKeywords: Hydraulic rock drill, impact mechanism, dynamic simulation, buffer structure, impact performance廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文IV目 錄摘摘 要要.IABSTRACT.II目目 錄錄.IVCONTENTS.

14、VII第一章第一章 緒論緒論.11.1 液壓鑿巖機(jī)發(fā)展概況.11.1.2 國(guó)外液壓鑿巖機(jī)技術(shù)概況與發(fā)展趨勢(shì).11.1.2 國(guó)內(nèi)液壓鑿巖機(jī)技術(shù)概況與發(fā)展重點(diǎn).31.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)及研究方法概述.41.2.1 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn).41.2.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型.51.3 沖擊機(jī)構(gòu)相關(guān)技術(shù)的研究.71. 3.1 換向閥的研究.71. 3.2 防空打裝置和釬尾反彈緩沖裝置研究.71.4 本課題的意義和研究?jī)?nèi)容.81.5 本章小結(jié).9第二章第二章 液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理.102.1 液壓鑿巖機(jī)的分類.102.2 液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

15、.112.2.1 沖擊機(jī)構(gòu).122. 3 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作原理.132.3.1 雙控式液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作原理.132.3.2 行程反饋式雙控液壓鑿巖機(jī)及其多檔位原理.162.3.3 后控式液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作原理.182.4 緩沖機(jī)構(gòu).21目錄V2.4.1 緩沖機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程.232.5 本章小結(jié).30第三章第三章 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)性能仿真與分析液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)性能仿真與分析.313.1 建立沖擊機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的假設(shè)條件.313.1.1 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)部分參數(shù)分布.313.1.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析.333.1.3 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的非線性數(shù)學(xué)模型.423.2

16、液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析.443.2.1 Simulink 仿真軟件簡(jiǎn)介.443.2.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的仿真模型.443.3 仿真結(jié)果與結(jié)果分析.473.3.1 仿真的內(nèi)容及其結(jié)果.473.4 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)內(nèi)部參數(shù)對(duì)沖擊性能的影響與分析.513.4.1 活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)沖擊性能的影響與分析.513.4.2 沖擊性能的綜合因素分析.543.5 本章小結(jié).61第四章第四章 液壓鑿巖機(jī)沖擊性能測(cè)液壓鑿巖機(jī)沖擊性能測(cè)試方法試方法及測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì).624.1 沖擊能測(cè)試方法及設(shè)計(jì)方案.634.1.1 現(xiàn)有沖擊能測(cè)試方法及優(yōu)缺點(diǎn).634.1.2 受沖式液壓鑿巖機(jī)沖擊性能檢測(cè)方法

17、及實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案.664.1.3 受沖式液壓鑿巖機(jī)沖擊性能測(cè)試原理.684.2 檢測(cè)系統(tǒng)的總體規(guī)劃.704.3 模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì).704.3.1 模擬測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理.704.3.2 模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì).714.3.3 激振裝置的選型.724.3.4 液壓缸的確定.724.3.5 壓力傳感器選型.734.4 數(shù)據(jù)采集與處理.74廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文VI4.5 本章小結(jié).75第五章第五章 液壓鑿巖機(jī)沖擊性能液壓鑿巖機(jī)沖擊性能模擬測(cè)試模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn).765.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.765.2 檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定與實(shí)驗(yàn)過(guò)程.775.2.1 檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定方法.775.2.2 檢測(cè)系統(tǒng)的操作步驟.785.

18、3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及其處理.785.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集.785.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.785.4 本章小結(jié).84總結(jié)與展望總結(jié)與展望.85參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).87攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文.90學(xué)位論文學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明獨(dú)創(chuàng)性聲明.91學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)聲明學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)聲明.91致謝致謝.92CONTENTSVIICONTENTSABSTRACT(in Chinese).IABSTRACT(in English).IICONTENTS(in Chinese).IVCONTENTS(in English).VIIChapter 1 Introduction.11.1 Hy

19、draulic rock drill development profile at home and abroad.11.1.1 Development of foreign hydraulic rock drill .11.1.2 Development of domestic hydraulic rock drill .31.2 Overview of the hydraulic rock drill impact mechanism Features and research methods.41.2.1 Characteristics of the Hydraulic rock dri

20、ll impact mechanism.41.2.2 The mathematical model of Hydraulic rock drill impact mechanism.41.3 Impact mechanism related technology research .71.4 This topic research content .81.5 Chapter Summary .8 Chapter 2 The basic structure and working principle of the hydraulic rock drill.92.1 Classification

21、of hydraulic rock drill .92.2 The basic structure of the hydraulic rock drill.102.2.1 Impact mechanism .112. 3 The work principle of hydraulic rock drill impact mechanism.122.3.1 Double-controlled hydraulic rock drill impact mechanism working principle.132.3.2 Back-controlled hydraulic rock drill im

22、pact mechanism working principle.162.4 Buffering mechanism.182.4.1 Buffer mechanism experienced by history.202.5 Chapter Summary .27廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文VIIIChapter 3 Hydraulic rock drill impact mechanism Performance Simulation and Analysis.283.1 Assumptions of the mathematical model of the impact mechanism.

