液压破碎锤液压系统的设计与研究

1、摘要液压破碎锤是工程机械的辅助机械，我国整个社会工业化进程尚未完成，大量的铁路、公路、水利基本建设正在和将要进行。未来工程方面对各类现代化机械设备的需求将会越来越大，给液压破碎锤等提供了大量的市场机会。因此要求对液压破碎锤性能上进行改进，提升产品的品质，能够提高工作效率，使其更有效的应用于工程建设。本文分析了当今液压破碎锤的国内外现状及未来发展趋势，描述了液压破碎锤的研究现状和设计理论。综合氮爆锤、液压作用锤、气液作用液压锤的工作原理分析得出了选用气液作用液压锤的优越性。并以惊天液压公司的型液压锤为例，完成了着重两方面研究：第一，对液压破碎锤的非线性运动状态进行合理的假设和分析。对液压系统的合

2、理分析与研究，并综合考虑关键元件使用寿命等因素进行合理的计算与选型。第二，利用仿真软件对液压破碎锤液压系统进行建模和仿真，调节参数并分析其工作参数对液压锤性能的影响，在此基础上得到最优参数使得工作效率得以提高。分析仿真结果，为以后液压系统的工程应用提供了理论参考。本论文工作注重理论研究，研究过程中取得的结果与实际中相吻合，为液压破碎锤的深入研究打下了良好的基础。关键词：液压破碎锤、运动状态、液压系统、仿真、冲击能，订，：，、析：；论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：杏甓守矽口夕年岁月刁日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：导师签名：孝哓穆易飞口哆年月日汐。罗年岁月日安大学硕±学位立前言第一章绪论液压破碎锤是一种新型的破碎工具，它在工作过程种必须以动力源、工作介质及能量转换为

4、基础才能运动工作的。这里动力源是液压泵，而工作介质就是虽常用的液压油。运动过程中把液压能转换为机械冲击能，即以液体压力驱动液压缸种的活塞往复运动对外作功，并对外输出能量束进行工作。工业水平的日趋提高使得部分发达国家制造出了不同类型的液压破碎锤，并先后被广泛应用于各项，”】。液压破碎锤可分为单人操作手持式和与大型机械配套的大型机载式。而在当今，由于大量的工程建设等，就需要大型的机械来运转，所以液压破碎锤更多被作为一种辅助设备，如图是惊天液压公司的拆除破碎机器人，其中拆除工具就是液压破碎锤：图拆除机器人液压破碎锤因为它的优点已经取代了以往的那些破碎锤，成为了具有工作效率高、省力省财、生产效率高且噪

5、声低、无公害的新一代的破碎工具。如图为马按山市惊天液压机械制造有限公司生产的型液压破碎锤：液压破碎锤的功能特点液压破碎锤是一种非常重要的高效作业工具，主要用来完成以下工作，：液压破碎锤主要应用于一般各项破碎作业，比如：混凝土破碎岩石的剥离：各种建筑一自镕镕物的拆除与破碎；聚石场的采石作业或者岩石的破碎；隧道的岩石破碎等。现在国家要求绿色环保，所以有些液压破碎锤成为典型的环保型产品具有噪声和粉尘控制功能。图灌压锤有些液压破碎锤除了破碎功能外，还具备了一些以往破碎锤不能具备的功能比如：自动润滑的功能，陆上和水下作业功能等。对于大型的液压破碎锤由于它外壳可安装，咀便利片他安装外壳来进行简单的搬移工作

6、。液压破碎锤的应用及举倒：液压破碎锤的破碎范围比较广，可用于建筑拆除、水拆除、岩石破碎、隧道开挖等。下面介绍两个应用实例介绍。（）拆除公路、铁路桥拆除巴登附近号公路上的一座长、宽、用掉钢筋砼的桥，承包商科恩公司采用两台液压破碎锤。一台安装在挖掘机上，另台装在挖掘机上，拆除作业在小时内完成。（）高速公路施工我国铁五局机电设各工业总公司在挖掘机上配备了液压破碎锤，用于京沈高速公路宝山（宝坻一山海关）标段的土石方施工，在钻机不能到达的施工地段和临时需要破碎之处，液压破碎锤都起到了很大的作用且效果较好。除此以外还有更多的应用实例来表明了液压破碎锤在现代工程建设和社会建设中长安大学硕士学位论文所起到的重

