第二章 液压冲击机构的运动分析

1、第二章第二章 液压冲击机构的运动分析液压冲击机构的运动分析 阀配流液压冲击机构的计算任务 根据确定的泵的特性（额定压力及流量）及由工作条件所确定的液压冲击机构的作业参数来求活塞每一运动阶段的速度、位移和时间，同时求出活塞的受压面积等结构参数。 计算依据是保持液流连续性的条件以及活塞运动的微分方程。第二节 液压冲击机构活塞运动的三段分析法一、液压冲击机构的工作过程液压冲击机构研究的中心问题中心问题就是活塞在整个行程中，包括冲程行程和返回行程中的运动规律运动规律及换向的影响，同时还要研究伴随运动过程而发生的能量变换能量变换。阀配流型液压冲击器的工作过程：从回程开始，V=0， 开始回程加速 打开反馈

2、信号孔 阀切换 回程减速 制动（V=0） 冲程 （活塞临近冲击点前，) 打开反馈信号孔 阀切换。图2-1 液压冲击机构的活塞速度与流量变化运动过程分：回程加速阶段回程减速阶段冲程阶段二、活塞的运动学分析二、活塞的运动学分析 回冲加速比： 冲减加速比： 对于给定的冲击频率f，冲击能量Ei，在选定适当的冲击速度uim，冲击油压Pi和比值后，便可得到下面一系列式子来描述冲击机构活塞的各种运动学关系： ir di1计算假设：活塞运动过程中，油压不变计算假设：活塞运动过程中，油压不变 22imipuEmfT1idrtttTimpiuSt2 11ddrmrrmrtuut 22rrrtS 22dddtS （

3、2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）忽略停顿时间有：idrpuSSS22im （2-8）将（26）、（2-7）代入（2-8）得pddrrStt222pdddrStt222122pdrdSt2)(2122piidSt2)(12122piidSt2)(2112pidSt1121212(a)piddddStS112221212又ppidSS1112111（2-9）ppdprSSSSS111pS111（2-10）由（2-8）得 221impiuS 代入（） 得:impduSt1112（2-11）由（2-5） impdruStt1112（2-12）将（2-11）、（2-1

4、2）、（2-4）代入2-3得impuST)1(21（2-13）)1 (21sp令（2-14）)1 (1ur(2-15)由（2-13） TuSimspp (2-16)由（2-9） TuSSimspurpurd2121 (2-17)由（2-10）得 TuSimspurr21 (2-18)TuSuspimpimi222（2-19）Tuspimir2（2-20）Tuspimid112（2-21）由（2-5）得 imurrrrmutu （2-22） TuStspimpi22 （2-23）imimspurduTut121Tspur12（2-24）Tttspurdr112 （2-25）在1=1的理想状态下：

5、 2)1 (sp （2-26）1ur（2-27）设控制阀在回程与冲程换向切换油路所需的时间分别为：vt与ivt 令rvvtkt 、iivivtkt 回程控制油口位置（即从活塞开始回程到打开驱动控制阀换向的油口之间的距离）为：rvrvrvrrcSktkttS2222)1 (2)1 (2)(（2-28）冲程控制油口位置为：piviiviiviiicSktkttS2222)1 (2)1 (2)(（2-29）控制油口位置设计：控制油口位置设计：反馈信号口的预开量的确定反馈信号口的预开量的确定1、造成阀滞后的原因1）阀开口量在0.15mm以上时才能形成稳定的液流例如：假设活塞速度达到最大速度的0.9倍时

6、打开推阀，所需时间：)(9 . 0102 . 09 . 010max3max311秒VVltzz占阀切换时间占阀切换时间2%3%2）油液压力波传递需要时间液压波在油中的传播速度：8001200米/秒滞后时间：)(1000222秒zzlCltz3）、阀开始运动后，行至中位关闭进油口或回油口打开回油口或进油口0.2mm改变活塞前后腔油压滞后时间：)(2 . 0213秒vvvzSStt2、克服滞后的措施将反馈口位置提前适当加大信号口油孔油路和压力油、回油孔路（假设阀是匀加速运动）（假设阀是匀加速运动）结论：结论：冲击机构活塞有关运动学方面的工作参数都可用给定的冲击周期（频率）、冲击速度（能量）及两个