23、283.1.1 The distribution of Hydraulic rock drill impact mechanism parameter.283.1.2 Kinematic state analysis of the impact mechanism of hydraulic rock drill .303.1.3 The nonlinear mathematical model of hydraulic rock drill impact mechanism.393.2 Hydraulic rock drill impact mechanism motion simulatio

24、n analysis.413.2.1 The simulink simulation software Profile.413.2.2 The simulation model of hydraulic rock drill impact mechanism.423.3 The simulation results and results analysis.473.3.1 The contents and results of the simulation.473.4 The analysis of hydraulic rock drill internal parameters affect

25、 the performance of impact mechanism.523.4.1 The effect and analysis of impact performance which affected by piston structure parameters.523.4.2 The comprehensive factor analysis of impact performance.553.5 Chapter Summary .62 Chapter 4 Hydraulic rock drill impact performance simulation detection sy

26、stem and test system design.634.1 Impact energy test methods and design scheme .644.1.1 The existing impact energy testing methods and the advantages and disadvantages.644.1.2 The test method and the experimental device design scheme .674.1.3 The principle of Hydraulic rock drill impact performance

27、analog detection device.694.2 The overall planning of the detection system .714.3 Detection system design and component selection.714.3.1 Selection of the exciter.72CONTENTSIX4.3.2 The determination of the hydraulic cylinder.734.3.3 Pressure sensor selection.744.3.4 Determination of the rest of the

28、mechanical structure.754.4 Data Acquisition and Processing .754.5 Chapter Summary .76 Chapter 5 The experiment of hydraulic rock drill impact performance deteceion.765.1 Experimental content .765.2 Test system of calibration and experiment process.775.2.1 Calibration of the detection system.775.2.2

29、The operation steps of detection system.785.3 Acquisition and processing of the experimental data .785.3.1 Experimental data collection.785.3.2 Experimental results and analysis.785.4 Chapter Summary .84SUMMARY AND OUTLOOK.85REFERENCES.87PAPER LIST.90STATEMENT OF ORIGINAL CREATION.91AUTHORIZED USE S

30、TATEMENT OF THESIS COPYRIGHT.91ACKNOWLEDGEMENTS.92第一章 緒論1第一章 緒論1.1 液壓鑿巖機(jī)發(fā)展概況在礦山、水電、鐵道等生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中，將巖（礦）石從與之相連的基體（礦床、巖體等）上分離出來(lái)的工程十分浩大。盡管分離方法眾多，但迄今為止，占主導(dǎo)地位的仍然是在礦（巖）石上鉆孔然后實(shí)施爆破，即所謂的鉆爆法。目前開(kāi)鑿爆破孔的方法及相應(yīng)的機(jī)具種類有很多，其中機(jī)械鉆孔的方法又可分為以沖擊為主、以回轉(zhuǎn)為主和沖擊并且?guī)Щ剞D(zhuǎn)這三種1 。在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的人工用手錘與釬子進(jìn)行鑿巖破碎歲月后，19世紀(jì)瑞典人在開(kāi)挖隧道時(shí)發(fā)明并率先使用了氣動(dòng)鑿巖機(jī)，這給炮眼的鑿制工作帶來(lái)了

31、歷史性的變革。從此沖擊鑿巖機(jī)械逐步得以發(fā)展。在此后的一個(gè)多世紀(jì)里氣動(dòng)沖擊鑿巖工具品種變得越來(lái)越繁多，性能上也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。隨著20世紀(jì)液壓技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)理論的日趨成熟，利用高壓油代替壓縮空氣作為能量傳遞介質(zhì)的液壓鑿巖機(jī)也隨之問(wèn)世。與氣動(dòng)鑿巖機(jī)所用的傳動(dòng)介質(zhì)壓縮空氣相比，單位體積內(nèi)油液的能量密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓縮空氣，這使得沖擊鑿巖設(shè)備的沖擊性能大幅度提高。油液的潤(rùn)滑性與粘性也使得液壓鑿巖機(jī)的能量利用率相對(duì)于氣動(dòng)鑿巖機(jī)大幅度提高。基于這些原因，人們開(kāi)始進(jìn)行液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的研制、改進(jìn)工作。1.1.2 國(guó)外液壓鑿巖機(jī)技術(shù)概況與發(fā)展趨勢(shì)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)在實(shí)用性方面取得了突

32、破性進(jìn)展，1970年，法國(guó)蒙塔貝特公司率先推出以油液為能量傳遞介質(zhì)的H50型液壓鑿巖機(jī)。據(jù)蒙塔貝特公司介紹，與氣動(dòng)鑿巖機(jī)相比，液壓鑿巖機(jī)的能量利用率提高近三倍，達(dá)到40%50%，而且工作場(chǎng)所的噪音也能降低1020分貝。液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展以及與氣動(dòng)鑿巖機(jī)的比較可參見(jiàn)表1-1和1-2，其高效、節(jié)能、環(huán)保的效果十分顯著。世界上先后有二十多個(gè)國(guó)家及研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相參與研究與開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)多年的追逐與淘汰，以瑞典阿特拉斯.科普柯（Atlas-Copco） 、 芬蘭湯姆洛克（Tamrock） 、 法國(guó)蒙塔貝特(Montabert)、賽科瑪（Secoma） 、日本古河（Furukawa）等公司的液壓鑿巖機(jī)及配套產(chǎn)品在

