液压凿岩机的分析与设计【优秀机械毕业设计】【有三维图】
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液压控制系统的设计 作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段， 液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。 液压凿岩机是矿上机械的一种，作为开采矿山 的主要设备，适用于 各类矿石的开采 。本文根据 液压凿岩机 的用途特点和要求，利用液压传动的 基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。 液压凿岩机 的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫 布拉曼 (以水压机的形式将其应用于工业上 ,诞生了世界上第一台水压机。 1905 年他又将工作介质水改为油 ,进一步得到改善。 我国的液压工业开始于 20 世纪50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和 优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、 1 开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 本机器适用于 各种各样矿山 的开采 等 ， 本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。 19 世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和 污染等四个方面。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。 特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。 近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小， 重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的从 70 年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便； 2 of a a of of in of to of In of of in to of a In to it be of in to of is as to to a to to of of 3 is to as a to be by in a of as as as to to It (1) of as a of 2) to of a of of by in of of (3) of to in of of of be or In a in by so in 4 in an so as to of to of of in a In a at in to a to to be be be so to of of it is of be to 997, a to of of in In a in of 5 of of (1) of a of to By of of of of in of in to of as a in to of if to of of to of to of (2) in of of on a of (3) in in by to in to of a of 6 of to (4) a in a in by of be of In of to as as of at to as as in of be of as to in of so of (5) in of be as as as as to (6) of of a to of is in on of as 7 at of of of in at In at of in of 1st in of a be a is in in in of a is a to up in as a by of a in to of in 8 is of (1) in of is in of in of is a of of is a (2) In is In of as of of of is to is a or to is in 990s, s up on of up by It by of in of of 9 to of to of to of by a as a to to be in in a of to In to (1) on of a to by of of to of of at at of (2) of at of in to 10 (3) to in