液压凿岩机防空打装置的特性分析与优化设计.pdf

I 訇 化 液压凿岩机防空打装置的特性分析与优化设计 Char ac t er i st i c an al y si s and op t i m i z at i on des i gn of ant i - em pt y i m pact equi pm ent f or hy dr aul i c r ock dr i I I 耿晓光，马飞，李叶林 ，马威 ，王顺凯 GENG Xi a o ． g u a n g，MA F e i ，L I Ye ． 1 i n ，MA W e i 。W ANG Sh u n ． k a i 北京科技大学 机械工程学院，北京 1 0 0 0 8 3 ‘ 摘要 液压凿岩机防空打装置为应对凿岩过程中的 “ 空打”现象而设计，可以有效地保护凿岩机缸体 和活塞。首先介绍了防空打装置的结构和工作原理，然后分过程、分阶段地建立数学模型， 随后应用MA T L A B 软件进行求解，得到活塞从减速制动到加速复位整个过程的仿真曲线。通 过仿真曲线，可以实时观察活塞的速度、位移和缓冲腔压力的变化。最后，分析了影响防空 打装置效能的因素 ，对比不同环形泄漏间隙值下的仿真曲线，得到满足结构、工艺和效能的 最优化设计。 关键词液压凿岩机；防空打装置；数学模型；动态仿真； 优化设计 中圈分类号T D 4 2 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 o 8 下 -o l 5 0 - 0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 8 下 ． 3 9 0 引言 液压 凿岩机通过活 塞撞击钎尾 ，再经 由钎杆 和钻头 ，最终将能量传递给岩石，同时结合钻头 的旋转进行破岩 。正常情况下，冲击活塞在高压 油的作用下加速运动 ，并 以最大速度撞击钎尾 。 但 当岩石 出现裂隙 、溶洞或者操作不 当时 ，钻头 不能抵紧岩底 ，钎尾回不到正常位置 ，最终导致 冲击活塞撞击不到钎尾，从而 出现凿岩机 “ 空打” 现象。如果没有防护措施 ，冲击活塞将直接撞击凿 岩机缸体 ，不仅产生振动和噪声，还会对缸体造成 破坏，影响工作的可靠性和使用寿命u l2 1 。 因此，凿岩机 必须配备防空打缓 冲装置 。本 文 以双面 回油型液压凿岩机为例 ，对其防空打装 置进行特性分析和优化设计 。 1 结构模型和工作原理介绍 活塞 } 图1 冲击机构工作示意图 图1 为凿岩机冲击机构的工作示意图，凿岩机 的高频冲击是在活塞和换 向阀的配合下完成 的， 两者组成液压随动机构 。当凿岩机 正常工作时 ， 冲击 活 塞在一 个 周期 内的运 动可 以分 为 四个过 程 ，分别是冲程加速 、碰撞反弹、回程加速和回 程制动 。在冲程加速阶段 ，换向阀芯位于右位 ， 高压油进入缸体 后腔 ，冲击活塞加速左移 ，缸体 前腔油液经 由换 向阀流 回油箱 ；碰撞反弹发生在 冲程加速末，碰撞过程瞬 间完成，且右侧信号孔 已经打开，信号油推动换 向阀芯换 向，为活塞 回 程做 好准 备 ；回程 加速 阶段 ，换 向 阀芯位 于左 位 ，高压 油进入缸体前腔 ，活塞加速右移 ，后腔 油液经由换向阀流 回油箱 ；当活塞右移将左侧信 号孔打开 以后，信号油再次推动换 向阀芯换 向， 高压油进入缸体后腔，活塞减速直到停止【 3 。 冲击 体 图2 防空打装置结构示意图 当 “ 空打 ”现象发生时 ，活塞在冲程 加速末 了时刻不能通过碰撞钎尾实现反弹 。此时 ，防空 打装置发挥作用，图2 为其结构示意图。 暇稿日囊2 0 1 4 - 0 6 -1 8 基金焉目 “ 十二五”国家科技支撑计划项目金属矿山大功率高效开采设备研制 2 0 1 3 BA B 0 2 B 0 7 作者简介耿晓光 1 9 8 8一，男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为液压凿岩机冲击缓冲系统。 [ 1 5 0 1 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 - 0 8 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m