33、世界上最具代表性，其產(chǎn)品仍在發(fā)揮了巨大作用。液壓鑿巖機(jī)的用途從最初用廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2于礦山巖石工程的鉆制炮眼、用于巖石的二次破碎，發(fā)展到今天已廣泛用于開(kāi)挖隧道、鐵道工程、路橋拆除、路面破碎和舊城改造、以及冶煉廠爐渣的清除和航道疏通的水下作業(yè)等。另外在建筑業(yè)還開(kāi)發(fā)出了液壓打樁機(jī)取代柴油打樁機(jī)；在機(jī)械加工行業(yè)用液壓鍛錘代替了空氣錘等。隨著液壓沖擊機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，國(guó)外已經(jīng)形成了一種新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)219。目前國(guó)外的液壓鑿巖機(jī)大多以大型導(dǎo)軌作為機(jī)體導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，然后將導(dǎo)軌裝在其他可折疊的動(dòng)臂上，以便完成各個(gè)角度和方向的作業(yè)要求。進(jìn)入到 21 世紀(jì)后，西方先進(jìn)國(guó)家用在巖石工程項(xiàng)目上的這種液壓

34、鑿巖設(shè)備占整個(gè)鑿巖機(jī)械總量的 80以上。其中瑞典阿特拉斯.科普柯（Atlas-copco） 、芬蘭湯姆洛克（Tamrock）公司生產(chǎn)的液壓鑿巖設(shè)備占據(jù)了全球差不多 60%的份額20。隨著應(yīng)用范圍變得越來(lái)越廣泛，液壓鑿巖機(jī)也正朝著重型化、自動(dòng)化的方向發(fā)展21。鉆鑿炮眼的直徑由最初的幾十毫米向幾百毫米上升。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，液壓鑿巖設(shè)備還可以完成自動(dòng)走位、炮眼自動(dòng)定位、自動(dòng)開(kāi)孔以及防卡釬等。在上世表 1-1 氣動(dòng)和液壓鑿巖機(jī)的比較Table 1-1 Comparison of pneumatic and hydraulic rock drill比較性能氣動(dòng)鑿巖機(jī)液壓鑿巖

35、機(jī)能量利用率 15%4050%噪聲液壓鑿巖機(jī)比氣動(dòng)鑿巖機(jī)低 1020 分貝排氣油霧有無(wú)鑿巖效率液壓鑿巖機(jī)比氣動(dòng)鑿巖機(jī)提高一倍以上主要零部件壽命短長(zhǎng)釬具消耗多少工作介質(zhì)壓縮空氣油液介質(zhì)壓力 Mpa1.72.11425每米炮孔成本1:0.77自動(dòng)化程度低高維護(hù)保養(yǎng)方便較困難第一章 緒論3表 1-2 液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展Table1-2 Development of hydraulic rock drill20 世紀(jì) 70 年代20 世紀(jì) 80 年代20 世紀(jì) 90 年代至今鑿巖機(jī)型號(hào)10 個(gè)近 40 個(gè)超過(guò) 80 個(gè)沖擊頻率3050Hz5080Hz80Hz 以上鑿巖機(jī)沖擊功率 Kw102040紀(jì)80年

36、代可遙控的鑿巖機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品也率先在西方國(guó)家尤其是歐洲開(kāi)始開(kāi)發(fā)。目前法國(guó)蒙塔貝特公司的Robofore系列、瑞典阿特拉斯.科普柯公司的Robot-Boom系列以及芬蘭湯姆洛克公司的Datamatic系列鑿巖機(jī)器人已投入使用22。為了提高液壓鑿巖機(jī)能量傳遞效率、提高機(jī)體工作壽命、改善操作者工作環(huán)境等，開(kāi)展了對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和理論、易損件的新工藝新材料、產(chǎn)品自動(dòng)化智能化沖擊控制技術(shù)等領(lǐng)域的研究。1.1.2 國(guó)內(nèi)液壓鑿巖機(jī)技術(shù)概況與發(fā)展重點(diǎn)在液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)起步晚于國(guó)外，于 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始液壓沖擊機(jī)構(gòu)的研究，在整體技術(shù)上也落后于國(guó)外先進(jìn)水平，但是在工作機(jī)理方面

