资源描述：
Ma r ．2 01 3 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g Vo 1 ．41 No ．6 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 6 ． 0 2 2 De s i g n a nd Re s e a r c h o n t he Le n g t h o f Pi s t o n’ s Buffe r Oi l M a t Ar e a o f a Ne w Ty pe o f Hy d r a u l i c Ro c k Dr i l l WAN S h e n g ，XI E Xi a o l i S i c h u a n En gi n e e r i n g T e c hn i c a l Co l l e ge，De y a n g 61 80 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t F o r t h e c o mp l i c a t e d wo r k i n g c o n d it i o n s o f r o c k d r i l ls，s u c h a s a c r a c k i n t h e r o c k ，u n e - v e n h a r d n e s s o f r o c k a n d i mp r o p er o p er a t io n，t h e p is t o n o f r o c k dr il l i s u n a b le t o h it s t e e l c h i s el t a il p r o mp t ly ． T h e r e f o r e ， t h e e mp t y h i t t i n g p h e n o me n o n a p p e a r s ．T o a v o i d t h i s p h e n o me n o n ，it i s n e c e s s a r y t o d e d u c e l e n g t h o f t h e p is t o n b u ff e r oil ma t a r e a．Ac c o r d i n g t o c o n s t a n t d e c e l e r a - t i o n b u ffe r s t a g e mo t i o n a n d v a r i a b l e d e c e l e r a t io n b u ff e r s t a g e mo t i o n o f t h e p is t o n f or a n e w h y - d r au l i c r o c k d r i l l ， t h e p i s t o n d y n a mic s e q u a t i o n s we r e l is t e d s e p a r a t e l y i n t h i s p a p e r ． F u r t h e r mo r e ，p i s t o n’ s mo v i n g v e l o c i t y a n d a c c e l e r a t i o n f o r mu l a s a r e d e r i v e d d u r i n g i t s e mp t y h i tt i n g b u ff e r s t a g e ．An d t h e d e s i g n an d c a lc u la t i o n me t h o d o f t h e len g t h o f p is t o n’ s b u ff e r o i l ma t a r e a i s o b t a i n e d． K e y wo r d sn e w t y p e o f h y d r au l i c c r o c k d r i l l ，i mp a c t p i s t on，t h e l e n g t h o f p is t o n’ s o i l ma t a r e a Pe r c us s i v e r o c k d ril l i s i mp o r t a n t e q u i p me n t i n mi n i n g a n d q ua r r y i n g． W i t h t h e d e v e l o pme n t o f e x - t r a c t i v e i n d u s t rie s ， wo r k i n g b e h a v i o r o f h y d r a u l i c d r i l l ma c h i n e i s i n a n i n c r e a s i n g l y h i g h d e m a n d [ 1 4 ] ．C o mp a r e d w i t h a u t o m a t i c r e v e r s i n g d e v i c e o f t r a - d i t i o n a l h y d r a u l i c d ri l l ma c h i n e，t h e n e w t y p e o f h y d r a ul i c d ril l ma c h i n e ha s t wo - -p o s i t i o n t wo - wa y h y - - d r a ul i c c o n t r o l l e d r e v e r s i ng v a l v e a n d t wo p o s i t i o n f o u r wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e，wh i c h i s c o n n e c t e d wi t h t wo p o s i t i o n t wo - wa y s o l e n o i d v a l v e，p r e s s u r e r e l i e f v a l v e，pr e s s u r e r e d uc i n g v a l v e， r e s t r i c t i v e v a l v e a nd c h e c k v a l v e s u c c e s s i v e l y． Th e a d v a n t a g e s o f t h i s k i n d o f d ri l l m a c h i n e ’ s p l u n g e r t i p a r e t h a t t h e d i r e c t i o n c o mmu t a t i o n i s n i mb l e，r e l i a - b l e， h i g h f r e q ue n c y， qu i c k r e p o s i t i o n． An d t he p l u n g e r t i p a l s o c a n a c h i e v e s e l f a d a p t i v e c o n t r o l u n d e r d i f f e r e n t o pe r a t i o n c o n d i t i o ns s u c h a s c l a y， r o c k s，s a n d s t o n e ．Be s i d e s，i t h a s t he f e a t ur e s o f hi g h Re c e i v e d201 3一O10 9 W AN Sh e n g． E ma i l wa ns he ng www 1 63． c o rn e ffic i e n c y a n d l o w e n e r g y c o n s u mp t i o n ．Ba s e d o n t h e o p e r a t i n g e n v i r o nme nt o f t h e n e w h y d r a u l i c d ril l ma c h i n e，t h e p a p e r g i v e s t h e l e n g t h o f p i s t o n’ s bu f f e r o i l ma t a r e a，wh i c h i s d e t e r mi n e d t o a v o i d t he e mp t y h i t t i n g ． 