7、要性，它已经进入到了我们生活中。在我们平日生活中常常可以看见液压破碎锤的应用，它是极其重要的一种辅助机械。国内外液压破碎锤技术现状与差距国内外液压破碎锤的发展现状液压破碎锤是从最原始的破碎锤经过层层改进而来的，而且因为其良好的经济及社会效益而发展迅速。液压破碎锤发展到今天按其冲击能量的来源分为：由液压油提供，气压提供，液压、气压混合提供，一般气压与液压之比为：。但都是由液体压力驱动活塞回到原位的。现在的液压破碎锤大多数采用的液压冲击机构的形式都行程反馈控制。这种控制形式的液压锤的为了达到改变液压破碎锤的冲击能和冲击频率的目的，都是增设多个回程反馈信号孔控制各信号孔的开关或者改变系统的输入流量和

8、压力，来调节活塞行程。国外现状国外液压破碎锤形成了当今的产品多样化、系列化的形式。液压破碎锤在欧美和日韩得到大量生产和飞速发展。其中有我们比较熟悉的韩国液压锤、液压锤、液压锤为主要代表；美国的液压锤、液压锤；德国克虏伯液压锤；日本古河液压锤、小松液压锤；芬兰的液压锤等。国内现状与国外液压破碎锤相比，我国液压破碎锤的总的发展现状是：起步不晚，但发展缓慢。世纪年代启动开发研制液压破碎锤，年代初得以研制开发且规模变大。而今天，大多数厂家由于质量和销售等问题，已经不再生产这些产品。只有长治液压件厂一直坚持生产液压锤，马鞍山惊天公司、湖南山河在世纪初开始生产自己商标的液压破碎锤，但规模仍然较小【，。液压

9、破碎锤的发展趋势综合来看，液压破碎锤发展到今天，国外生产的仍优越于国内生产的，他们的主要优势在其性能的发展主要有以下几个趋势：（）冲击能大。为了提高它的工作效率，液压破碎锤应保证其稳定因素等情况下尽可能提高冲击能，当然目前这也是衡量冲击器性能的主要指标。（）冲击能量利用率相对较高。第一章绪论（）各个部件的破损能及时得到维修和更换。（）活塞行程可调，为了能适应于不同的工况并稳定工作，从而使得以冲击能和冲击频率得以改变。（）引进了“智能液压破碎锤技术”。为了能连续控制冲击能量，都是由前次打击的阻力来决定输出的。使冲击过程中的震动及发热等都相应降低，从而使钎杆的寿命得以延长，噪声下降。液压破碎锤的发

10、展综合来看，有以下几个趋势：（）产品系列化：根据的物块形状和硬度决定选用冲击能的大小。产品的系列化使得用户根据工作对象来对液压锤的型号、零部件进行选择，来达到有效破碎的目的。（）智能化：在各种技术应用发展的基础上，希望能实现自动调频调能来应对于不同工况。比如压力反馈式控制的液压锤。（）破碎锤的结构形式多样化：按冲击能源的分类、装配的分类、及冲击能分类等。（）功能多样化、结构柔性化：为了适用现代施工要求，功能的多层化和多种附加功能使液压破碎锤在功能上也具有了很大的柔性【，】。国内外液压破碎锤的差距我国的液压破碎锤较之国外的在研制和生产上有较大的差距。除了在性能指标、能量利用率、使用寿命，制造成本

11、高等方面，还有以下几方面：（）液压破碎锤作为工程机械中的辅助机械，我国对液压破碎锤的理论研究较多，但是缺乏真正的生产投入。（）对于活塞加工过程中的热处理问题存在差异。我国对活塞热处理时间要求不够准确，而国外则控制的比较准确。（）材料的选择满足不了实际要求。（）我国液压破碎锤的生产未形成系列化、规模化。（）没有形成自己的产品特色，在结构形式上基本是沿用国外的结构。液压破碎锤存在的问题现在液压破碎锤在质量和性能方面存在的主要问题：（）钎杆强度、韧性问题钎杆是被控制对象（即负载），它受活塞驱动，所以打击过程中钎杆受力变化较大。长安大学硕士学位论文为了保证韧性和强度，钎杆的材料精度和加工处理工艺等要求

12、就比较高。（）衬套和钎杆的摩擦力问题衬套是连接和卡住钎杆和活塞的工具，适当的摩擦力才能保证钎杆的使用寿命，所以解决摩擦力的问题就是靠润滑，发展方向是采用自动润滑系统。（）气蚀问题打击作业过程中由于打击压力非常大易造成衬套磨损活塞弯曲和被卡住，从而易产生气蚀。若设计时未充分考虑这点，最终会产生气蚀，活塞损坏。（）联结架问题要提高破碎锤的打击的稳定性且为了减少振动，破碎锤与联结架要采用弹性连接，且要使破碎锤与载体连接紧密。液压破碎锤的研究现状及设计理论研究研究现状：现在对液压破碎锤的研究，根据采用不同的数学模型，可以分为线性模型和非线性模型两种方法。而实际上液压破碎锤的数学模型是一个非线性模型。（