37、、設(shè)計(jì)方法方面絕不亞于世界先進(jìn)水平，甚至有較多獨(dú)特之處。我國(guó)相關(guān)高校以及科研單位從 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始著手液壓鑿巖機(jī)的研制并于 1973 年由長(zhǎng)沙礦山研究院研制出第一臺(tái)液壓鑿巖機(jī)樣機(jī) YYG80。經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間的實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)后，于 1980年 9 月通過(guò)了國(guó)家部級(jí)鑒定23。目前在我國(guó)參與液壓鑿巖機(jī)技術(shù)研究的有東北大學(xué)、中南大學(xué)、長(zhǎng)沙礦山研究院、北京科技大學(xué)、北京煤炭科學(xué)研究院、沈陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具廠、宣化風(fēng)動(dòng)工具廠等 10 多個(gè)單位，研制出 20 多種不同款式的液壓鑿巖機(jī)22。我國(guó)一些單位也看到具體國(guó)情對(duì)輕型液壓鑿巖機(jī)的大量需求。隨著人力、財(cái)力的大量投入，在我國(guó)自主生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)型號(hào)越來(lái)越多，但

38、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性比較差，壽命十分有限，因此國(guó)內(nèi)液壓鑿巖機(jī)的產(chǎn)量不大，而且集中在少數(shù)幾個(gè)型號(hào)上，有的甚至慢慢停產(chǎn)。其原因主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，1）設(shè)計(jì)水平這些產(chǎn)品大多不合理地采用了內(nèi)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就不滿足液壓鑿巖機(jī)高頻率、大扭矩的需要；2）加工制造水平由于液壓鑿巖機(jī)整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，并且在工作時(shí)要承受灰塵環(huán)境的考驗(yàn)以及自身強(qiáng)烈震動(dòng)的影響，這就要求機(jī)體內(nèi)部油路需密集布置且要嚴(yán)格保廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4證油路孔位的準(zhǔn)確、機(jī)體部分連接部分表面光潔度也必須非常高，并且機(jī)體連接要非?？煽浚陨线@些要求便對(duì)我們的加工設(shè)備、加工技術(shù)提出了苛刻的要求；3）材料、熱處理工藝液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)內(nèi)部的活

39、塞、換向閥在工作時(shí)一直在高頻往復(fù)的做沖擊運(yùn)動(dòng)，且?guī)讉€(gè)主要缸體要承受機(jī)體振動(dòng)的影響，就必須要求沖擊機(jī)構(gòu)的部件有良好的機(jī)械性能與恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥?lái)應(yīng)對(duì)這種考驗(yàn)。而連接的缸體需要有足夠的剛度與強(qiáng)度來(lái)承受高頻振動(dòng)帶來(lái)的影響。本人在廣州天鑿精機(jī)機(jī)械有限公司也就國(guó)外某型液壓鑿巖機(jī)的缸體表面做了硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其表面的硬度達(dá)60HRC。這無(wú)疑對(duì)材料和熱處理工藝提出了嚴(yán)格的要求。隨著液壓鑿巖機(jī)在國(guó)內(nèi)過(guò)去四十多年的廣泛應(yīng)用，其發(fā)展慢慢的朝著重型、高頻以及大扭矩方向發(fā)展，如我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的YYG145，其單次沖擊能可達(dá)300多焦耳，沖擊頻率也能夠達(dá)到4060Hz，而扭矩在450N.m左右。而電氣化、智能化也是將來(lái)

40、發(fā)展的重點(diǎn)，中南大學(xué)的何清華教授及其團(tuán)隊(duì)在用于隧道開(kāi)鑿的智能鑿巖機(jī)器人的研究方面取得了一些積極的成果。1.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)及研究方法概述1.2.1 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)盡管液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是它有別于其他液壓工程機(jī)械及設(shè)備。與一般液壓工程機(jī)械相比，它比較特殊的地方在于：沖擊機(jī)構(gòu)的活塞、換向閥始終處于加（減加）速度達(dá)幾十甚至于幾百倍于重力加速度這樣一種劇烈的變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而一般的液壓機(jī)械工作時(shí)，在兩個(gè)變化比較大的過(guò)度階段總有一個(gè)比較平穩(wěn)的工作區(qū)域24。并且沖擊機(jī)構(gòu)的換向閥是一種換向頻率達(dá) 40-80Hz 甚至上百赫茲的高頻開(kāi)關(guān)控制閥，一般要求在 1-2ms 的時(shí)間

41、內(nèi)完成高壓大流量的油路切換動(dòng)作。因此機(jī)體內(nèi)流動(dòng)的油液總是處于強(qiáng)烈的節(jié)流狀態(tài)。上述兩個(gè)特點(diǎn)將導(dǎo)致沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體產(chǎn)生很大的慣性力。這種慣性力正是傳動(dòng)介質(zhì)工作壓力形成的主要原因，換句話說(shuō)，液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的工作油壓取決于其運(yùn)動(dòng)體的慣性力，可稱之為慣性油壓1。一般情況下它與外部負(fù)載，即被沖擊破碎的物體的性質(zhì)關(guān)系不大。這一點(diǎn)與一般液壓機(jī)械裝置的工作壓力取決于外部負(fù)載是不相同的，也是少見(jiàn)的。由于液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體始終處于劇烈的變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)它們的傳動(dòng)介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)自然屬于變化非常劇烈的非恒定流動(dòng)，其壓力、流量變化都非常劇烈。顯然，由液體流動(dòng)的慣性力產(chǎn)生的慣性油第一章 緒論5壓也不容忽視。而液壓