in to of of in is an to of to of in be of (4) to of be so as to of In of of of be C (5) of of an of of HS of of to (6) In of to of 11 of a to (7) to my in of at be to as o., s to of s of I a of to a 12 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 学北方信息工程学院 毕业设计 题 目 液压凿岩机的设计与分析 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 白东升 学 号 年级 级 指导教师 二 零一五 年 三 月 五 日 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 1 摘 要 在国民经济建设中，矿石是不可或缺的基础原材料。作为重要的基础产业，矿山开采行业的发展程度成为一个国家社会发展水平和综合实力的重要衡量指标。我国经济正处于高速发展期，基础设施建设成为国内投资最主要的方式。因此，矿山作为最主要的原材料之一，必然也处于扩张阶段。矿山生产过程中，大部分原料要进行矿山开采，矿山开采是生产矿山砖，柱子用量最大的原料，开采后的面积较大，硬度较高，因此矿山开采设备在矿山开采加工厂家中占有比较重要的地位。在新的市场需求的驱动下，矿山开采设备的更新和优化升 级更加迫切。国内矿山开采设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的矿山开采液压凿岩机械，在绿色环保化矿山开采的转变中挥积极作用。一般生产大型矿山开采液压凿岩机的企业对设备环保指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种题。 液压系统自世纪问世以来发展很快，在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压缸在结构方面，功能方面，已经比较成熟，目前国内外液压缸的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合 理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压缸两大组成部分的控制元件和执行元件，由于技术发展趋于成熟，国无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使液压缸在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压缸都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及其本身在液压系统中得到较广泛的应用作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手 段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。智能液压凿岩机是加工各种矿山开采的主要设备，适用于各类矿山开采厂的矿山开采的加工，如下料、开孔、开槽、拉伸等。本文根据智能液压凿岩机的用途特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过 必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。智能液压凿岩机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。随着经济的发展和人们生活水平的提 要求也进一步提高，因此矿山开采设备的需求量也逐年增加，由于天然矿山开采的不规则性和矿山开采资源的有限性使用使得矿山开采的合理使用方法 矿山开采液压式凿岩机得到迅速的发展，并通过中控系统来控制整个矿山开采机械的动作，使矿山开采的加工得到自动化的水平。因此液压凿岩机的需求量也大量增加，国内外各种高性能的液压凿岩机种类很多，但是价格也极为昂贵。 关键词： 矿石 矿山开采设备 液压技术 液压凿岩机 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 2 is a to do to a to or It in to in to in is of of it to on of of is to a by of to it of in in to in to in of of is 8H7 In of to of to of of in to is to of of as a by of to is to as a to be by in a of as of as a of to of a of of by in of of of to in of of of be or X 大学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 3 a in by so in to in an so as to of to of of in a In a at in to a of be be by of of X 大学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 4 目 录 1 绪论 .