13、）线性模型：很直观的显示液压破碎锤的运动规律。建立线性模型：以假设“液压油压力恒定不变为基本前提；抓住运动的主要因素；简化活塞和阀芯受力。比如中南大学杨襄璧教授提出了抽象设计变量理论，推导出了液压破碎出结构与性能参数的整套设计公式，得出了不同优化目标的值。以冲程时间比：铲冲程时间（）周期时间（）作为设计变量。（）非线性模型：能较精确地揭示液压锤的物理现象。考虑的影响因素较多，而且分析了它的受力状态比较全面。通过分析和研究最终描述其运功的规律，且是高阶非线性微分方程组。这种模型得到的方程很难求解，只能通过计算机求得数值解。现今，中南大学何清华老师将液压锤运动过程分为个工作状态，认为活塞和换向阀是

14、一个互相控制运动的过程，建立了一种数学模型并进行了仿真。采用“准匀加速计算法，能对对各种运动状态进行转换，并对仿真结果进行了验证和修正，从而以减少积累误差，且提高了仿真计算的精度。】。设计理论研究本文以何清华老师对液压破碎锤运动状态的分析为参考，在研究液压破碎锤的运动第一章绪论过程是对其进行了非线性研究与分析，描述了各个运动状态。由于液压破碎锤运动的复杂性，非线性模型也都建立在一些假设的基础上，所以也只能是近似地描述破碎锤的运动规律。并对液压破碎锤整个运动过程进行了计算机的建模与仿真，以便用户能清楚了解到液压破碎锤在打击破碎物体时的运动变化。论文研究的背景及意义我国整个社会工业化进程尚未完成，

15、大量的铁路、公路、水利基本建设正在和将要进行。给液压锤等工程机械辅件提供了大量的市场机会。由于市场需求的强劲，国内己有很多厂商陆续开发了多种液压破碎锤并推出了自己品牌的液压破碎锤。虽然大多数厂家的产品都引进的国外先进技术，但同国外的液压破碎锤相比，液压破碎锤质量和性能等方面依然存在很多问题。因此，对液压破碎锤整体的设计与研究，缩短与国外的技术差距，提高产品的技术含量，提升产品的品质具有积极的意义。经过前期调研，为了提高当前液压破碎锤的工作效率和性能，本文以惊天液压公司的系列液压锤为例，对其液压系统进行分析研究，分析其工作参数对液压锤性能的影响，在此基础上优化参数使得工作效率得以提高。本论文研究

16、的内容研究的课题是围绕惊天液压有限公司的型液压破碎锤，论文前期对国内外先进技术及设备进行了调研，广泛搜集和整理与论文相关的资料。并对液压破碎出工作运行过程的分析，利用高级建模软件对液压系统进行建模与仿真。本文完成的主要内容如下：（）对液压破碎锤国内外技术现状及研究现状进行了分析；（）对液压破碎锤液压系统的工作原理进行详细的阐述；（）对液压破碎锤运动过程和运动状态详细分析；（）完成了液压破碎锤液压系统液压元件选型计算；（）基于的液压系统建模与仿真，并对仿真结果进行深入分析。立大学顺立第二章液压破碎锤结构及功能分析液压破碎锤的结构形式液压破碎锤的基本组成液压破碎锤的基本组成：液压破碎锤本体、托架等

17、零郁件。液压破碎锤本体是液压破碎锤芙键部件。如图所示。；鹱“液压缸，一活塞一边杆螺栓，一后蔬一换向阔莆能器前盖：一钎杆衬套：钎杆图液压破碎锤主体结构圈般的液压破碎锤自身都会带一个换向阀。液压破碎锤是将换向阀、液压缸、蓄能器等元件集一身的一种破碎工具。换向阀与液压缸干日瓦反馈控制，自动完成活塞的往复运动，并以能量转换形式最终把液压能转化为活塞的冲击能，将能量传递给钎杆，钎杆在获得冲击能后便可达到将作对象破碎的目的。液压破碎锤各部件的作用、液压缸液压缸是执行元件，此处使用的液压缸是双杆单作用式的，活塞只在冲程叫对外做功。液压缸内部有前后两个工作腔，组成活塞往复运动的空间。液开缸是液压破碎锤的最主要