42、鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)活塞與閥之間的反饋控制不是比較確定的機(jī)械反饋控制，活塞與閥之間的控制關(guān)系相對(duì)比較自由。顯然，上述特點(diǎn)給液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造包括應(yīng)用帶來(lái)一定的難度，如數(shù)學(xué)模型的建立，沖擊速度、瞬態(tài)流量等參數(shù)的測(cè)試等都有不少棘手的問(wèn)題有待解決。1.2.2 液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型根據(jù)在建立液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的不同，可以把描述沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型分為線性微分方程組與非線性微分方程組兩大類。線性模型把握住沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的主要影響因素，忽略一些次要的影響因素，并對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)作一定的假設(shè)，盡量簡(jiǎn)化主要運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)方程，用線性數(shù)學(xué)模型來(lái)描述沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。這

43、種線性數(shù)學(xué)模型可以將沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程與運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)直觀的描述出來(lái)，最終通過(guò)確切的數(shù)學(xué)表達(dá)式求出解析解25。但由于建立的這種線性模型忽略了實(shí)際情況中存在的一些因素，因此這種方對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律描述的精確性比較低。而非線性模型相對(duì)比較全面地考慮了沖擊機(jī)構(gòu)的影響因素，沖擊機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)也比較接近實(shí)際狀況，且采用高階非線性微分方程組描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此這種數(shù)學(xué)模型能比較準(zhǔn)確地揭示沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體的真實(shí)情況。但是這種數(shù)學(xué)模型求解困難，只能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)求得數(shù)值解。需要說(shuō)明的是，由于沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程比較復(fù)雜，非線性模型也還是要建立在一定假設(shè)基礎(chǔ)上的，因此這種非線性數(shù)學(xué)模型也只能是近似地描

44、述沖擊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律26。 線性模型研究沖擊機(jī)構(gòu)三個(gè)主要部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是非線性的，描述其運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)當(dāng)是一個(gè)比較復(fù)雜的非線性微分方程組。而線性研究方法則采用不同的途徑將其運(yùn)動(dòng)規(guī)律線性化或者干脆忽略某些非線性影響，并在一定程度上隔斷三個(gè)運(yùn)動(dòng)體之間的聯(lián)系，然后建立一個(gè)集中描述活塞運(yùn)動(dòng)的較為簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方程組。前蘇聯(lián)學(xué)者 O.A 和 C.A. 首先指出：在保證活塞沖擊末速度為定值的情況下，油壓完全均等的壓力控制是效率最高的最佳控制，由此提出了峰值推力最小的最佳設(shè)計(jì)方案。中南大學(xué)楊襄璧教授以活塞的沖程時(shí)間與活塞的運(yùn)動(dòng)周期之比：廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6 （1.1）1TaT作

45、為抽象設(shè)計(jì)變量，推導(dǎo)了液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)各大運(yùn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)公式，并得出了不同優(yōu)化目標(biāo)的值27。其中得出使得峰值供油量最小時(shí)的=0.333；高壓蓄aa能器沖、排油體積變化最小的=0.382。a中南大學(xué)胡均平教授以液壓鑿巖機(jī)壓力損失為研究目標(biāo)，得出活塞的沖程時(shí)間與活塞的運(yùn)動(dòng)周期之比=0.2928。a中南大學(xué)何清華教授通過(guò)引入兩個(gè)無(wú)因次變量回程加速段與沖程加速段的加速度比和沖程加速段與回程減速段的加速度比，提出沖擊機(jī)構(gòu)活塞有關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)1方面的工作參數(shù)可以用給定的頻率、沖擊能、以及兩個(gè)無(wú)因次變量表示出來(lái)，而與輸入的工作油壓大小無(wú)關(guān)。并進(jìn)一步推導(dǎo)出液壓沖擊機(jī)構(gòu)幾種能量損失及效率的表達(dá)式，分析了這些

46、能量損失及效率的主要影響因素。 非線性模型研究前面描述的沖擊機(jī)構(gòu)的線性模型，是一種“恒壓控制”下的理想的數(shù)學(xué)模型，要形成壓力恒定的理想狀態(tài)須滿足如下兩個(gè)條件：蓄能器油腔初始體積無(wú)限大假定蓄能器的充氣壓力比，工作壓力比，為蓄能器在一個(gè)周minappminmaxppV期內(nèi)的最大排油體積。其中為蓄能器的初始充氣壓力，為蓄能器最小工作壓力，apminp為蓄能器最大工作壓力。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可以求得蓄能器maxp1122nnP VP VC油腔初始體積為：aV （1.2）11(1)annVV而所謂壓力恒定，即，則。在上式中，為有限量，所以當(dāng)minmaxppC1V時(shí)，。1aV 上面的分析說(shuō)明