题的来源与研究的目的与意义 .压凿岩机的应用 .压凿岩机的组成 .压凿岩机的发展现状 .压凿岩机的分类 . 液压凿岩机的总体结构分析 . 压凿岩机的基本结构 . 压凿岩机冲击机构的结构类型 . 压凿岩机的冲击工作原理 . 液压系统的设计 . 压冲击机构控制原理 . 塞系统的设计 . 流阀系统的设计 .配流阀设计的基本要求 .能器的设计 .塞防空打装置的设计 . 拟定液压系统图 .择液压基本回路 . 液压系统的性能验算 .压系 统的压力损失计算 .压系统的热量温升计算 .论 .考文献 .谢 .X 大学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 5 1 绪论 题的来源及研究的目的和意义 液压凿岩机作为矿山开采的不可或缺的机械设备，在当代机械工业占据着非常重要的地方，随着国民经济的飞速发展，矿山开采设备也在不断地发展 。 液压凿岩机 首先是从美国开始研制的 。 1958 年美国联合控制公司研制出第一台液压凿岩机 。日本是 液压凿岩机 发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型 液压凿岩机 后，大力研究 液压凿岩机 的研究。据报道， 1976 年从事 液压凿岩机 的研究工作的大专院校、研究单位多达 50 多个。 1979 年 120 多个 大学和国家研究部门用在 液压凿岩机 的研究费用 42%。 1979 年日本 液压凿岩机 的产值达 443 亿日元，产量为 14535 台。其中固定程序和可变程序约占一半，达 222 亿日元，是 1978年的二倍。具有记忆功能的 液压凿岩机 产值约为 67 亿日元，比 1978 年增长 50%。智能 液压凿岩机 约为 17 亿日元，为 1978 年的 6 倍。截止 1979 年， 液压凿岩机 累计产量达 56900 台。在数量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50% 60%的速度增长。使用 液压凿岩机 最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到 1990 年将有 55 万 液压凿岩机投入到 矿山开采行业 工作。 第三代 液压凿岩机 则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统 柔性制造单元 (重要一环。 随着 液压凿岩机 的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。 当代科技发展越来越迅猛，工业的发展与经济的强大与否有着直接关系，所以迫切需要不断地研发出新型的适合多种类型的矿山开采加工设备 。 压凿岩机的应用 液压凿岩机 的运用在 矿山开采 领域十分的广泛，所以 矿山开采 技术也越发的需要改革进步。传统 矿山开采 方法：采用凿子和錾子等工具进行剥落和研磨方式来进行，这是老一套的做法。但是，这种传统方法由于粉尘和劳动强度过大、工效太低、尺寸精度和表面质量很差而逐渐的被淘汰了。目前中国陆续研制出了各种专用的 矿山开采设备，如 采煤机 、 液压凿岩机 、 掘进机 、 矿车等， 它们的工作效率大大超过手工加工，还实现了 矿山开采 的工业化批量生产。 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 6 压凿岩机的组成 液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、钎尾反弹吸收装置 组成。冲击机构是冲击作功的关键部件，它由缸体、活塞、换向阀、蓄能器等主要部件和导向与封闭装置等组成。在设计冲击机构前，首先应根据各方面的制造水平和外购件的质量水平等情况，确定采用单面回油前腔常压油型，还是采用双面回油型液压凿岩机。双面回油型的主要优点是：活塞形状最为合理，有利于提高活塞与钎具的寿命，增强破岩效果；排油时间长，回油管中峰值流量较小，减少了回油阻力和压力脉动；采用较高的压力油，供油流量较小，可使各方面的尺寸小一些。缺点是：阀和缸体结构复杂、工艺性差、要求加工精度高；回程制动阶段前腔可能有吸空现象 ；采用高压油需要加强密封。故只有加工设备与技术等个方面能够保证，此方案才可行。