18、的部件。、活塞活塞与钎杆由衬套连接组成一体的，活塞上下运动来打击钎杆。液压破碎锤依靠活第二章液压破碎锤结构及功能分析塞的运动能量实现打击，获得的打击能量破碎岩石。所以活塞的寿命就很重要，这就对活塞的材料性能要求很高。常采用具有高品质的特殊的合金钢。活塞的重要指标是活塞的硬度、材料的韧性、表面精度和同心度。、换向阀控制液压缸后腔接通或断开高压油，实现活塞往复运动。换向阀换向的次数就是活塞往复运动的次数，即液压破碎锤的频率。、蓄能器蓄能器在这里主要起到两个作用：一是作为辅助动力源，在短时间里提供一定数量的压力油，满足系统对速度、压力的要求；二是起到缓冲、吸收液压冲击的作用。、钎杆钎杆以能量转换形式

19、来接受冲击能对外界工作对象进行打击，所以钎杆材料要求精度高。采用优质特殊钢材，经热处理后坚韧、耐磨、不易断裂。为了适应各种不同工况，而采用不同的钎杆规格。、氮气室内充氮气，储存动力。其作用主要有：一是冲程时为活塞提供部分动力，氮爆式锤打击力则完全靠氮气提供，提高打击破碎效率。二是减小油路中不规则的液压力，同时减少对加载机械比如液压挖掘机和操作者的反冲力【，¨。液压破碎锤的工作原理当今市场上的液压破碎锤的活塞在冲程运动时有三种来源类型：氮爆锤、全液锤与气液锤。下面将会分别叙述这三种类型液压破碎锤的工作原理及优缺点。他们共同点是回程运动都是液压作用力完成的。氮气爆发式液压破碎锤氮气爆发式

20、液压锤简称氮爆锤，氮爆锤的结构与工作原理见图。如图所示，现在液压破碎锤处于回程开始阶段。在回程开始时，活塞上腔通回油，下腔通高压油。下腔的高压油推动活塞并使得活塞克服自重和氮气室的压力而上移。此时活塞顶部压缩氮气，氮气的压力升高，使得活塞减速，最终完成回程。活塞开始冲程，下腔由换向阀切换油路，使得上腔通高压油，下腔通回油。冲程时，上腔油压作用及氮气压力作用使得活塞下移并快速冲程对外做功。长安大学硕士学位论文图氮气爆发式液压锤的工作原理优点：活塞形状简单，刚体结构简单没有纵向的孔道，加工工艺行好，不设置高压隔膜蓄能器，减少了加工成本。全液压作用式液压破碎锤全液压作用式液压破碎锤简称全液锤，它不像

21、氮爆锤，它整个运动过程中全靠油压作用。全液锤设置有高压蓄能器。高压蓄能器的作用是为活塞冲程过程中补充流量，因为活塞冲程时需要大流量，系统供油不能满足流量需要。全液锤的结构与工作原理见图，如图所示，此图为回程开始时的液压工作原理图，换向阀左右位都接通。回程开始时，活塞下腔通高压油，上腔通回油。受下腔高压油影响，活塞加速上移到一定位置时，通过信号孔反馈给换向阀，这时换向阀左位接通，活塞上下腔均通高压油，行成了差动连接。由于活塞上腔环形面积大于下腔环形面积，所以上腔油压大于下腔油压，活塞在压差作用下回程制动。同时又在差动连接下开始冲程，直至回到初始状态，又开始下一回程。优点：全液锤的活塞顶部不设氮气

22、室，因此液压锤启动前所需的挖掘机的下压力最小，仅靠液压锤自身的重量就够了。全液锤在回程运动时回程速度较快，一般需要设置顺序阀以控制冲击频率。氮气液压联合作用式液压锤氮气液压联合作用式液压锤，简称气液锤，其结构与工作原理图见图。由于本文所选用的型液压破碎锤是气液锤，所以工作原理将在下一章详细介绍，此处不介绍。第二章液压破碎锤结构及功能分析图全液压作用式液压锤的工作原理气液锤的活塞顶部设有氮气室，氮气室充气压力比氮爆式小，一般小于。大中型液压锤一般要设置高压蓄能器，因为他们需要的动力大。而小型气液锤都不设置高压蓄能器。而气液锤的活塞回程运动是靠液压作用实现的，而冲程运动则是靠液压力和氮气膨胀力联合

23、作用实现的。优点：气液锤综合了以上两种液压破碎锤的优点，气液锤所需的挖掘机的下压力比氮爆式小，而比全液锤大。回程时，它的活塞阻力比氮爆锤小，而比全液锤大。活塞回程过程中的速度比氮爆锤大，比全液锤小。所以无需专设顺序阀来控制冲击频率。冲程时气液锤的瞬时最大流量比全液锤小，也没有氮爆锤的高压油封闭无出路的现象，因此气液锤的压力脉动比全液锤和氮爆锤都小些【，】。图氮气液压联合作用式液压锤的工作原理长安大学硕士学位论文液压破碎锤的型号由于现在不同厂家给出的不同液压破碎锤的型号，使得用户在进行选择时难以分出，为了方便选择与使用，这里有必要介绍型号的组成。一般都是由英文字母和数字组成的，而型号中数字所表达

