液压冲击器配流阀设计方案的研究

　　液压碎石机以液体压力为动力,以冲击活塞往复运动的动能锤击镐钎来破碎岩石。在液压冲击器的冲击过程中,不同的工作介质具有不同的物理特性(如硬度、冲击韧性等),甚至同一工作介质(如岩石)在被破碎的过程中,其内部微裂纹生成阶段与裂纹扩展阶段也会表现出不同的物理性质,这就使得液压冲击器按目前的各种工作参数调节方式进行工作,很难使其工作参数与工作介质的物理特性达到比较合理匹配。

　　为在破碎过程中达到最佳工作效果,要求液压冲击器能够根据工作对象不同的性质,不断调整其单次冲击能和冲击频率,即在冲击功率相当的情况下,岩石较硬时液压冲击器输出较大的冲击能和较低的冲击频率,反之则输出较小的冲击能和较高的冲击频率。

　　1　行程反馈调节方式

　　1.1　液压冲击器现状

　　目前国内外使用的液压冲击器有2种工作方式:1)冲击能恒定工作方式:即不论是什么状况的作业物,液压冲击器始终都以额定的冲击能和频率开凿。这种情况下,冲击能有可能大于或是小于作业物的要求,致使液压冲击器的效率不高,造成能源浪费。目前工程单位使用的液压冲击器绝大多数均属此类。2)冲击能和频率的有级调节工作方式:在这种方式下,可以根据作业物的需要,实行冲击能和频率的有级调节。但无法实现0.1~0.5 Hz的低频冲击,一般都在5~10 Hz的频率范围内,冲击能与冲击频率的调节范围很小,因此在很大程度上限制了液压冲击器的工作范围与工作效率的发挥。

　　1.2　改变活塞运动行程的调节方法分析

　　由于多档液压凿岩机的液压冲击系统压力波动幅值大、频率高,同时又要求其具有良好的调节性能,故齿轮泵和叶片泵难以满足要求,柱塞变量泵才是冲击泵的合理结构型式。根据其变量型式的不同,柱塞变量泵有定量泵、手动(伺服)变量泵或液控变量泵、恒压变量泵和恒功率(压力补偿)变量泵4种。

　　现有大部分液压冲击器采用活塞行程调节装置不同的冲击能和冲击频输出。在恒压变量泵驱动方式下,根据抽象变量理论可导出:

　　式中,sj为活塞回程加速行程;pg为冲击器系统油压;a为抽象设计变量;k为活塞运动阻力系数;E为活塞冲击能;f为活塞冲击频率;N为液压冲击器输出功率;m1为活塞质量;A′1为活塞冲程有效作用面积;qg为液压冲击器冲击流量;kg1~kg9为相应公式的系数,当冲击器结构一定时均为常数。从以上各式可知,活塞的回程加速行程sj与活塞的冲击能E成正比,而与活塞的冲击频率f成反比。行程反馈式液压冲击器工作参数(E,f,Pg,N)的独立控制变量只有2个,即流入冲击器的流量qg和活塞回程的加速行程sj(相当反馈孔的距离)。