前腔常压油型的优点是：结构简单、工艺性好、制造成本低、回程制动阶段无吸空现象。缺点是：活塞形状不如双面回油型好、排油时间较短、回油管中峰值流量大、回油阻力和压力波动较大（此缺点可用回油蓄能器来减少其影响）。以上分析可知采用单面回油前腔常压油型较好。液压凿岩机的换向阀有多种多样的形式，概括起来有套阀和芯阀两大类，芯阀按形状又可分为柱状阀和筒状阀。 压凿岩机的发展现状 20 世纪 20 年代，英国人多尔曼在斯塔福德制造出第一 台液压凿岩机。大约 40 年之后，另一位英国人萨特立夫也制成了一台液压凿岩机。不久，美国 司根据尤布科斯专利制成了 型液压凿岩机。以上几种液压凿岩机都因一些关键的技术问题没能很好地解决，所以未能在生产中得到推广应用。 1970 年，法国蒙塔贝特（ 司首先研制成功第一代可用于生产的 液压凿岩机，开始在世界范围内应用液压凿岩设备。由于液压凿岩机和气动凿岩机相比具有明显的优越性，瑞典、英国、美国、德国、芬兰、奥地利、瑞士和日本等国陆续研制出各种型号的液压 凿岩机，使液压凿岩机技术和生产在 30 多年间有了很大发展。目前在国外，液压凿岩机已经成为导轨式凿岩机产品的主流。 90 年代先进国家的岩石开挖工程采用的液压凿岩设备占凿岩设备总量的 80%以上。其中瑞典 芬兰 国 公司的液压凿岩机及配套产品在世界上具有代表性。前两者的液压凿岩设备销售量占世界销售总量的一半以上。目前国外的液压凿岩机正向重型、大功率和自动化方向发展超重型大功率液压凿岩机已能钻凿直径 180学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 7 毫米的炮孔，凿岩速度是牙轮或潜孔钻机的 2，而能耗仅为潜孔钻 机的 1/4。我国开展液压冲击机械的研究工作起步于 70 年代初期，基本与国际研究水平同步，但由于当时我国液压技术发展较慢，液压凿岩机与液压碎石机未能在我国普遍推广应用。直到 80 年代，我国科研人员走技术引进和自行开发相结合的道路，在突破了试验研究的许多关键技术之后，取得了迅速的发展。 1980 年长沙矿冶研究院研制成功了我国第一台 80 型液压凿岩机，不久以后，由中南工业大学研制的 京科技大学研制的 5000 型液压碎石机和长沙矿山研究院研制D 型液垫式液压碎石冲击器也相继通过了国家有关部 门组织的技术鉴定。近年来，随着我国对外开放政策的深入和科学技术的长足进步，液压冲击机械这个新兴的技术产业也得到了迅猛发展，目前国内已经有十几家单位研制生产了数十种型号的液压凿岩机和液压碎石机的系列产品，在我国的能源开发、城市建筑、隧道工程建设中获得了较好的应用。 压凿岩机的分类 液压凿岩机的种类繁多，主要分为以下几个类型： 风动式 风动式以压缩空气驱使活塞在气缸中向前冲击 ，使钢钎凿击岩石，应用最广。 电动式 电动式由电动机通过 曲柄连杆机构 带动锤头冲击钢钎，凿击岩石。并利用排粉机构排出石屑，内燃式利用内燃机原理，通过汽油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，凿击岩石。适用于无电源、无气源的施工场地。 液压式 液压式依靠液压通过惰性气体和冲击体冲击钢钎，凿击 岩石。这些凿岩机的冲击机构在回程时，由转钎机构强迫钢钎转动角度，使 钎头 改变位置继续凿击岩石。通学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 8 过柴油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，如此不断地冲击和旋转，并利用排粉机构排出石屑，即可凿成炮孔。 内燃式 内燃凿岩机不用更换机头内部零件，只需按要求搬动 手柄 ，即可作业。具有操作方便，更加省时，省力，具有凿速快、效率高等特点。在岩石上凿孔，可垂直向下、水平向上小于 45垂直向下最深钻孔达六米。无论在高山、平地，无论在 40的酷热或零下 40的 严寒地区 均可进行工作，本机具有广泛的适应性 。 内燃凿岩机具有矿山开采凿孔、建筑施工、水泥路面、柏油路面等各种劈裂、破碎、捣实、铲凿等功能，广泛用于矿山、建筑，消防，地质勘探，筑路，采石，建筑，国防工程等。 2 液压凿岩机的总体结构分析 压凿岩机的基本结构 液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、供水排粉装置及防尘系统等部分组成， 其凿岩作业是冲击、回转、推进与岩孔冲洗功能的综合。目前各生产厂家的液压凿岩 机结构都不尽相同，各有自己的特点。如有带行程调节装置的，也有无此装置的；有 采用中心供水的，也有采用旁侧供水的；缸体内有带缸套的也有无缸套的；为了防止 深孔凿岩时钎杆卡在岩孔内拔不出来，国外有几种新型液压凿岩机在供水装置前面还 设有反冲装置。 其总体方案图结构图如下： 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 9 液压凿岩机总体方案结构图 压凿岩机冲击机构的结构类型 液压凿岩机按其冲击机构配油方式的不同可分为两大类 :有阀型和无阀型。