24、的含义有很多种，以下是一些液压破碎锤中数字代表的含义：表示液压破碎锤的冲击性能例如：液压破碎锤型号，其中指由凯斯公司制造，是这个公司名字的缩写，表示液压破碎锤的冲击能为左右。类似地系列的都表示这个公司制造且冲击能分别这些数字表示的液压锤。有些厂家液压破碎锤的型号中的字母则是液压锤汉语拼音的缩写，如广东佛山纺织机械厂生产的液压锤。表示适用挖掘机的斗容举例如型号为，是指由韩国水山公司制造，表示适用于与斗容为立方米的挖掘机进行配套使用。以此类推，这一系列的都表示的是这个公司的这类型号的液压破碎锤。他们都是作为辅助设备的与其他大型机械配套使用并工作的。我国国内的也有这种的，如本文后面即将研究的型液压锤

25、是马鞍山惊天公司制造的，表示适用挖掘机斗容为立方米。表示液压破碎锤钎杆的直径例如：型号中，是韩国高力公司液压破碎锤（）的缩写，表示液压破碎锤的钎杆直径为，类似地以此类推，系列的后面跟的数字都是表示钎杆的直径，只是直径的大小不一样，来对于不同工况的，用户可根据需要进行选择型号，这些都是由高力公司研究并生产的。表示液压破碎锤的重量型号中的数字表示液压破碎锤的重量时，要看是否包含了机架的重量。不含机架重量的有：如型号中指由山河公司生产制造，光有锤体的重量是，也就是不含机架的重量。若包含机架的重量时，女中，是代表由意大利意得龙公司生产制造，锤重分别为，以此类推，系列都是按照上面所叙述的进行表示的，对于

26、不同公司他代表的不同，数字表示了区别。上面叙述的是国外产品，国内也有这种表示方法，女长治液压件厂制造的系列液压破碎锤。是液压冲击器的汉语拼音缩写，后面所跟的数字表示使用重量。而使用重量主要指包含锤体重量，机架重量，连接器重量以及胶管重量，液压破碎锤内第二章液压破碎锤结构及功能分析的油液重量等。表示适用挖掘机的机重除了上述的几种表示方法，还有一种液压破碎锤是用来做辅助设备用的，当然它就是与挖掘机配套使用。所以这种表示方法肯定与挖掘机有关系，这里主要指与挖掘机的机重相关。部分公司的液压破碎锤产品型号中的数字表示适用挖掘机的机重等级。如韩国工兵公司生产的系列，当然指公司本身了也就是制造商，而字母后面

27、的数字则表示此型号的液压破碎锤适用机重为多少左右的挖掘机。还有韩国广林产机公司的液压破碎锤，适用挖掘机重量分别是左右。液压锤的设计序列号最常用表示方法就是以上种，但是也有不少液压破碎锤的型号没办法解释，不知道它具体代表什么，也不知道其携带的确切信息。所以只能认为它是厂商为了区别不同液压锤的一个记号而给液压破碎锤的一个设计系列号，。液压破碎锤的选型，根据型号直接选配液压破碎锤按挖掘机机重选配液压破碎锤假若型号中的数字表示的是适用挖掘机的机重也就是挖掘机整机质量，则可以根据挖掘机机重与液压破碎锤型号直接选配。按挖掘机斗容选配液压破碎锤假若型号中的数字表示的是适用挖掘机的斗容，则可以根据挖掘机斗容与

28、液压破碎锤型号直接选配。斗容与液压破碎锤重量有如下关系式：（叼）（叫）（）式中吸彤只有锤体（裸锤）重量职钎杆重量巩机架重量长安大学硕士学位论文睨挖掘机铲斗自身重量丫砂土重量，丫挖掘机铲斗斗容根据型号间接选配液压破碎锤（）数字表示冲击能时，可以根据液压破碎锤的冲击能与挖掘机的质量进行选配。一般而言：腰（）（）式中饱液压锤冲击能，彬挖掘机的整机质量，埏（）数字表示总重量时，可以根据液压破碎锤的重量与挖掘机重量的匹配选型。一般而言：（）形（）式中呢呒含锤体、钎杆、机架在内的液压破碎锤总重形液压挖掘机的总重（）数字表示钎杆直径时，可以根据液压破碎锤钎杆直径与装载机整机质量进行选配。一般而言：研（一）形

