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新型液壓沖擊機(jī)械設(shè)計(jì)理論及控制策略論文
長(zhǎng)期以來(lái)，在采礦工業(yè)、煤炭工業(yè)、鐵道工程、軍事工程等發(fā)揮著重要作用的液壓沖擊機(jī)械一直是人們研究的重點(diǎn)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，液壓沖擊機(jī)械的研究運(yùn)用更是取得了突破性的進(jìn)展。
1、 新型液壓沖擊機(jī)械設(shè)計(jì)理論 液壓沖擊機(jī)械以液體作為工作介質(zhì)，把壓力轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊釬桿傳遞能量，它的輸入?yún)?shù)是系統(tǒng)的流量和工作壓力，輸出參數(shù)是沖擊頻率和沖擊能。新型的液壓沖擊機(jī)械內(nèi)核仍然是沖擊器，并且不同類型的液壓沖擊機(jī)械內(nèi)核相同，即沖擊器的工作原理和機(jī)構(gòu)基本相同。
根據(jù)我國(guó)液壓技術(shù)發(fā)展水平和機(jī)械制造水平，目前，沖擊器有兩種常見(jiàn)類型：?jiǎn)蚊婊赜颓扒怀盒秃碗p面回油型。兩種類型有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如下：
單面前腔常壓型沖擊器的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、工藝性好、回程制動(dòng)階段無(wú)吸空現(xiàn)象，缺點(diǎn)有：排油時(shí)間短、回油管峰值流量大、活塞形狀不如雙面回油型的好、回油阻力大、壓力波動(dòng)大等。
雙面回油型沖擊器優(yōu)點(diǎn)有：活塞形狀合理，有較好的破巖效果，還可提高釬具和活塞的壽命；回油管峰值流量少，降低了壓力脈動(dòng)和回油阻力；使用較高的壓力油，降低了供油流量；缺點(diǎn)有：缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求加工精度高、工藝性差，回程制動(dòng)階段前腔回油吸空的現(xiàn)象發(fā)生，并且要密封高壓油，因此，只有工藝技術(shù)和加工設(shè)備發(fā)展比較成熟的時(shí)候，才能采用這種沖擊器。
作為液壓沖擊器的主要部件，沖擊活塞的形狀對(duì)破碎效果有巨大的影響，活塞設(shè)計(jì)的最終結(jié)果直接影響到?jīng)_擊器的機(jī)具壽命和工作性能，因此，活塞的具體設(shè)計(jì)要遵循以下原則：
（1）正確選材，活塞的材質(zhì)應(yīng)有極高的機(jī)械性能、芯部韌性好、表面硬度高、有極強(qiáng)的抗沖擊性能和耐磨性。
�。�2）形狀應(yīng)為細(xì)長(zhǎng)形，要減少斷面變化，有助于提高釬具的壽命和能量傳遞效率。
（3）保證活塞全行程或超行程時(shí)不損傷兩端的密封結(jié)構(gòu)。
�。�4）活塞沖擊端面積和釬桿端部的面積接近或者相等，并要有一定錐部長(zhǎng)度，這樣利于傳遞沖擊波。
�。�5）設(shè)計(jì)好活塞各段的封油長(zhǎng)度和防空打液壓墊的尺寸。
�。�6）在考慮加工精度、過(guò)濾精度、泄露損失、提高可靠性以及系統(tǒng)效率的基礎(chǔ)上，確定顆粒的活塞和缸體配合間隙。一般情況下，活塞和缸體配合間隙約0。05~0。08，活塞和支承套的配合間隙約為0。03~0。05。
2、 新型液壓沖擊機(jī)械控制策略
2。1液壓控制系統(tǒng)作為液壓沖擊機(jī)械的動(dòng)力控制核心，是沖擊機(jī)械的重要組成部分，由液壓沖擊機(jī)械沖擊器的設(shè)計(jì)理論知，沖擊機(jī)械工作壓力頻率高、波動(dòng)幅度大，作為機(jī)械的控制核心，液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要滿足以下幾個(gè)要求：
�。�1）合理選用各類控制閥和泵種，運(yùn)用集成控制回路實(shí)現(xiàn)控制。
�。�2）采用電液數(shù)字控制器件，合理地設(shè)計(jì)控制器，提高對(duì)工作對(duì)象的適應(yīng)性和系統(tǒng)的智能控制水平。
�。�3）實(shí)現(xiàn)高效率工作，一方面可以減少系統(tǒng)工作發(fā)熱，另一方面可以有效地提高設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)。
（4）選用標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元器件。
�。�5）保持油液清潔，實(shí)施連鎖自動(dòng)保護(hù)，備用應(yīng)急油路，配備安全防護(hù)裝置。