7、加速度比表示出来，而与输入的工作油压大小无关。三、活塞前、后腔的承压面积A2、A1的设计1、阻力系数（1）回油阻力系数K0 将回油压P0用供油压Pi来表示：P0K0Pi K00.060.12（2）综合阻力系数K综合阻力反映密封阻力、粘性摩擦阻力、液压卡紧阻力 供油压力P表示： PykyP (2-31) (2-30) Ky0.050.12、后腔控制式的A2(前腔面积)、A1(后腔面积)、1 回程加速阶段的受力简图piypyirmPAkAkmAPAPAP)1(1021022（2-32） 回程减速阶段的受力简图piyypyidmPAkAkmAAPAAp212121)1 ()1 ()()(（2-33）

8、 piypyirmPAkAkmAPAPAP)1(1021022冲程阶段受力简图piyypyiimPAkAkmAAPAAP212121)1 ()1 ()()(（2-34） 211200(1)(1) (1)(1) (1)(1)2(1)(1)ypiyypimpimAyyiispyyikkmkkm um UAkkkPPTkkkPT-（2-35）00222200(1)(1) (1)(1)2(1)(1)ypiypimpimAyyispyyiikkmkkm um UAkkkPkkkPTPT- (2-36) TUspimi2又（2-19） 当选定、K0、Ky后 yyyyykkkkkkk4)1)(1 ()1 (

9、)1 (0021反之，如果A1、A2已知，由（2-32）/（2-34）可得：21102)1 ()1 ()1 (AkAkAkAkyyy(2-38) 122AA)1 (1)1 (02yyykkkk（2-40） 3、双腔控制式的A2、A1piyrmpAkAk)1(102piydmpAkAk)1(201piyimpAkAk)1(201(2-41)(2-42) (2-43)TpumTpkkumkkpkkmkkAiimpAiyspimpyiyipy1202020201)1(2)1()1()1( (2-44)TpumTpkkumkkpkkmkkAiimpAiyspimpyiyipy2202020202)1(

10、2)1()1()1( (2-45)20020212)1)(1 ()1 (kkkkkkkyyyy (2-46)201102)1 ()1 (AkAkAkAkyy (2-47)122AA (2-48) 0021)1 (kkkkyy （2-49）当KOKY0时 212AAA（后控式） 12AA （双控式） (2-50) 1 (后控式） 2 （2-51） (双控式)所以，在理想状态下，回冲加速比就是活塞前、后腔所以，在理想状态下，回冲加速比就是活塞前、后腔有效油压面积之比有效油压面积之比 双控式）（后控式）(21211spspA（双控式）后控式）spspA2(22（2-52） （2-53）四、输入油量Q

11、i 1. 有效油量Ve ：(2-54) TVe有效流量Qe=（双控式）后控式）ppeSASAAV121()(1. 泄漏油量lV设前、后腔的泄漏计算系数分别为 、lK2lk1流经偏心环形间隙的流量：).(23511pl12dQe,偏心率QtV同心时的间隙量pQ22llKpQ11llK在一个周期中因泄漏损失的压力油体积： 双控式）后控式）()1 (2)()1 (2)(1121211212TPkkPttktkTPkkPttkTkViurlurlspiidlrliursplliidlll(2-55) 2. 行程损失油量Vu回程加速阶段消耗油的体积为Vr=A2Sr 动能回程减速阶段又可将体积为Vd=（A

12、1-A2）Sd（后控式）Vd=A1Sd（双控式）的高压油高压蓄能器TpVill如果ko=ky=0即1=1，则有Vr=Vd 当00ykk 即11时 VdVr 一个周期中由于行程损失消耗的高压油体积为：（双控式）后控式）iiurspAdriiurspAdpdruPESASAPESASAVVV)(2()(2121122121122（2-56） 称TVQuu 为行程损失流量 4.输入流量QiTpEpTTpSAATTpsATvvvQiiqililrilrulei211（2-57） 双控式）后控式）()1 (2(221221urspAurspAq式中（2-58） 五、高压蓄能器的充、排油量及充气容积与充气