29、（）式中口液压锤钎杆直径，睨挖掘机整机重量，在上面所说的数字表示液压破碎锤的冲击能时，这个对用户来说是非常有用的一个参数。因为它直接反映了破碎能力，间接表明了所需承载机械的大小，我们在进行选择时候就显得非常有用而且很直观，。第二章液压破碎锤结构及功能分析本章小结本章主要分析液压破碎锤的结构形式，并针对每一个主要结构部件进行描述及分析它的作用。针对当今三大类型的液压破碎锤的工作原理进行了详细描述。液压破碎锤主要作为辅助设备，且各大公司的液压破碎锤表示方法上下不一，为了让用户选用破碎锤更方便直接，对液压破碎锤的型号进行说明和分类。长安大学硕士学位论文第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计一个液压破碎

30、锤的液压系统就是按照各个机构的传动要求，把动力源、控制元件、执行元件以及辅助元件等用管路有机地连接起来。它是利用动力源（如液压泵）将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过执行元件（如液压缸等）将液压能转变为机械能，进而实现液压破碎锤的往复动作。液压破碎锤往往配合其他机械机构运转，冲击振动频繁，作业环境复杂甚至恶劣，所以液压系统应该满足以下要求：（）动力性要求不管哪种机械运转，我们都是希望它能正常工作，而且在正常工作情况下保证动力机构不能过载运动，也要保证在此基础上提高它的工作效率。各种机构与液压系统的良好匹配是很重要的，它能随负载的变化而合理匹配，从而达到提高工作效率和输出功率等因素。

31、（）安全性要求液压破碎锤冲击振动频繁，作业环境复杂甚至恶劣，所以温度一定要控制好，有良好的冷却系统，以保证其可靠性，平稳性和元件不易受损。负载变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。液压破碎锤的液压系统组成和功用由于大多数液压破碎锤是与大型机械配套使用，它作为一个辅助机械。它的液压系统实际上是大型机械液压系统的一个支路。但在这里考虑时，可认为有单独的动力源来提供液压油。可看作是一个简单的液压系统。设计时考虑元件寿命等因素建立了液压系统。（）液压系统的组成液压破碎锤的液压液压系统采用开式系统，主要由液压泵站、冲击回路和冷却回路

32、组成。采用开式回路是因为开式回路结构简单、造价低、易于维修、散热性好，但是效率比闭式回路较低。第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计（）液压系统的作用）液压泵站是动力源，以液压油作为工作介质，把液压能转换为机械冲击能，即以液体压力驱动活塞往复运动作功，对外输出能量来进行工作。）液压破碎锤的冲击回路实际上是液压破碎锤工作的过程，包括液压破碎锤冲击过程和回程。它是能让液压锤正常工作，活塞驱动钎杆，让钎杆能达到有效破碎物体，破碎后又能及时收回的一种回路。它实际上也是使得液压缸往复运动和推动钎杆重复打击破碎物体。）冷却回路是保证液压锤工作过程的稳定性，温度不能过高而影响液压破碎锤的可靠性和损坏元件，并能

33、及时卸荷【。液压破碎锤的液压系统的设计经调研和分析，现在市场上对大多数机械设备的衡量均采用功重比，液压破碎锤也采用冲击能或冲击功来衡量。液压破碎锤的活塞回程都是靠液压作用力完成的，要考虑冲击能或冲击功的效率，就要根据冲程时作用力来决定。我们已经知道现在市场上有三种类型的液压破碎锤，分别是：纯液压力驱动、纯气压驱动、气压和液压共同驱动。考虑到气液作用的液压锤的优越性，本文研究型气液锤，对气液锤的液压系统进行设计与研究。液压锤液压系统的流程图液压破碎锤的液压系统设计过程也按照一般的液压系统的流程图，流程图如图：液压锤工作过程分析（）运动形式及组成机构综合分析，整个液压系统的执行机构则是一个双活塞杆

34、单作用液压缸的往复直线运动，液压缸只在冲程过程中对外做功。钎杆伸出的时候是一个液压压力卸载的过程。钎杆收回的时候是一个液压压力加载的过程。（）液压锤组成图如图组成机构：冲击机构（活塞和缸体）、配油机构（换向阀阀芯和阀体）、高压蓄能器、低压蓄能器、油道。安学碗学位论文！苎变量苎一动力和运动分析。系统厂磊熹孑二嚣确定主要参数一一一一液一昙液压执行器工况分析糸一。统拟定液压系统图图灌压系统设计流程功能原一理组成图元件跬计液压系统计算活塞缸体缸体前腔信号孔换向阀换向阀后腔氨气室缸盖圈液压破碎锤组成图第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计液压破碎锤的静态分析系统压力是由负载决定，整个液压系统中，负载压力的