�。�6）降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高液壓沖擊機(jī)械的工作效率。
2。2新型液壓沖擊機(jī)械控制策略
液壓沖擊機(jī)械的沖擊系統(tǒng)使用的壓力油由沖擊泵提供，忽略閥口和管路的壓力損失，沖擊系統(tǒng)的工作壓力就是沖擊泵的輸出壓力。沖擊系統(tǒng)壓力的變化可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓沖擊機(jī)械的沖擊頻率和沖擊能的控制調(diào)節(jié)，但因沖擊泵的恒壓變量泵本身存在結(jié)構(gòu)缺陷，所以設(shè)計(jì)通過(guò)液壓控制系統(tǒng)引進(jìn)高速開(kāi)關(guān)電磁閥，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行該控制，將產(chǎn)生的輸出壓力信號(hào)直接作用于恒壓變量泵的調(diào)壓彈簧，根據(jù)高速開(kāi)關(guān)電磁閥的輸出壓力來(lái)控制恒壓變量泵的輸出壓力，用來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊頻率和設(shè)備沖擊能等的無(wú)機(jī)調(diào)節(jié)。
液壓沖擊機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的壓力油來(lái)自恒壓變量泵，可是，推進(jìn)系統(tǒng)的工作壓力小于沖擊系統(tǒng)的工作壓力，因此，推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)回路中需要設(shè)置減壓閥，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力油進(jìn)入推進(jìn)油缸前的減壓工作，同時(shí)，結(jié)合著變行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理 ，液壓沖擊鑿巖破碎要求推進(jìn)流量小和推進(jìn)力無(wú)級(jí)變化等特點(diǎn)，采用兩個(gè)兩位三通高速開(kāi)關(guān)電磁閥一起構(gòu)成推進(jìn)控制回路，共同實(shí)現(xiàn)推進(jìn)開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)壓力的無(wú)機(jī)調(diào)節(jié)控制和換向控制。 對(duì)于類似液壓鑿巖機(jī)等具有轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)的液壓沖擊機(jī)械來(lái)說(shuō)，液壓控制系統(tǒng)中必須有轉(zhuǎn)釬回路。對(duì)于一般的鑿巖系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，通常采用手動(dòng)變量柱塞泵作為
轉(zhuǎn)釬泵，為了保證任何沖擊狀態(tài)下的無(wú)溢流損失，需要將泵的輸出流量定位轉(zhuǎn)釬馬達(dá)正常工作時(shí)需要的流量。由于轉(zhuǎn)釬壓力比較低，也可以使用齒輪泵作為轉(zhuǎn)釬泵，但是要設(shè)置一個(gè)節(jié)流閥調(diào)節(jié)它的流量，來(lái)滿足鑿巖過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)釬速度的要求。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制的液壓沖擊機(jī)械系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用比例變流量泵作為轉(zhuǎn)釬泵比較合理，如果采用電磁比例變量方式，計(jì)算機(jī)可以直接控制泵本身的電磁比例閥輸入電流來(lái)控制泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)任何鑿巖狀態(tài)下的無(wú)溢流能量損失。
3、 結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型液壓沖擊機(jī)械層出不窮，為我國(guó)的城市建筑、隧道工程以及能源開(kāi)發(fā)都做出了巨大的貢獻(xiàn)，液壓沖擊機(jī)械的核心部件設(shè)計(jì)理論和控制策略是一項(xiàng)基本的內(nèi)容，從此處著手，分析新型液壓沖擊機(jī)械的設(shè)計(jì)理論以及控制系統(tǒng)，為推動(dòng)我國(guó)液壓沖擊機(jī)械更好地發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
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