13、压力活塞运动时前、后腔需要的流量与扣除泄漏量后的供油流量相等的时刻rgt、gt是两次充油与排油的转折点 设活塞此时的速度为Urg Ug,则有： gigrgrrgreutAAuAAtAuATsAQ2121221(后控式)（2-59） gigrgrrgreutAuAtAuATsAAQ112221(双控式) (2-60) 将（2-18）（2-19）（2-20）（2-39）代入，得： 双控式）（后控式）(122222222222TTtspurspurrg(2-61)（双控式）后控式）TTtspurspurg22222212(12（2-62） 122AA双控式）（后控式）(122232241223224

14、1iispurAiispurArgeuripEpEtQV（2-63） iispurspurAiispurspurArgreurmropEpEttQuAV222212222122112122（后控式） （双控式） （2-64） 22)2(222)(1r21geudeuimgeudeumitQtQUAtQtQUAAv双控式）后控式）()1 ()1 (22()1 (2)1(222221212122211221iispurspurspurAiispurspururApEpE（2-65） 22121gieuimgieuimottQuAttQuAAviispurspAiispurspApEpE222122

15、2121121112（后控式） （双控式） （2-66） eurmQUA2当 回程时蓄能器无排油过程 )712.(.1)702.()692.()682(.2222iispoiiurspiiiursproiispripEvpEvpEvpEvko=ky=0时 取Vo和Vi中最大者为蓄能器的设计排量Va 蓄能器工作时的最高压力与最低压力之比为，气体绝热指数为k（对于氮气k=1.4） )732(.2)722.(11/1/1kiaakkappVV ，工作压力波动愈小，但充气容积 ，一般=1.21.35。六、输入流量与其他参数间的关系pAiimmTpAU11由将（2-16）代入上式即可得 pspAipim

16、mpSAU112 （2-74）spAipimpipSAUmE112221（2-75） 由（2-16）和（2-74）得： ispppApAmST11（2-76） 将（2-75）、（2-76）代入（2-57）式，整理后可得到：ipilippQ（2-77 ）TpEpQiiqili11pimAim UAPT周期与工作压力有关周期与工作压力有关冲击能与工作压力成正比冲击能与工作压力成正比spimpUST0)2(2222iiilpilQpQp（2-78） 22222224)2(2lililpilpiQQQp（2-79） 式中 双控式）（后控式）.(.1.(.1312221312pApspurpApspur

17、pmSAmSA（2-80） 输入给定的液压冲击机构的高压油的流量iQ不同，iP、冲击周期（频率）T（f）、冲击iE能量 就不相同。其工作油压当泄漏不大，即0l22piiQp（2-81） 在无任何损失的理想工况下，有： 双控式）后控式）.(.2.(.2)1 (231223123ipsppipsppiQSAmQSAmp(2-82) 工作压力与流量的平方近似成正比！工作压力与流量的平方近似成正比！在无任何损失的理想工况下，1, 010ykk1ur2 （双控式）后控式）.21.(.211spspAppspspuripApspuripiimSAQmSAQQp31242131242221223123312

18、2222)1(121)1(ipspppsppiQSAmSAmQ（后控式） 23122ipsppiQSAmp（双控式） 第三节第三节 抽象设计变量法抽象设计变量法1）速度曲线的各段均为直线；2）控制阀的切换过程是瞬时完成的。活塞运动速度图速度图的分析：速度图的分析：1）两个三角形的面积相等。2）回程制动阶段与冲程阶段的速度在一条直线上。3）必须保证活塞的最大冲击速度m和周期为常数。4）T1、T2在在T上的分配比例不同，将引起上的分配比例不同，将引起m0不同。不同。基本假设：基本假设：定义：1TT为抽象变量，或称为运动学特征系数。运动学特征系数 的意义K点右移00S时，行程00.5,mmWMvv时 点与重合液压凿岩机有关参数与抽象变量之间的关系：1:TT冲程时间2:(1)TT回程时间:1