A66--液压破碎锤冲击能的计算方法

杨国平&!柴睿!

\"%$上海工程技术大学!汽车工程学院!上海!!\"\"**(#$!$上海交通大学机械与动力工程学院!上海!!\"\"**’

!摘要\"!提出了一种计算液压破碎锤冲击能的计算方法$通过对某液压破碎锤冲击能的验算$说明该算法是正确的$可供工程技术人员在计算液压破碎锤冲击能时使用%

!关键词\"!液压破碎锤&液压冲击器&冲击能&计算方法

!$中图分类号\"P文献标识码\"+!!文章编号\"%H&!%!!\"\"%,’’&-#!\"\"#\"%,\"\"EE,\"*

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!!液压破碎锤与液压挖掘机配套使用$主要用于

矿山岩石的破碎#工程建设$特别是旧城改造#混凝土构件的拆除施工中%冲击能是液压破碎锤的主要性能参数$也是结构设计中确定主要尺寸的依据%对于液压破碎锤的冲击能$只需计算活塞在冲程运动过程中所做的最大功即可%本文对冲击能的计算作一分析%

))活塞前腔的油液压力&%%)))活塞后腔的油液压力%%!)

9!活塞冲程运动方程

由图%可以看出$在冲程运动中活塞所受到的作用力$包括绝热膨胀引起的作用力!在液压冲击器中$活塞在密闭的气腔中高速往复运动$氮气中的热量来不及与外界进行热交换$这一过程可以看$作用于活塞前后腔的液压力和活作是绝热过程\"

塞自重等%由于活塞是在油液中运动的$故可略去摩擦阻力的影响%由此$活塞运动规律按动力学的基本方程可表示为

图9!活塞运动分析图

1!52*[%!2!V%%2%[&;&!Y%1E))活塞冲程运动中的位移&式中!5)

))活塞质量&&)))绝热膨胀后氮气压力&%)

))活塞上端面的面积&2*)))活塞前腔的有效作用面积&2%)

))活塞后腔的有效作用面积&2!)

!\"%

根据液压冲击器工作原理可知$活塞在冲击时$活塞前腔与后腔经换向阀油路相连$则活塞前腔和后腔压力相等$只要流量足够$且在整个冲击过程变化不大$可认为始终等于系统压力%即

!收稿日期\"!\"\"EV\"@V!*

!$基金项目\"上海市科委科技攻关项目\"\"(%%%%\"*(!通讯地址\"杨国平!上海市长宁区清池路%%\"弄!号’\"!$室\"!\"\"**’

**!上半月刊\"!\"\"#$\"%!

6!

%%Y%!Y\"(

&151*%1E!15Y(%\"2/3*52*式中2+%[[))液压冲击器系统压力%!E

\"由气体绝热状态方程可得

当2%Y2!时$则%\"8C

\"Y%8CY常数!*

\"理后可得

式中!%\")

))氮气室充气压力&MY%8\"\"8%V6\")

))原始氮气容积&!%[2*

8\"

K\"%V6[GK[4!#

\"8)

))氮气绝热膨胀时的容积%式中!K)

))活塞冲击到某一位置时活塞的行程%根据活塞运动的几何关系可得

当活塞在回程制动结束#开始冲程运动的瞬

8Y8\"[2*5!\"$&

间活塞处于上止点$此时初始条件为KY\"#MY\"$代入式!#

\"整理后求得积分常数4值$即将式!&\"代入式!*

\"$整理可得4YV%8\"

\"

%V6!%\"

\"%Y%!8\"

\"

8\"6!\"\"[2*5’

将式!%\"\"代入式!#\"$整理后可得活塞冲击能的计算公式

式中!6)

))绝热指数$对氮气6Y%$&%将式!!\"#!&\"和式!’\"代入式!%\"$整理MY!$’%\"8\",%V

!8\"

\"$&

8\"[2*K可得

\"-[GK!%%

\"1!

58\"6&由式!1E!Y%\"!8[2%%

\"可知$只要知道液压冲击器的活塞*5\"2*[\"状态的充气压力和容积$就可以计算出液压冲击器式中!G)

))活塞重力%的冲击能%

式!(\"描述了活塞在冲程过程中冲击速度#当2%’2!时$假设液压系统的油泵流量足够冲击时间#冲击行程以及系统压力之间的关系%

大$并在液压冲击器高压回路上安装高压蓄能器$!液压冲击器冲击能的计算

保证液压冲击器在冲击过程能实时地补油$使液压系统压力始终恒等于溢流阀的调定压力$近似为一若将式!(\"按做功形式改写$即在式!(\"的个常数%可得

等式两边同乘以15$可得

%V6!

