文档介绍：液压冲击器抽象变量设计理论
杨襄璧 1,罗铭 2
(,湖南长沙 410083;
,安徽马鞍山 243002)
摘要:提出了液压冲击器抽象变量设计理论,将非线性的液压冲击器的研究实
现了线性化,并深入地揭示了系统内部运行的规律性;给出了系统的设计计算理论
和方法,形成了完整的理论体系和设计计算体系;既能根据对液压冲击器的技术性
能要求,简单、方便地设计出液压冲击器,也能根据己知液压冲击器的结构参数反
演推导出其技术性能特性(参数)。为纯液压式、气液式和氮爆式液压冲击器建立了
统一的工作理论;提出了以抽象变量为基础的液压冲击器独特的优化设计方法;分
析了气液式(氮爆式)液压冲击器的技术特征,为其产品开发和正确使用提供了理
论基础。
关键词:液压冲击器;抽象设计变量;流量特性;等值力原理
中图分类号:TH113 文献标识码:A
储存能量;活塞冲程时则不使用液压,完全
1 前言
靠氮气的储能推动作功,故它冲程时不消耗
所谓液压冲击器,系指以液压为动力推液压油,效率较高。
动活塞往复运动,向外输出冲击能实现锤击液压冲击器问世至今己五十多年了。这
作业的一类机械装置。由于液压冲击器的种五十年来经过市场竞争和不断的完善,从工
类繁多,为了理论研究的方便,笔者将其工作原理到结构性能,从产品品种到制造工艺
作原理抽象地概括为三种类型: 都已经相当成熟了,完全能够满足施工现场
(1)纯液压式工作原理:该原理的特征的各种需要。液压冲击器产品的应用范围还
在于其工作介质只有一种———液压油,活塞在不断扩大,己经形成了一个独立的新兴产
往复运动全靠液压油来推动。这种原理的液业;其发展虽然迅猛,但对其设计理论的研
压冲击器有前腔常压、后腔常压和前后腔变究却相当不成熟, 大大地滞后于产品的发
压式工作原理之分。纯液压式工作原理的液展,故近年来其发展几乎处于停顿状态。这
压冲击器,主要用于高频、小冲击能的液压种现状的产生,究其原因主要是液压冲击器
凿岩机。的结构虽简单,但系统的非线性却给理论研
(2)气液式工作原理:该原理的特征在究和技术创新带来了极大困难;设计计算不
于其工作介质既有液压油又有氮气,两者联能求得解析解,理论分析也十分困难。近年
合工作。气液式液压冲击器,主要用于液压来应用数值法对非线性的液压冲击器系统
破碎锤、液压打桩机和液压锻锤等低频、大进行的理论研究, 已经取得了一定的成绩,
冲击能的液压冲击设备上。但因其数学模型复杂,假设较多,且因多次
(3)氮爆式工作原理:其工作介质的特迭代的失真,计算结果往往不够准确,很难
征在于既有液压油又有氮气,与气液式不同做到符合实际的理论抽象。因此,非线性系
的是,活塞回程时用液压推动,并在氮气腔统的理论研究,尚未进入满意的实用阶段。
44 凿岩机械气动工具,2012(1)
笔者多年来一直从事液压冲击器的理论把活塞加速到要求的的时间将很短越
υm ,υm
和实验研究,在实践的基础上提出了一种较高则这时间将越短,无法满足低频的要求。
为实用的《液压冲击器抽象变量设计理论》。因为低频意味着活塞的循环时间和冲程
该理论可方便地求得解析解清晰地揭示出时间都较长而高必然导致冲程时间和循
, , υm
系统内部的运行规律,为科学的设计提供理环时间的缩短,即冲击机构的频率高,无法满
论依据。足低频的设计要求。当然也可以采用加大活
塞运动力和降低的技术路线提高冲击能
2 液压冲击器设计计算基础υm ,
和降低频率。但会加大机构的结构尺寸,也不
液压冲击器设计计算基础知识
理想。总之,设计时必须根据使用条件综合考
液压冲击器的性能参数
虑。
主要指冲击能和频率前者表
(W) ( f )。(2) 工作流量 Q—这是液压冲击器工作
明液压冲击器的工作能力而后者则表明其
, 时泵输给它的入口流量,属独立变量。液压冲
工作效率的高低两者的乘积就是其功率输
, 击器工作时,表现出的一切行为和性能,都随
出即因此在液压冲击器设计时
, N=W× f。, , 它的变化而变化,而不是相反!
必须协调冲击能与频率之间的合理配
W f (3)工作压力 P —这是液压冲击器工作
置关系求得在装机容量最小的前提下机器
, , 时系统要求的工作压力, 即保证实现其性能
的工作效率最高例如对液压破碎锤而言
。, 参数必须的系统压力。工作压力 P 是因变
要求大的冲击能并适当降低冲击频率
W, f, 量, 随输入流量 Q 和结构参数的变化而变
以满足增大冲击力和提高破碎效