1 ． h y d r a u l i c p u mp， 2． r e l i e f v a l v e， 3． i mp a c t me c h a n i s m ，4． h y d r a u l i c c o n t r o l o n e wa y v alv e， 5． p r e s s u r e - r e d u c i n g v alv e， 6， 1 0， 1 2， 1 5． t h rot t l e v alv e， 7．t w o - po s i t i o n t wo wa y s o l e n o i d v a l v e ， 8， 1 1 ． c h e c k v alv e，9． t wo p o s i t i o n f o u r wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v alv e， 1 3， 1 4．t wo p o s i t i o n t wo wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e Fi g． 1 Ope r a t i ng p rin c i p l e o f t he i mpa c t me c ha n i s m o f a n e w h y d r a u l i c d ril l ma c h i n e d i a g r a m Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e rin g 1． Op e r a t i n g pr i nc i pl e o f t h e i mp a c t me c h- a ni s m o f a n e w h y dr a u l i c d ril l ma c hi n e T h e t wo ． p o s i t i o n h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e ，wh i c h i s e q u i p p e d i n t h e p l u n g e r c h i p o f n e w t y p e h y d r a u l i c a u t o ma t i c r e v e r s e wo r k i n g d e v i c e ， c o me f r o m p a t e n t Z L 0 3 1 3 4 5 6 8 ．9 ． T h e o p e r a t i o n p r i n c i p l e o f t h e p a t e n t w i l l n o t b e me n t i o n e d i n t h i s p a p e r ．O p e r a t i o n p r i n c i p l e o f t h e i mp a c t me c h a n i s m o f t h e n e w h y d r a ul i c d ril l ma c hi n e i s s h o wn i n Fi g ． 1 ． I n t h e i n i t i al s t a t e ．t h e i mp a c t p i s t o n D i s l o c a t e d a t rig ht s i d e d i s p l a c e me n t b y a c t i n g f o r c e o f H c a v i t y g a s s p rin g．P u mp 1 o ut l e t i n ma i n o i l s y s t e m i s c o n ne c t e d wi t h o ut l e t P o f t wo ．． p o s i t i o n f o u r ． ．wa y h y dr a u l i c c o n ． ． t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9． whi c h i s ma d e o f v a l v e p l u g t o - - o u t l e t A a n d p i p i n g - t o - -o u t l e t X t o f o r m s t r a i g h t wa y s t a t u s ． e n p u mp 1 c o me s i n t o o p e r a t i o n，p r e s s u r e o i l flo ws f r o m o u t l e t X t o fig h t c a v i t y F o f i mp a c t p i s t o n D，a t t h e s a me t i me，h y d r a u l i c c o n t r o l o n e ． wa y v a l v e o p e n s a n d o i l i n 1 e f t c a v i t y C p a s ． s e s t h r o u g h o u t l e t U。h y d r a u l i c c o n t r o l o n e ． wa y v a l v e 4。o u t l e t B a n d O o f t wo ． p o s i t i o n f o ur ． wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9，t h e n r e fl o w s t o t a n k ． An d t h e n i mp a c t p i s t o n D b e g i n s mo v i n g t o l e f t u n t i l r e a c h i n g l e ft． mo s t b i t 。t h u s o u t l e t W a n d c a v i t y F a r e c o n n e c t e d ．L a t e r o n，p r e s s u r e o i l fl o w s fr o m c h e c k v a l v e 1 1。t h r o t t l e v a l v e 1 0．a n d e n t e r s i n t o e x t e r n a 1 ． c o n t r o l o u t l e t K o f h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9，a n d i t s ma i n v a l v e p l u g mo v e s t o rig h t s i d e a n d r e - v e r s e t o ma k e i t s o u t l e t P a n d o u t l e t B．o u t l e t A a n d o u t l e t 0 w i l l b e c o n n e c t e d s e p a r a t e l y ．An d p r e s s u r e o i l fl o ws fro m o u t l e t P，o u t l e t B，h y d r a u l i c c o n t r o l o n e ． wa y v a l v e 4 a n d o u t l e t U e n t e rin g i n t o c a v i t y C． t h e n p a s s e s b y c a v i t y F。o u t l e t X，o u t l e t A a n d o u t l e t D t o f e l l o w t o 0 i l r e t u rn t a n k．An d t he n i mp a c t p i s t o n D a c c e l e r a t e s t o ri g h t s i d e b y f o r c e o f p r e s s u r e o i l a n d g a s s pr i n g i n c a v i t y H． W h e n i t i s a c c e l e r a t i n g t o ri g h t s i d e。