基于FLOWMASTER的液压冲击器动态特性仿真研究

　　液压冲击器是液压破碎锤、液压凿岩机的主要工作机构。它以液压为动力源，直接或间接驱动活塞往复运动，靠活塞冲程时的动能冲击钎杆，对物体产生 破碎作用。液压冲击器按驱动活塞冲程做功的动力来源可分为三类: ①全液压式，又称为纯液压式，简称为全液式或纯液式，即活塞冲程做功的动力完全来自于液压力的作用; ②氮气爆发式，又称为氮气膨胀式，简称为氮爆式，即活塞冲程做功的动力完全来自于氮气膨胀力的作用; ③气液联合式，简称为气液式或联合式，即活塞冲程做功的动力来自于氮气膨胀力与液压力的联合作用。液压冲击器按照配流方式可分为自配流和强制配流两大类， 强制配流是通过电子信号等控制配流阀，以实现油路的转换; 自配流则是通过冲击器结构中的控制油路匹配来实现配流的[1]。

　　1 工作原理

　　经过长期研究与发展，前腔常高压、后腔变压回油的工作方式成为自配流型液压冲击器的主要形式，图1 是基于行程反馈控制的气液式液压冲击器工作原理图。其主要由冲击机构、配油机构以及连接它们的油道、管路等构成。冲击机构由冲击活塞、氮气室和缸体等部件 组成，配油机构由换向阀阀芯和阀体等部件组成。该液压冲击器取消了蓄能器，高压胶管的膨胀效应和油液的可压缩性发挥着蓄能作用，其中高压胶管起了主要的蓄 能作用[2]。

　　( 1) 回程 ( 回程加速、回程制动)

　　活塞和换向阀初始位置如图1 ( a) 所示。此时，高压油进入活塞的前腔，活塞后腔通油箱。在前腔高压油作用下，活塞向上运动，氮气室中的氮气被压缩。在信号口C 处通高压油之前，活塞做回程加速运动。当活塞运动至信号口C 与前腔高压油相通时，在高压油作用下换向阀换向，切换油路，活塞前后腔均通高压油，但后腔的作用面积大于前腔。活塞在惯性作用下继续上移，速度减小，做回 程减速运动，直至运动至活塞上止点，回程结束。

　　( 2) 冲程 ( 冲程加速、冲击停顿)

　　活塞和换向阀位置如图1 ( b) 所示。活塞前后腔均通高压油，构成差动回路，后腔作用面积大于前腔。在活塞前后腔油液和氮气室气体作用力下，活塞做冲程加速速运动。至活塞冲击到钎杆，冲 击停顿。停顿的时间t = 2l/c，其中，l 为活塞长度，c 为压力波传播速度，在钢中一般取5 000 m/s。

　　活塞运动速度是不断变化的，换向阀与活塞通过油液传递相互控制，液压冲击器是一个具有位置反馈的阀控活塞系统。配流方式为自配流，通过冲击器结 构中的控制油路匹配来实现配流。在一个工作周期中，活塞运动可分为回程加速、回程制动、冲程加速和冲击停顿4 个阶段。同时，换向阀阀芯的运动有回程换向、停顿、冲程换向等阶段。