液压冲击器的研究与应用

　　液压冲击机械是以高压液体为动力，形成冲击体高速往复运动，将液体的压力能转化成机械能，以产生冲击作用为主的打击式液压机械装置，包括液压凿岩机械、潜孔钻机 (冲击器)、液压破碎冲击器、液压夯实机和液压打桩机等。冲击机械的性能在很大程度上决定于冲击器的性能，因此液压冲击器是液压冲击机械的核心装置。液压冲击器的研究主要包括结构设计、试验技术和仿真技术等研究领域，研究成果对液压冲击机械的设计、制造和发展有着重大的影响。

　　1　液压冲击器的理论模型

　　根据所作基本假设和数学模型的不同，冲击器的理论研究方法分为 2 大类：线性模型研究和非线性模型研究。

　　1.1　线性模型

　　线性研究是通过一些途径，将非线性冲击器线性化而进行的研究。它是一种理想化的模型研究，是在假设“液压油压力恒定不变”，且忽略某些因素的前提下，得到冲击器的线性数学模型。它的研究前提是前苏联学者 O·д·Aлимов和 C·Aбасов在《液压振动冲击机构理论》一文中提出的“在保证冲击末速度为给定值的情况下，压力完全均等的压力控制是效率最高的最佳控制”的观点，即在“油压恒定不变”的恒压控制假设前提下，同时对冲击器受力情况进行了简化。

　　在“恒压控制”假设基础上，前苏联学者提出了峰值推力最小的最佳设计方案；日本学者中山等人在此基础上，考虑了管道阻力，对活塞行程可调性进行了理论和设计研究[1]；北京科技大学的李大冶教授提出了最优行程设计思想；陈玉凡等利用冲击器的线性模型，使用最优行程的无量纲分析法，对冲击器参数进行无量纲分析，得出了用于指导设计工作的各参数关系的一系列表达式；中南工业大学的杨襄璧教授发明了液压冲击器设计中著名的“抽象设计变量法”，用冲程时间比作为抽象设计变量，推导出液压冲击器结构与工作参数的全套设计公式，并用该法进行了一系列优化计算。在分析优化设计中北京科技大学的周志鸿以行程系数，株州工学院的廖建勇以结构特征系数等无量纲设计变量，中南工业大学的胡均平和朱建新则以液压冲击器内部压力损失能耗最小分别对冲击器进行了优化。

　　线性模型研究简明易懂，能求出冲击机构各参数间的解析表达式，计算比较简便。在开发研究阶段可以较方便地使用这种方法对液压冲击器进行导向式研究。但是，线性研究中没有考虑直接影响冲击性能的活塞和阀的相互制约关系以及蓄能器的状态，故不能正确地反映机器中众多的结构参数间的相互关系。虽然线性研究方法存在缺陷，但在工程分析和计算上很有效，一直得到广泛应用，有时还被综合起来应用，如计算冲击能、冲击频率、主要结构参数等，研究冲击系统中的活塞、阀、蓄能器或机体等运动[2]，进行系统特性分析等，甚至利用这些公式和方法建立目标函数进行优化设计。