d u e t o d i f f e r e n c e o f r o c k me d i u m’ s h a r d ． n e s s ，t h e p i s t o n wi l l a c t i n t he t wo wa y s，o n e i s t h e p i s t o n’ s u n ． f u 1 1 ． t r a v e l mo v e me n t a n d r e b o u n d u n d e r t h e c o nd i t i o n o f c r a s h i n g i n t o h a r d r o c k s．t h e o t h e r i s t h e p i s t o n’s f u 1 1 一 t r a v e l mo v e me n t a n d wi t h o u t r e ． b o u n d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f c r a s h i n g i n t o s o ft c l a y a n d s a nd s t o n e s ． T he a u t o ma t i c mo v e me n t p r o c e s s o f s p ring b a c k o c c u r r i n g mi d wa y i s a s f o l l o ws ． W he n h i t t i n g h a r d r o c k b y pl u ng e r c h i p G，i mp a c t p i s t o n D i s b o u n c e d b a c k b e f o r e r e a c h i n g t h e b o t t o m o f t h e c y l i n d e r l i n e r ．As a r e s u l t ．pr e s s u r e i n t h e l e f t c a v i t y C o f i mp a c t p i s t o n D r i s e s t o mo r e t h a n s y s t e m s e t t i n g p r e s s u r e， wh i c h i s t r a n s mi t t e d f r o m o u t l e t Y t o o u t l e t K o f t wo ． p o s i t i o n t wo ． wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v alv e 1 4 ．An d i t s ma i n v alv e p l u g mo v e s t o ri g h t s i d e a n d r e v e r s e s ．a n d i t s o u t l e t P a n d o u t l e t 0 a r e c o n n e c t e d t o ma k e t h e p r e s s u r e o f o u t e r ． c o n t r o l l e d o u t l e t K o f t w o ．． p o s i t i o n f o u r ． ．wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9 r e a c h z e r o ．Th e v a l v e 9 h a s r e s e t t o l e ft l o c a t i o n，p r e s s u r e o i l g o e s t h r o u g h o u t l e t P，o u t l e t A a n d o u t l e t X o f v a l v e 9．e n t e r s i n t o c a v i t y F o f i mp a c t p i s t o n D ，fl o ws t h r o u g h c a v i t y C，o u t l e t U， h y d r a u l i c c o n t r o l o n e ． wa y v a l v e 4。o u t l e t B a n d o u t l e t D o f v a l v e 9。r e t u rn s t o o i l r e t u rn t a n k．f i n a l l y i m． p a c t p i s t o n D mo v e s ba c k t o l e ft s i d e，a n d t h e n t h e n e x t l o o p be g i ns ． Th e o t h e r k i n d o f p r o c e s s o f i mp a c t p i s t o n D ’ s f u 1 1 ． t r a v e l mo v e me n t wi t h o u t r e b o u n d i s l i s t e d b e l o w． W h e n h i t t i n g s o f t b y p l u n g e r c h i p G．i mp a c t pi s t o n D mo v e s wi t h f u 1 1 t r a v e l t o i t s r i g h t mo s t l o c a t i o n，o u t l e t V i s c o n n e c t e d wi t h c a v i t y C．p r e s s u r e o i l fl o w s fr o m o u t l e t V t o c o n t r o l l o ut l e t t o f t wo ． p o s i t i o n t wo ． wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 1 3．a n d i t s ma i n v a l v e p l u g mo v e s t o ri g h t s i d e a n d r e v e r s e s ，a n d i t s o u t l e t P a n d o u t l e t 0 a r e c o n n e c t e d t o ma k e t h e p r e s ． s u r e o f o u t e r ．． c o n t r o l l e d o u t l e t K o f t wo ．． p o s i t i o n f o u r ． ． wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9 r e a c h z e r o ． T h e v a l v e 9 h a s r e s e t t o l e f t l o c a t i o n。p r e s s u r e o i l g o e s t h r o u g h o u t l e t P，o u t l e t A a n d o u t l e t X o f v a l v e 9，e n t e r s i n t o c a v i t y F o f i mp a c t p i s t o n D ， flo ws t h r o u g h c a v i t y C，o u t l e t U，h y d r a u l i c c o n t r o l o n e wa y v a l v e 4，o u t l e t B a n d o u t l e t 0 o f v a l v e 9，r e t u rns t o o i l r e t u rn t a n k，f i n a l l y i mpa c t p i s t o n D mo v e s b a c k t o l e f t s i d e ．a n d t h e n t h e n e x t l o o p b e g i n s ．