47、，要保持壓力恒定，必須使得蓄能器充氣容積為無(wú)限大29。換向閥在切換油路時(shí)，開(kāi)口量變化過(guò)程時(shí)間要無(wú)窮小。只有這樣才能使得油壓在切換的過(guò)程中由一個(gè)壓力在同一時(shí)刻變成另外一個(gè)壓力，也就是要使得換向閥切換第一章 緒論7油路時(shí)油壓是階躍變化的。顯然，這兩個(gè)條件在實(shí)際當(dāng)中是不可能做到的，首先蓄能器的工作壓力基本是遵循絕熱氣體狀態(tài)方程所規(guī)定的非線性變化。閥口開(kāi)口量的變化符合薄壁孔口出流的規(guī)律，其流量的變化會(huì)導(dǎo)致壓力的變化，這也是非線性的。為了描述沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型更接近實(shí)際情況，須著手建立沖擊機(jī)構(gòu)的非線性數(shù)學(xué)模型。沖擊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是活塞、換向閥、蓄能器三者的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，同時(shí)這種運(yùn)動(dòng)根據(jù)實(shí)際情況又必須分成

48、若干不同的階段。也就是說(shuō)描述沖擊機(jī)構(gòu)非線性運(yùn)動(dòng)微分方程組的邊界條件、初始條件也變得相當(dāng)復(fù)雜。這種方程組一般只能求數(shù)值解。所以非線性的設(shè)計(jì)、研究工作必須借助于計(jì)算機(jī)的數(shù)值仿真技術(shù)。1.3 沖擊機(jī)構(gòu)相關(guān)技術(shù)的研究1. 3.1 換向閥的研究液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)是一個(gè)具有準(zhǔn)確位置反饋的閥控活塞互動(dòng)系統(tǒng)。換向閥對(duì)活塞的控制屬于開(kāi)關(guān)型控制，閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)如質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)行程、推閥面積等都是影響沖擊機(jī)構(gòu)性能的重要因素。北京科技大學(xué)劉萬(wàn)靈教授等在液壓鑿巖機(jī)換向閥的動(dòng)特性分析一文中，通過(guò)理論分析和實(shí)測(cè)相結(jié)合的手段，對(duì)換向閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，揭示了換向閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得出了換向閥影響液壓鑿巖機(jī)沖擊性能的主要參數(shù)。中南大

49、學(xué)齊任賢、劉世勛教授對(duì)換向閥控制過(guò)程進(jìn)行了理論分析，同時(shí)對(duì)換向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面進(jìn)行了研究，取得了一些實(shí)用性的結(jié)論：如換向閥作高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于回油阻力的影響，可能出現(xiàn)速度飽和現(xiàn)象，而解決辦法是減小閥芯重量和行程，同時(shí)適當(dāng)加大油道直徑等30。1. 3.2 防空打裝置和釬尾反彈緩沖裝置研究液壓鑿巖機(jī)工作時(shí)，沖擊機(jī)構(gòu)中的活塞以一定的速度沖擊釬尾，通過(guò)釬尾以及與之相連接的鉆桿將活塞的動(dòng)能以應(yīng)力波的形式傳遞給巖石，而達(dá)到破碎巖石的效果。由于巖石與鉆桿的阻抗不同，必然會(huì)有部分應(yīng)力波在鉆桿與巖石的接觸面被反射回鉆桿，這時(shí)鉆桿便會(huì)發(fā)生回彈現(xiàn)象。如果不加制止，鉆桿的回彈便會(huì)導(dǎo)致鑿巖機(jī)缸體與推進(jìn)鉆桿的零部

50、件發(fā)生剛性撞擊，會(huì)使鑿巖機(jī)本身以及鉆桿甚至鉆車受到?jīng)_擊，工作壽命受到大的影響，同時(shí)鑿巖機(jī)的鉆孔效率也將下降31。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文8國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者對(duì)防空打裝置以及釬尾反彈裝置進(jìn)行了一定的研究。其中孟遂民教授通過(guò)無(wú)量綱分析法，利用液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的線性模型，將活塞沖擊釬桿后的反彈速度對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)輸入工作參數(shù)的影響進(jìn)行了研究32。劉德順教授運(yùn)用波動(dòng)理論，得出了液壓鑿巖機(jī)活塞回彈依據(jù)和回彈速度的計(jì)算公式，并得出了如下結(jié)論：活塞的回彈速度與活塞、鉆桿以及巖石的阻抗特性有關(guān)，它們對(duì)活塞的回彈速度的影響是相互關(guān)聯(lián)的；工作介質(zhì)的加載剛度與卸載剛度都影響活塞是否發(fā)生回彈以及回彈速度的大小。但這些緩沖機(jī)構(gòu)