前者按 阀的结构可分为套阀式和芯阀式 :按回油方式又有单面回油和双面回油两种 :单面回 油 又分为前腔回油和后腔回油两种。其分类关系及相应代表型号见表 2学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 10 压凿岩机的冲击工作原理 液压凿岩机以液压流体作为传递能量的介质，其冲击工作原理主要是由冲击机构 的配油方式决定的。（ 1）前腔回油后腔常压型液压凿岩机冲击工作原理此型液压凿岩机是通过改变前腔的供油和回油来实现活塞的往复运动的，有套阀式和芯阀式两种。图 2套阀处于左端位置时，高压油进入活塞前腔 A，由于活塞前腔受压面积大于 后腔受压面积，活塞前端作用力远大于后端作用力，故活塞开始作回程运动 (图 2当活塞回程到一定位置时，使推阀腔 切断，与回油腔 阀腔 是套阀作回程换向并向右快速运动，关闭活塞前腔的压油口，开启回油口，活塞前端作用力急剧减小使活塞处于制动运行状态 (图 2当活塞回程速度为零即到达回程终点时，活塞在后端作用力的作用下开始作冲程运动 (图 2当活塞在冲程中离冲击点还有一定距离时，推阀腔 相通，套阀进行冲程换向，在此过程中，活塞高速冲击钎尾 (2与 此同时，冲程换向完毕，活塞前腔进入高压油，又开始作下一次循环的回程运动。 3 液压系统的设计 压冲击机构控制原理 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 11 冲击工作原理主要是由冲击机构的配油方式决定的。（ 1）前腔回油后腔常压型液压凿岩机冲击工作原理此型液压凿岩机是通过改变前腔的供油和回油来实现活塞的往复运动的，有套阀式和芯阀式两种。图 2套阀处于左端位置时，高压油进入活塞前腔 A，由于活塞前 腔受压面积大于后腔受压面积，活塞前端作用力远大于后端作用力，故活塞开始作回程运动 (图 2当活塞回程到一定位置时，使推阀腔 切断，与回油腔 阀腔 是套阀作回程换向并向右快速运动，关闭活塞前腔的压油口，开启回油口，活塞前端作用力急剧减小使活塞处于制动运行状态 (图 2当活塞回程速度为零即到达回程终点时，活塞在后端作用力的作用下开始作冲程运动 (图 2当活塞在冲程中离冲击点还有一定距离时，推阀腔 相通，套阀进行冲程换向，在此过程中，活塞高速冲击钎尾 (2与此同时，冲程换向完毕，活塞前腔进入高压油，又开始作下一次循环的回程运动。 其中液压控制原理简图如下图所示： 液压冲击机构简化后的结构模型示意图。它主要由活塞、缸体、高压蓄能器、换向阀以及连接它们的油路组成。上部是活塞，下部是换向阀。在一个工作周期内，活塞和换向阀的各腔压力是交替变化的。冲击机构的工作状态包括四个部分： 1）冲程加速：冲程开始阀芯位于左端，活塞位于右端，高压油经油路 1进入缸体 后腔，推动活塞向左做加速运动。 2）冲程换向：活塞向左加速运动到预 定位置，打开冲程换向信号孔 M，高压油经 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 12 推阀油路 2进入配向阀左定位腔，推动阀芯向右做冲程换向，配向阀右控制腔中的液压油精推阀油路 3进入活塞中间腔，经回油通道 4返回油箱，为回程运动做准备，与此同时，活塞打击钎尾。 3）回程加速：完成冲程瞬间，活塞进入回程运动，高压油经进油路 5进入缸体前腔，推动活塞做回程加速运动。 4)回程换向：活塞向右做回程加速运动到预定位置，回程换向信号孔 压油精推阀油路 3进入配向阀右定位腔推动阀芯回程换向，配向阀做控制腔中的液压油经推阀油路 2、活塞中间腔和回油通道 4返 回油箱，阀芯运动到左端，为下一循环做好准备。 其中线性模型研究对液压冲击机构的运动作了必要的简化和假设，认为活塞的一个运动周期可分为回程加速、回程制动和冲程加速三个运动阶段，在这几个阶段内，利用活塞运动的二段分析和三段分析法进行液压冲击机构的研究和设计，不仅能很快得出明确的解析表达式，而且能很方便地进行冲击机构的结构参数设计。液压凿岩机冲击机构的活塞结构参数和运动学、动力学参数是紧密相关的，当确定一组性能参数时，会得到相应的结构参数。 令活塞冲程加速时间与活塞运动周期之比为，即：中 被称为冲程时间比或运动学特征系数，因为它是无量纲量，故将其定义为抽象设计变量。则根据活塞运动的三段分析法可得到下面一系列用抽象设计变量表示的运动学参数表达式。 冲程时间： ts= 回程时间： 1； 回程加速时间： ( 21 ； 回程制动时间： ( 22 ； 活塞行程： 21； 回程加速行程： v m (2)2(1 ； 回程制动行程： (2 32 ； 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 13 回程最大速度： 1； 冲程加速度： 回程加速加速度： )2(1 ； 回程制动加速度： 2； 式中： 回程制动加速度与冲程加速度的比值。