On t h e o i l p a s s a g e o f o u t e r -- c o n t r o l l e d o u t l e t K o f t w o - -p o s i t i o n f o u r ． wa y h y d r a ul i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9。t h e r e i s a r e s e t 。 c o n t r o l l e d t w o ． p o s i t i o n t w o ， w a y s o l e n o i d v a l v e 7．W he n t h i s v a l v e i s e n e r g i z e d．t h e p r e s s u r e o f o u t e r ．． c o n t r o l l e d o u t l e t K o f t wo ． ．po s i t i o n f o ur ．． wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e 9 i s z e r o ．Va l v e 9 h a s r e s e t t o l e ft l o c a t i o n ．i t s o u t l e t P a n d o u t l e t A a r e c o n n e c t e d，a n d i mp a c t p i s t o n D mo v e s b a c k t o 1 e ft s i d e b y ma i n o i l p a s s a g e． 2． De s i g n o f t he l e ng t h o f p i s t o n’s bu ffe r o i l ma t a r e a T h e o b j e c t o f t h i s p a p e r i s t o d e s i g n t h e p i s t o n ’ s b u f f e r o i l ma t a r e a l e n g t h o f a n e w t y p e o f h y d r a u l i c d ril l ma c hi n e，a n d t h e e q u i p me n t s t r u c t u r e i s s h o wn W AN S he n g，e t a l De s i g n a n d Re s e a r c h o n t h e Le n g t h o f P i s t o n’ s Bu f f e r Oi l Ma t Ar e a o f a Ne w T y p e o f Hy d r a u l i c Ro c k Dr i l 1 ．．．．．．．．．．． i n Fi g ．2．W h e n p i s t o n o u g h t t o h i t bu t no t h i t t h e s t e e l c h i s e l t a i l ，whi c h i s c a l l e d pi s t o n’ s e mp t y h i t r i n g， t wo po s i t i o n f o ur wa y h y d r a u l i c c o n t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e ha s c o mpl e t e d s t r o k e r e v e r s i n g， t h e n h i g h pr e s s u r e o i l e n t e r s i n t o p rio r c a v i t y i n Fi g ． 2． Be i ng mo v i n g wi t h hi g h s p e e d， p i s t o n c a n’t be s t o p p e d b y h y d r a u l i c p r e s s u r e f r o m mo v i n g p r o mp t l y， bu t e n t e r s i n t o b u f f e r o i l ma t a r e a a t a s p e c i fie d ma x i - mu m s p e e d w h e n h y d r a u l i c o i l i s s u r r o u n d e d i n s i d e bu f f e r ．Du rin g t h e p r o c e s s o f b u f f e r i ng，a c c e l e r a t i o n o f p i s t o n i s v a rio us ．Ac c o r d i n g t o t h e e v o l u t i o n o f a c c e l e r a t i o n．t h e b u f f e r i s d i v i d e d i n t o t wo p a r t s ．I n F i g ．2。s y s t e m o f r e c t a n g u l a r c o o r d i n a t e s i s e s t a b l i s he d t o c l e a r pi s t o n’ s mo v e me n t s t a t u s ． W h e n ， ≤ 0．t h e p i s t o n l o c a t e s i n t h e fi r s t b u f f e r a r e a， t h a t i s u n i f o r ／ n r e t a r d e d mo t i o n b u f f e ri n g are a ．Wh e n x≥ 0．t h e pi s t o n l o c a t e s i n t h e s e c o n d b uf f e r are a， t h a t i s v a ria b l e d e c e l e r a t e d mo t i o n bu f f e ring a r e a ． t h e f i r s t t h e s e c o n d c y l i n d e r b o d y p i s t o n b u ffe r a r e a b u f f e r a r e a b e h i n d c a v i t y mi d c a v i t y f r o n t c a v i t y F i g ． 2 Eq u i p me n t s t r u c t u r e d i a g r a m o f d e s i g n i n g o f t h e p i s t o n’ s b u ff e r o i l ma t a r e a l e n g t h o f a n e w t y p e o f h y d r a u l i c d r i l l ma c h i n e 2． 1． Ana l y s i s o f t h e fir s t b uffe r a r e a On t h e c o n d i t i o n t ha t c h i s e l t a i l b u t n o t h i t i t ， p i s t o n o ug h t t o h i t t h e s t e e l wh i c h i s c a l l e d p i s t o n’s e mpt y h i t t i n g， t wo - p o s i t i o n f o ur wa y h y d r a u l i c c o n 。 t r o l l e d r e v e r s i n g v a l v e ha s c o mp l e t e d s t r o k e r e v e r s - i ng ．Th e n hi g h p r e s s u r e o i l e n t e r s i n t o f r o nt c a v i t y a s s ho wn i n Fi g ．2．a n d be h
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