51、不能隨巖石硬度不同，反彈力大小的不同自動(dòng)地調(diào)節(jié)緩沖機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，不能最大程度地起到緩沖減振作用。本文將在現(xiàn)有鉆桿回彈緩沖裝置的基礎(chǔ)上提出一種新型的液壓雙緩沖裝置，該裝置能在不同的工況下表現(xiàn)出不同的緩沖特性，其結(jié)構(gòu)將在后面做出描述。1.4 本課題的意義和研究?jī)?nèi)容本文以液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值分析軟件對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)三大運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行仿真分析與研究，尋找出優(yōu)化液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)沖擊性能的思路與方法，并構(gòu)建用于檢測(cè)液壓鑿巖機(jī)沖擊性能的模擬檢測(cè)系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下：1從液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的工作原理出發(fā)，詳細(xì)分析了液壓鑿巖

52、機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)三大運(yùn)動(dòng)體的工作方式與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。細(xì)化沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，根據(jù)臨界條件的轉(zhuǎn)換將一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期分為七個(gè)過(guò)程。運(yùn)用流體力學(xué)理論、氣體狀態(tài)方程以及牛頓運(yùn)動(dòng)定律，建立液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)體的非線性數(shù)學(xué)模型。2根據(jù)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)工作原理的特殊性，采用計(jì)算機(jī)仿真方法，利用數(shù)值分析軟件 Matlab 及其系統(tǒng)仿真工具 Simulink，對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的三大運(yùn)動(dòng)體活塞、換向閥、高壓蓄能器行仿真計(jì)算，然后對(duì)影響液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)沖擊性能的各種因素進(jìn)行綜合分析與研究，并且采用正交試驗(yàn)法歸納出由主要影響因素組成的較優(yōu)方案，從而總結(jié)出各因素對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊性能的影響規(guī)律，為提高液壓鑿巖機(jī)的沖擊

53、性能提供依據(jù)。3在綜合分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有液壓鑿巖機(jī)以及氣動(dòng)沖擊器沖擊性能的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，提出一種新型液壓鑿巖機(jī)沖擊性能的檢測(cè)方法。該檢測(cè)方法不僅可以對(duì)液壓鑿巖機(jī)的平均沖擊能、沖擊頻率和沖擊功進(jìn)行檢測(cè)，還可以克服現(xiàn)有一些方法的不足。并且能對(duì)液壓鑿巖機(jī)在不同的巖石工況下所需的臨界沖擊性能參數(shù)做出分析。第一章 緒論94依據(jù)所提出的檢測(cè)方法和實(shí)施方案，進(jìn)行液壓鑿巖機(jī)沖擊性能模擬檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造，完成檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試、標(biāo)定。利用液壓壓力傳感器、示波器對(duì)沖擊頻率與沖擊能的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證該檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)在對(duì)液壓鑿巖機(jī)沖擊頻率和沖擊能測(cè)量時(shí)的可行性、可靠性以及正確性。1.5 本章

54、小結(jié)本章綜合論述了液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和液壓鑿巖機(jī)在性能分析與檢測(cè)方法方面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上闡述了本課題的研究意義，并提出了研究的目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文10第二章 液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 液壓鑿巖機(jī)的分類目前，國(guó)際市場(chǎng)上銷售的液壓鑿巖機(jī)種類很多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有十多個(gè)國(guó)家的幾十家公司生產(chǎn)約 60 多種不同類型的液壓鑿巖機(jī)。不少公司已從單機(jī)發(fā)展成為系列產(chǎn)品，并與相應(yīng)的液壓鉆車配套，廣泛用于礦山、冶金、煤炭、交通、建筑等部門。液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)中，一般都將推動(dòng)活塞回程的壓力腔稱為前腔，而將推動(dòng)活塞沖程的壓力腔稱為后腔。目前液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)中根據(jù)

55、前后腔壓力變化情況主要分為以下兩種。一種是前腔常壓，后腔作為控制腔壓力高低交變且后腔回油的沖擊機(jī)構(gòu)稱之為后控式。一種是無(wú)常壓腔，前后腔壓力高低交變且雙面回油的沖擊機(jī)構(gòu)稱之為雙控式。表 2-1 液壓鑿巖機(jī)分類Table2-1 The type of hydraulic rock drill類型有閥型無(wú)閥型單面回油回油方式后腔回油前腔回油雙面回油雙面回油控制方式前腔常壓差動(dòng)后腔常壓差動(dòng)雙控活塞自配閥的結(jié)構(gòu)套閥芯閥套閥芯閥芯閥無(wú)國(guó)外Tamrock 公司的HE、HL 系列。Montabert 公司的 H 系列。Furukawa 的HD 系列。Secoma 公司的 Hydrastar系列，G.D公司的

56、HRP系列 Tension公司的 RD系列。Alimark公司的AD 系列。Secoma公司的RPH35Atlas-copco公司的 COP系列。Ingersoll-Rand公司的 HARD-III 系列。Cannon 公司的CH-25、CH-32、CH-38。典型產(chǎn)品國(guó)內(nèi)TTYYG-20YYG-90AYYG-250BYYG-80 系列。液壓鑿巖機(jī)按其沖擊機(jī)構(gòu)配油方式的不同可分為兩大類：有閥型和無(wú)閥型。前者第二章 液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理11按閥的結(jié)構(gòu)可分為套閥型和芯閥型；按回油方式又有單面回油和雙面剛油兩種：?jiǎn)蚊婊赜陀址譃榍扒换赜秃秃笄换赜蛢煞N。其分類關(guān)系及相應(yīng)代表型號(hào)見(jiàn)表（2-1）