MY%\"

8\"%V6,!%[2*

8K!

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&158\"\"

\"-[!

<2V<2[G\"K[41E!15Y,%\"!82*

5\"62*[2!\"[V2%\"[G-15!%!

\"整理可得

同理可推出

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\"由式!%*

\"可知$只要知道液压冲击器的活将式!@

\"对5进行积分塞重量#活塞行程#活塞上端面的面积#活塞前

!\"\"#$\"%!上半月刊\"!\":*腔有效作用面积#活塞后腔有效作用面积#液压系统压力#氮气室初始状态的充气压力和容积$就可以由式!%*\"近似计算出液压冲击器的冲击能%

作等因素%因此$可用本文提出的算法对液压冲击器的冲击能进行估算%

表9!冲击能计算结果

工作油压’LI9

’\"打击速度’!@$%%@$%@@$!!@$!E@$**@$*E@$&*@$&#@$’&@$’#@$(&@$(#@$@&

冲击能量’3&(*$’&@\"$(&@@$@&E&$E&#%$#&##$\"’\"($%’%*$!’!\"$*’!@$&’*&$’’&%$(’&E$@

采用该算法对某品牌的液压破碎锤的冲击能进行计算如下%

!

’$活已知参数为(工作油压%\"\"!%(\"CG<>

%\"%\"$’%%%%$’%!%!$’%*%*$’%&%&$’%’%’$’%(

$氮气压力\"$氮气室的容塞质量%#$*!C$#LI9>

*

%将相关参数代入公式!$积%!&!&’E$@’<<%*\"

计算结果见表%%

由表%可以看出$当工作压力不同时$其冲击能会发生变化%当工作压力为%\"!%(LI9时$液

%而该液压锤压冲击器的冲击能为&(*$’!’&E$@3$估计其值是工的资料上标出的打击能量为&#&3作压力为%!$’LI9时通过实验得出的数值%与计算的结果&##3相比稍小$其原因是在计算中忽略了摩擦#氮气热交换#高压油压力波动和换向阀动

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#上接第@#页$

!\"从图@和表!中可以看到$在铲斗张开最%

$G型挖掘力最大$较9大时!称之为挖掘起始点\"型大%#$(A$较]型大&*$@A%顺挖掘力特性曲线向右直到最大挖掘力出现这一段$都是G型最大$9型次之$]型最小%这个特性非常重要$因为开始挖掘时$挖掘阻力最大$最需要大的挖掘力%一般最大挖掘力出现在.#$85%(\"O左右较佳$这点G型也较好%

!\"再看铲斗油缸行程$G型的最大行程为!

9型为%%’%\"<<$’(’<<$]型是%’(%<<&铲斗总

转角差不多&油缸最小安装尺寸分别是(G型为9型#]型为!!!@\"<<$*&\"<<%G型油缸行程最

短$铲斗转动角度却稍大$表明它全转角挖掘最省时间$即挖掘速度最快%其余两种机构则速度近似$G型油缸最短#最经济$机构设计时也较易布置%

由此看来$G型机构的挖掘性能具有一定优势$一些主要参数较佳%<;:!三铰点连杆挖掘机构的应用

三铰点连杆机构在挖掘性能和结构设计方面有

某些重要优点$可以用于大#中#小型挖掘机$尤其用于短斗杆#大斗容挖掘机上有明显优势%当今挖掘机为追求高生产率$提高斗杆挖掘力$短斗杆#大斗容设计是一种新趋势$尤显现于大#中型挖掘机上%另外$挖掘装载机行车时要求铲斗收拢$后所占空间最小$有的要求铲斗总转角达%#\"O三铰点连杆机构很适合于铲斗大转角的设计%

三铰点连杆机构在实际应用上一直存在技术或应用习惯上的障碍%它在连杆上多了一个销轴$与]型一样$在小型挖掘机上为节约成本而不作为首

选结构%最大的应用障碍是对其认识不足$它的设计计算方法特别$对于编程计算和N0H设计功能的依赖性比较强%在此之前$国内还未见它的设计计算方法$众多生产企业不掌握它的设计技能$难以应用%

本文提供了三铰点连杆机构的设计计算方法和原理$扫除了该机构设计计算方面的障碍$但要得到广泛的应用和发展$还需要挖掘机行业技术人员熟练掌握$从实践中融会贯通$更需要业内人士的广泛共识%

\"$!上半月刊\"!\"\"#$\"%!