基于虚拟样机技术的液压冲击器改进设计

　　1 引言

　　液压破碎锤作为一种新型液压工程设备，广泛应用于矿山岩石的破碎、旧城改造、混凝土构件的拆毁、公路路基建设、冶金钢厂炉渣拆卸等方面。由于其载体设备的多样性，工作的灵活性及其对劳动生产率的提高所发挥的有效作用，液压破碎锤越来越受到有关部门的重视，其推广前景十分看好[1-2]。一般的液压破碎锤的换向阀体和主缸体是一个整体构件，如图 1 所示。但是，由于液压破碎锤的结构特点和工作性质决定了它实质上是一个高耗损的振动源，一般的液压破碎锤换向阀和主缸体在工作中受损情况不同，换向阀的使用寿命远小于主缸体，这在更换设备的时候便造成了不必要的浪费[3]。

　　虚拟样机技术(Virtual Prototype Technology，VPT)是在计算机的虚拟现实中实现设计，分析与制造的技术，强调在产品投产之前完成设计与制造过程的相关分析，保证制造实施的可行性，在车辆设计领域，虚拟样机技术是指应用计算机三维设计软件建立样车模型，并对其进行一系列的性能模拟仿真，建立与物理样机相似的模型。通过优化，集成和仿真测试得到关于该样机的性能描述。虚拟样机技术是在数字化设计的背景中得以实现的，它依赖于三维数字模型的准确性和参数化特性，从而快速地进行分析仿真，实现设计方案的优化。它强调数字化的产品模型及其生产过程，将二维图纸表达的设计构思演变成基于三维实体模型的虚拟产品，建立起数字化设计平台。因此此项技术在车辆开发上有巨大作用，在车辆设计领域得到了迅速发展和广泛应用。

　　以catia 软件为设计研究平台，catia 软件是集 CAD/CAM/CAE 功能于一体的软件集成系统，运用其建模和装配等相关参数化设计方法，建立液压冲击器的虚拟样机模型，并运用动态模拟功能进行运动仿真分析，发挥虚拟样机软件的特长[4-5]。

　　2冲击器虚拟样机模型的建立

　　研究的液压冲击器属于液气联合式冲击器，主要由中缸体，前体，锤体，氮气室，换向阀体，阀芯，阀盖，定位轴，冲击轴，堵头，橡胶垫圈，防油密封圈，定位螺栓等组成。虚拟样机技术的核心问题是虚拟样机模型的建立，虚拟样机模型应是参数化的实体模型，只有这样才能满足用户不断修改，从而最终实现产品的最优设计或变形产品设计的要求。首先对以后破碎锤冲击机构的工作原理及结构进行分析，然后通过catia软件建立各个部件的三维实体模型，建模工程中，运用了草图，零部件设计，装配设计等功能[6-9]。

　　2.1冲击器中缸体模型建立

　　冲击器中中缸体的结构比较复杂，利用catia 零部件建模模块创建和制作了冲击器中缸体的模型。打孔、旋转槽、曲面倒圆角、结构肋、元素镜像、凸台、参数化约束等功能被广泛的运用在冲击器中缸体的建模中，建模过程中，根据原有产品的油路设计，在不影响油压动力传输的基础上，把中缸体中的的控制阀体与缸体分离，并减少加工难度较高的深孔的数量。如图2 所示，应用catia 软件的参数化建模方法建立各个部件的参数化实体模型，为后续的设计分析和修改模型打下坚实的基础，从而不断提高冲击器中缸体的设计水平和质量。