57、。2.2 液壓鑿巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)沖擊鑿巖是破碎巖石的主要工序，迄今仍在國(guó)內(nèi)外各種采掘工作中廣泛應(yīng)用。在沖擊鑿巖系統(tǒng)中，鑿巖機(jī)是動(dòng)力機(jī)構(gòu)，鉆桿是動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，鉆頭是破碎巖石的工作機(jī)構(gòu)。鑿巖機(jī)輸出的能量借助鉆桿和鉆頭（沖擊鑿巖工具） ，傳遞給巖石，達(dá)到破碎巖石形成炮眼的目的2。如圖 2-1 所示液壓鑿巖機(jī)主要由沖擊機(jī)構(gòu) D、轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu) B、沖洗機(jī)構(gòu) A 及緩沖機(jī)構(gòu) C 組成。其鑿巖作業(yè)是沖擊、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)與巖孔沖洗功能的綜合。目前各生產(chǎn)廠家的液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)都不盡相同，各有自己的特點(diǎn)。如有帶行程調(diào)節(jié)裝置的，也有無(wú)此裝置的；有采用中心供水以及旁側(cè)供水來(lái)沖洗炮眼，也有以壓縮空氣來(lái)沖洗炮眼的；缸體內(nèi)有帶缸套的也

58、有無(wú)缸套的；同時(shí)包括在沖擊鑿巖過(guò)程中出現(xiàn)一些意外情況，如巖石存在裂隙時(shí)，防止出現(xiàn)空打的防空打裝置；在打深孔和打到堅(jiān)硬巖石時(shí)保護(hù)機(jī)體及鉆車的鉆桿回彈緩沖裝置。為了防止在沖擊鑿巖時(shí)存在的卡釬（如裂隙卡釬、溶洞卡釬、緩變卡釬） ，而導(dǎo)致鉆桿卡在巖孔內(nèi)拔不出來(lái)，國(guó)外有一些新型液壓鑿巖機(jī)在供水裝置前面還設(shè)有反沖裝置，如 Atlas-copco 公司的 COP1838MEX 型液壓鑿巖機(jī)就帶有反沖裝置。下面介紹液壓鑿巖機(jī)的一些基本結(jié)構(gòu)。A-沖洗機(jī)構(gòu) B-轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu) C-緩沖機(jī)構(gòu) D-沖擊機(jī)構(gòu)1-釬尾導(dǎo)向套 2-前殼體 3-三菱套 4-齒輪箱 5-大齒輪 6-緩沖缸體 7-緩沖活塞 8-前油封座 9-配流缸體

59、 10-沖擊活塞 11-后導(dǎo)向套 12-后殼體 13-釬尾 14-沖洗頭 15、17-滾動(dòng)軸承 18-傳動(dòng)軸 19-前導(dǎo)向套 20-換向閥 21-內(nèi)花鍵聯(lián)軸器 22-液壓馬達(dá) 23-后油封座圖 2-1 液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.2-1 The structure of hydraulic rock drillABCD廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文122.2.1 沖擊機(jī)構(gòu)沖擊機(jī)構(gòu)是液壓鑿巖的核心部件，它主要由配流缸體、沖擊活塞、換向閥、高低壓蓄能器、導(dǎo)向套和油封座等組成?；钊钊谝簤鸿弾r機(jī)內(nèi)部將輸入油液的壓力能轉(zhuǎn)換為自身的動(dòng)能，然后又將自身的動(dòng)能以應(yīng)力波的形式傳遞給鉆桿，最后傳遞給巖石，因此活塞的結(jié)構(gòu)

60、形狀對(duì)能量的傳遞效果有較大影響。根據(jù)波動(dòng)力學(xué)理論：為了延長(zhǎng)應(yīng)力波的傳播時(shí)間，在結(jié)構(gòu)允許的前提下，應(yīng)盡量采用細(xì)長(zhǎng)的活塞；為了減少應(yīng)力波在傳遞過(guò)程中的反射，活塞截面面積的變化應(yīng)盡量減少，必要的話，應(yīng)在截面積突變的地方設(shè)有一個(gè)圓滑的過(guò)渡區(qū)，以減小應(yīng)力波反射時(shí)引起的能量損失；為了使應(yīng)力波能在活塞與釬尾沖擊端平緩穩(wěn)定的傳遞，活塞端部直徑應(yīng)盡量接近釬尾直徑；為了使得活塞與釬尾能對(duì)中撞擊，應(yīng)保證活塞與釬尾盡量同軸，并保證兩個(gè)接觸端面能嚴(yán)格貼合，以提高能量的傳遞效率。因此，活塞截面積的變化應(yīng)盡可能的小，從液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，雙面回油、壓力前后交替型液壓鑿巖機(jī)活塞截面面積變化小，且細(xì)長(zhǎng)，是比較理想的活塞形