35、变化主要是由氮气室氮气压力的变化引起的。所以在研究过程中主要对压力负载变化过程的运动进行分析与研究。对于液压系统而言，系统配置的不同对系统压力、流量的选择也有明显影响。尤其对液压系统的效率影响比较大，现在衡量一个系统是否稳定，主要是看能否在给定的工作参数下正常工作，而且还能达到比较理想的工作效率。所以本章对液压破碎锤的液压系统的流量、效率等静态特性进行研究。液压破碎锤的运动规律实际上是十分复杂的，为了能分析解决问题的方便，对实际系统种一些难以全面考虑而对分析结果影响不大的因素可做出一些适当的假设，以下假设，】：（）没有改变油泵的排量时，油泵的供油量恒定不变；（）大部分情况下忽略油液的质量，该考

36、虑时仅当作集中参数来处理：（）油液不可压缩且工作过程中温度处处一样：（）油液的粘度不受压力的影响：（）除蓄能器隔膜外冲击器所有元件均为绝对刚体：（）蓄能器隔膜变形时无任何抗力且质量为零：（）油液中压力波的传递时间忽略不计。工作状态活塞和阀的互控运动而构成的液压破碎锤工作状态是个非线性的而且很复杂的。在一个工作周期中，活塞运动有四种状态：回程加速、回程制动、冲程加速和冲击停顿。而阀的运动有停顿、回程换向、冲程换向和经过正开口区间等各种状态。若以钎杆的撞击端面为零点，活塞从此次开始回程历经一个周期，如图所示：状态：阀不运动，活塞回程加速，如图，起始位置时阀芯处于左位全开状态，活塞后腔通回油，即（实

37、际，），活塞克服粘性摩擦阻力，向右作回程加速运动。在这种状态下，段所在的锥形阀未打开，阀芯受换向阀右腔力的作用被顶死在换向阀的最左端。，岛通过端面与阀体内壁的环形腔与岛相通，从而达到活塞后端泄荷的目的，是活塞长安大学硕士学位论文回程运动。仇，该力是阀芯受到向左的力，通过阀芯锥面隔断高低压强，在这个过程中，实际上液压破碎锤属于行程反馈控制过程。此时的系统流量较低，冲击压力也较低（即满足液压破碎锤启动和工作的最小压力，这个时候冲击能和冲击频率厂较小）。图状态图状态：阀回程换向，活塞继续回程加速，由状态中看出，这个过程属于压力反馈控制。活塞在回程运动时，压缩氮气室，从而使氮气室的压力升高（氮气室的体

38、积减小所致），随之系统的油压也随之升高，与相连接的高压蓄能器充油，当系统压力升高到能克服压力锥阀以所产生的压力时，取所控制的锥阀打开，对活塞内环的两个油口进行密封，此时活塞回程的油压通道与状态相同。锥阀打开，换向阀的腔和腔均通油，由于，从而使阀芯向右移动，阀芯的在尚未切换油路到位时（即所谓的阀芯进入正开口区间之前），活塞的后腔与回油相通，活塞仍在向右移动。第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计状态：阀进入正开口区间，活塞回程制动，此时阀芯位于两位四通换向阀的中位机能，出现活塞前端腔、后端腔以及阀芯回油相通，但由于活塞后端与前端、回油都是环形相通，相当为阻尼（实际上为型），从而使，相对压力较高，活

39、塞的受力方向改变（受力方向与运动方向相反），但由于状态活塞的加速回程，使得活塞继续回程，但速度减小。状态：阀继续回程换向，活塞继续回程制动，此时阀芯已经完全换向，活塞后腔与回油腔隔离，与前腔相通，形成差动连接，此时局但差别不大，但在氮气压力作用下，活塞制动力增加。状态：阀不动作，活塞继续回程制动，此时阀芯已经走完行程，结束换向动作，阀口全打开，阀芯换向到位，此时，活塞在重力和氮气压力的作用下继续减速，直到速度降为零。称活塞移动的距离为活塞行程。状态：阀不动作，活塞冲程加速，此时由于局，活塞速度为零，活塞前后腔仍然是差动连接，在自重和氮气压力的作用下（如果活塞前、后作用面积不同，还需考虑油压作用

