液压破碎锤冲击能的计算方法.pdf

*!#$%!上半月刊液压破碎锤冲击能的计算方法杨国平&!柴睿!%$上海工程技术大学!汽车工程学院!上海!*(#!$上海交通大学机械与动力工程学院!上海!*$!摘要!提出了一种计算液压破碎锤冲击能的计算方法$通过对某液压破碎锤冲击能的验算$说明该算法是正确的$可供工程技术人员在计算液压破碎锤冲击能时使用%!关键词!液压破碎锤&液压冲击器&冲击能&计算方法!中图分类号PH&!%!文献标识码+!文章编号%,&-#!#$%,EE,*T2.5/+,*-*&)L+/3+73/,2-.*,02(210L(&/73+0/.*&801224:,d75!N/0=Q47!液压破碎锤与液压挖掘机配套使用$主要用于矿山岩石的破碎#工程建设$特别是旧城改造#混凝土构件的拆除施工中%冲击能是液压破碎锤的主要性能参数$也是结构设计中确定主要尺寸的依据%对于液压破碎锤的冲击能$只需计算活塞在冲程运动过程中所做的最大功即可%本文对冲击能的计算作一分析%9!活塞冲程运动方程由图%可以看出$在冲程运动中活塞所受到的作用力$包括绝热膨胀引起的作用力!在液压冲击器中$活塞在密闭的气腔中高速往复运动$氮气中的热量来不及与外界进行热交换$这一过程可以看作是绝热过程$作用于活塞前后腔的液压力和活塞自重等%由于活塞是在油液中运动的$故可略去摩擦阻力的影响%由此$活塞运动规律按动力学的基本方程可表示为&1!51E!Y%2*%!2!V%2%&；!%式中!5)活塞冲程运动中的位移&)活塞质量&%)绝热膨胀后氮气压力&2*)活塞上端面的面积&2%)活塞前腔的有效作用面积&2!)活塞后腔的有效作用面积&%)活塞前腔的油液压力&%!)活塞后腔的油液压力%图9!活塞运动分析图根据液压冲击器工作原理可知$活塞在冲击时$活塞前腔与后腔经换向阀油路相连$则活塞前腔和后腔压力相等$只要流量足够$且在整个冲击过程变化不大$可认为始终等于系统压力%即!收稿日期!EVV!*!基金项目上海市科委科技攻关项目(%*($!通讯地址杨国平!上海市长宁区清池路%弄!号!室!*$!#$%!上半月刊*!%Y%!Y!式中!)液压冲击器系统压力%由气体绝热状态方程可得%8CY%8CY常数!*式中!%)氮气室充气压力&8)原始氮气容积&8)氮气绝热膨胀时的容积%根据活塞运动的几何关系可得8Y82*5!&将式!&代入式!*$整理可得%Y%882*!56!式中!6)绝热指数$对氮气6Y%$&%将式!#!&和式!代入式!%$整理可得&1!51E!Y%882*!562*!2!V2%G!(式中!G)活塞重力%式!(描述了活塞在冲程过程中冲击速度#冲击时间#冲击行程以及系统压力之间的关系%:!液压冲击器冲击能的计算若将式!(按做功形式改写$即在式!(的等式两边同乘以15$可得&1!51E!15Y%882*!562*!2!V2%,-G15整理可得&1!51E!15Y%2*58*+/062*!2!V2%1234G15!将式!对5进行积分(&1!51E!15Y(%2*58*+/062*!2!V2%1234G15!E当2%Y2!时$则!2!V2%Y$由式!E整理后可得MY%8%V6%2*8!K%V6GK4!#式中!K)活塞冲击到某一位置时活塞的行程%当活塞在回程制动结束#开始冲程运动的瞬间$活塞处于上止点$此时初始条件为KY#MY$代入式!#整理后求得积分常数4值$即4YV%8%V6!%将式!%代入式!#$整理后可得活塞冲击能的计算公式MY!$%8%V882*!K,-$&GK!%由式!%可知$只要知道液压冲击器的活塞重量#活塞行程#活塞上端面的面积#氮气室初始状态的充气压力和容积$就可以计算出液压冲击器的冲击能%当2%2!时$假设液压系统的油泵流量足够大$并在液压冲击器高压回路上安装高压蓄能器$保证液压冲击器在冲击过程能实时地补油$使液压系统压力始终恒等于溢流阀的调定压力$近似为一个常数%可得MY%8%V6%2*8!K%V,-6!2!V2%GK4!%!同理可推出MY!$%8%V882*!K,-$&!2!V2%GK!%*由式!%*可知$只要知道液压冲击器的活塞重量#活塞行程#活塞上端面的面积#活塞前$!#$%!上半月刊腔有效作用面积#活塞后腔有效作用面积#液压系统压力#氮气室初始状态的充气压力和容积$就可以由式!%*近似计算出液压冲击器的冲击能%G$氮气压力$#LI9$氮气室的容积%!&!&E$*%将相关参数代入公式!%*$计算结果见表%由表%可以看出$当工作压力不同时$其冲击能会发生变化%当工作压力为%!%(LI9时$液压冲击器的冲击能为&(*$!&E$3%而该液压锤的资料上标出的打击能量为&#&3$估计其值是工作压力为%!$LI9时通过实验得出的数值%与计算的结果相比稍小$其原因是在计算中忽略了摩擦#氮气热交换#高压油压力波动和换向阀动作等因素%因此$可用本文提出的算法对液压冲击器的冲击能进行估算%表9!冲击能计算结果工作油压LI9打击速度!W冲击能量3%$%&(*$%$%&$(%$!&$%$!E&E&$E%!$*&#%$#%!$*E&#$%*$&*($%*$&#%*$!%&$&!$*%&$#!$&%$(&*&$%$(#&%$(%($&E$,#上接第#页$!%从图和表!中可以看到$在铲斗张开最大时!称之为挖掘起始点$G型挖掘力最大$较9型大%#$(A$较型大&*$A%顺挖掘力特性曲线向右直到最大挖掘力出现这一段$都是G型最大$9型次之$型最小%这个特性非常重要$因为开始挖掘时$挖掘阻力最大$最需要大的挖掘力%一般最大挖掘力出现在.#$85%(O左右较佳$这点G型也较好%!再看铲斗油缸行程$G型的最大行程为%$9型为%($型是%(%&铲斗总转角差不多&油缸最小安装尺寸分别是(G型为!$9型#型为!*&%G型油缸行程最短$铲斗转动角度却稍大$表明它全转角挖掘最省时间$即挖掘速度最快%其余两种机构则速度近似$G型油缸最短#最经济$机构设计时也较易布置%由此看来$G型机构的挖掘性能具有一定优势$一些主要参数较佳%；:!三铰点连杆挖掘机构的应用三铰点连杆机构在挖掘性能和结构设计方面有某些重要优点$可以用于大#中#小型挖掘机$尤其用于短斗杆#大斗容挖掘机上有明显优势%当今挖掘机为追求高生产率$提高斗杆挖掘力$短斗杆#大斗容设计是一种新趋势$尤显现于大#中型挖掘机上%另外$挖掘装载机行车时要求铲斗收拢后所占空间最小$有的要求铲斗总转角达%#O$三铰点连杆机构很适合于铲斗大转角的设计%三铰点连杆机构在实际应用上一直存在技术或应用习惯上的障碍%它在连杆上多了一个销轴$与型一样$在小型挖掘机上为节约成本而不作为首选结构%最大的应用障碍是对其认识不足$它的设计计算方法特别$对于编程计算和