无阀控自配流液压冲击器系统建模与仿真

　　0　引言

　　液压冲击机构是新一代高效节能凿岩设备———液压凿岩机和液压碎石机的主要工作机构,其设计的好坏直接影响液压凿岩机和液压碎石机的使用性能[1]。目前 液压冲击器根据其配流阀的使用情况分为有阀型液压冲击器和无阀型液压冲击器。有阀型液压冲击器应用非常广泛,但其结构比较复杂,冲击循环周期比较长,冲击 次数的提高受到一定限制,而且阀的换向运动容易引起管路中的压力波动,造成能量损失和零件损坏。相对于有阀型液压冲击器,无阀型液压冲击器的发展速度相对 缓慢,应用报道也较少,但它具有一定的优点:只有一个冲击活塞在油液中进行往复运动,减小了摩擦阻力;省去了配流阀,结构简单,制造和维护费用低 [2-7]。因此,进行无阀型液压冲击器的研究是有必要且有一定实际意义的。

　　1　冲击器的结构特点与工作原理

　　如图1所示,无阀控自配流液压冲击器依靠活塞3的运动来给工作腔配油,前腔进油蓄能器4、后腔回油蓄能器5和氮气室的氮气腔7充有一定初始压力的氮气。根据后腔油液状态的变化,可将活塞运动行程分为排油、压缩(或膨胀)和进油三个阶段。

　　1.1　后腔排油阶段

　　如图1a所示,活塞3处于回程开始位置,高压油通过油路L1经油孔K3进入前腔10,同时给进油蓄能器4充油,后腔8经油孔K6、K5、变压腔9回油路相通。此时,在前腔油压力作用下,活塞向右运动,同时后腔油液经油孔K6、K5和变压腔排油孔K4流回油箱。

　　1.2　后腔压缩阶段

　　当活塞运动到图1b所示位置时,活塞3的台阶将油口封闭,切断后腔8与高压油路和回油路的通道,活塞3向右运动的结果是后腔蓄能器5充油,蓄能器5隔膜腔 容积减小,压力升高;同时活塞3后端面压缩氮气室的氮气腔7,使氮气腔压力升高。为了使液压振动系统能够输出较大的冲击能,在活塞3压缩行程完成时,蓄能 器5隔膜腔压力和氮气室氮气腔压力必须低于系统供油压力。

　　1.3　后腔进油阶段

　　当活塞3运动到图1c位置时,后腔8与系统高压油路相通,蓄能器5继续充油,直到蓄能器5隔膜腔压力等于系统供油压力,同时,活塞3继续压缩氮气室的氮气 腔,由于活塞3后腔8的作用面积大于前腔10的作用面积,故活塞3处于回程制动阶段,当活塞3向右运动速度降到零时,活塞3回程运动结束,冲程运动开始。

　　活塞3冲程阶段是回程的逆过程,也由进油行程、膨胀做功行程和排油行程组成,蓄能器5和氮气腔7在活塞3冲程时的膨胀行程所做的功远大于活塞3回程压缩行程所贮存的压缩功,其膨胀功与压缩功之差就是该新型液压振动系统输出的冲击能。