40、），活塞冲程开始加速。随着活塞冲程速度加大，系统压力降低，压力低于锥阀压力时，锥阀关闭，即阀芯开始换向，状态：阀芯冲程换向，活塞继续加速，当活塞加速到珊位置时，活塞上的冲程控制面打开换向阀控制油道，并通过活塞中部凹槽将原来被封闭在阀腔的油与回油相通，即，阀芯向左开始冲程换向。此段希望在活塞走完最后行程。冲击镐钎时，阀芯的位移不要超过印。，否则进入活塞后腔的流量将受到强烈的节流作用而流量不足。状态：阀继续冲程换向，活塞停顿阀芯仍在合力的作用下冲程换向，活塞冲击钎杆，冲击应力波首先以压缩波的形式从活塞冲击端面向尾部传播，到达尾端后又以拉伸波的形式从尾部向着冲击端传播，到达冲击端后活塞才以冲击反弹的

41、形式脱离钎杆端面。显然至少在上述冲击应力波往返于活塞全长的时间内活塞处于停顿状态。停顿的时间：长安大学硕士学位论文：堡式中。活塞长度应力波传递速度，在钢中一般取。阀芯在活塞停顿状态时走过的行程正常情况应超过却，即换向阀已切换油路，使后腔畅通回油，让活塞能顺利反弹。因假设被冲击体为绝对刚体，活塞无位移，实际上有一定位移，使停顿时间延长左右。一般液压破碎锤冲击停顿时间。约为。状态：阀结束冲程换向，活塞停顿这是活塞、阀芯都处于停顿的一种状态。状态：阀继续冲程换向但已切换油路，活塞回程加速这是回程开始的另一种形式，活塞冲击停顿结束开始反弹，而阀芯仍在继续冲程换向动作，不过已切换油路。这仍属正常的工作状

42、态。阀芯受力，而活塞受力与状态相同。状态：阀冲程换向提前切换油路，活塞冲程制动这是冲程中的一种不正常的现象。希望活塞在冲击钎杆前能获得最大的冲击速度，但如果阀芯换向过早，使后腔压力：降低，活塞甚至会进入冲程减速制动状态，影响冲击速度的提高，这当然是不希望产生的工作状态。状态：阀冲程换向结束，活塞冲程制动它是状态的另一种特殊情况，即阀芯已停止运动。【，】总结：根据以上运动分析状态，当氮气室初始充气压力较低时，冲击系统压力不高，达不到反馈控制压力以作用在锥阀上的开启压力，这个过程处于行程反馈控制。此时冲击能很小，冲击频率变化不大。随着氮气室初始充气压力的升高，冲击系统压力上升，在冲击活塞没有达到最

43、大限制行程之前，处于压力反馈控制。随着氮气室初始充气压力的进一步升高，由于冲击活塞行程减小，冲击频率增大，而冲击能减小。基本运动方程对液压破碎锤运动进行受力分析，液压破碎锤受力运动状态图如，根据运动体的动力平衡、流量平衡（即液体连续性原理）及气体状态方程，可以列出运动体的基本微分方程组，即液压破碎锤的数学模型，主要由如下四组类型的物理方程式组成【，：第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计（其中段为回程换向反馈控制压力）三个运动体的动力平衡方程式。（）活塞的动力平衡方程式：（蚱）（弗，）尼（，）卢（）（鸭，卸）式中（弗）活塞的惯性力，（以，）活塞所受的摩擦阻力，尼（）密封处的滑动摩擦力，口活塞质量

44、，堙重力加速度，卢活塞轴线与水平方向的夹角氮气室压力，氮气室与活塞接触面面积，（，卸）活塞的主动油压作用力，见，蚱活塞运动的速度、加速度卸，印肋液压缸对应的压力差，。活塞的有效作用面积，。（）阀芯的动力平衡方程式：置？矿、儿卸讷）层儿；，卸（）乃（蛳，卸矿）、。式中（夕）阀芯的惯性力，兄矿（夕，卸讪）阀芯所受的粘性摩擦阻力，吒（，或，卸妇）阀的液动力（包括稳态液动力和瞬态液动力），昂（触，卸矿）阀芯所有的主动油压作用力，长安大学硕士学位论文图受力分析图弗，弗阀芯的运动速度、加速度，锄，卸瞻换向阀的压力差，口蝇阀芯的有效作用面积，（）回油管油柱的动力平衡方程式：。（甄）最。（）（山，觇）（）式中死。（或）回油管油柱的惯性力，兄。（九）回油管油柱粘性摩擦阻力，（，瓴）回油管油柱的主动油压作用力，第三章液压破碎锤液压系统的分析与设计成，甄回油管油柱的速度、加速度，回油管油柱的压力差，么回油管油柱的有效作用面积，）区段流量平衡方程液压缸进油侧（活塞、阀芯同时运动时）（夕；，矿）（以）±（