由 以上 式 子 可求得：11由此可见，给出一个值便确定了液压冲击机构的所有运动学和动力学参数，因此可以把的设计视为液压冲击机构的一 种设计方法。的最优值在 间。 其中液压冲击机构方案简图如下： 液压冲击机构方案简图 塞系统的设计 活塞是液压凿岩机的关键零件，它设计的好坏直接影响机器的工作性能和寿命。 活塞设计的已知参数是冲击能 f，由用户或生产需要而定。需要设定的参 数是冲击末速度 p。根据我国目前钎尾允许应力计算， 般不大于 10 供油压力的选择应考虑机器的整体结构尺寸、制造工艺水平和密封性能，一般在 10 18体设计时应遵循以下原则： 1）活塞应为细长形，并减少不必要的断面变化，以利于提高能量传递效率和钎具 寿命。 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 14 2）活塞冲击头部的面积应尽量与钎尾端部的面积相等或接近，并要有一定的锥部 长度，以利于冲击波的传递。 3）要保证活塞全行程及超行程时不致损伤两端密封结构。 4）活塞应具有防空打功能，以免空打时撞坏缸体。 5）活塞的材质应具有较好的机械性能，即表面硬度高，心部韧性好，且具有较好 的耐磨耐冲击性能。 6）保证活塞重量和前后腔受压面积等于或接近已得出的结果参数。 7）应在综合考虑能量损 失、加工精度与过滤精度的基础上，确定活塞与缸体间合 理的配合间隙。 根据实际工况或用户要求确定冲击机构性能参数：冲击能 E 和冲击频率 f；根据我 国目前钎尾允许应力确定冲击末速度 据液压系统的承载能力确定供油压力 p；按 近似钎杆直径确定活塞冲击端直径 d。采用抽象设计变量理论可得如下活塞计式： 流阀系统的设计 液压冲击机构配流阀有多种结构形式，根据其配流系统工作原理的不同，一般可 分为行程反馈配流、压力反馈配流和电液控制强制 配流二种配流方式。轻型独立回转 液压凿岩机冲击机构采用行程反馈配流方式。这类冲击机构实际上是一种具有行程反 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 15 馈的阀控活塞随动系统，它工作时，配流阀从缸体反馈信号孔获得高压油推动阀芯换 向，以实现油路的切换，活塞则随供油规律的改变作周期性回程、冲程变速运动。具 体地说，阀芯的运动是通过活塞在缸体内的行程反馈信号来控制的，从而实现了配流 阀控活塞系统中阀与活塞的互动控制。 流阀设计的基本要求 配流阀是液压冲击机构的重要组成部分，它对活塞的控制属于开关型控制，阀芯 的运动速度和运动时间直接决定 着活塞的运动频率，因此，必须保证阀芯运动的快速 性。配流阀阀芯质量越小、推阀面积越大、运动行程越小，则阀的运动频率越高。但 增加推阀面积，必然会增加配流阀的耗油量，虽然阀芯运动所消耗的压力油对于液压 冲击机构的工作是必不可少的，但对液压冲击机构的输出功来说却是一种能量损失， 所以增加推阀面积会降低冲击机构的效率。阀芯的运动行程越小，则阀的开口量就越 小，油液流经阀口时的压力损失越人，可见阀芯的运动行程也不能太小。所以，在设 计配流阀时，必须在保证阀芯动作快速、稳定的基础上，使配流阀的能量损失最小。 具体设计 时应遵循以下原则： 1)阀芯两端受力应始终处于不平衡状态，以保证阀芯稳定在冲程或回程的配油位置； 2)在保证阀口全流量时不致有过大阻力的情况下，行程尽可能短些，重量尽可能轻些，以减少耗油量和提高换向速度； 3)要保证最小封油长度和进入缓冲油垫的长度； 4)保证阀芯两端推阀面积满足参数计算的要求。 能器的设计 高压蓄能器是液压冲击机构最重要的部件之一。由于活塞运动速度在往复运动过 程中变化很大，活塞撞击钎尾时的速度最高可达 9m/且撞击后其速度很快降 为零，因 此，活塞运动所需的流量变化也很大，尤其是活塞撞击钎尾前后，流量瞬间 由最大降为零，这样大的流量变化目前还没有任何液压泵能够适应。另外由于油液的 可压缩性很小，系统的高速换向会产生很大的液压冲击，使系统的压力高出正常工作 压力的几倍，这样的高压会导致系统管路及元件的损坏，所以必须采取措施来补偿流 量瞬变和压力瞬变，一般的液压冲击机构通常采用安装蓄能器的办法来解决。高压蓄 能器的作用是减小液压泵的最大输出流量，平衡整个工作过程中的流量，从而在不损 失能量的条件下使系统压力波动减小。一般在阀控式液压冲击机构中采用 隔膜式蓄能 学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 16 器来满足其频率响应的需要。使用蓄能器能提高液压冲击机构的效率，延长其使用寿 命。如图所示，隔膜式蓄能器由容积大致相等的上、下两部分组成，在正常工作的情况下，要求隔膜振动时偏离中间位置的距离基本相等 根据线性理论的活塞运动三段分析法，在活塞的一个运动周期中，高压蓄能器的充排油
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