新型氮爆式液压冲击器的特性分析

　　1 新型氮爆式冲击器的工作原理分析

　　1.1 新型氮爆式液压冲击器的提出

　　氮爆式液压冲击器是指推动活塞冲程运动阶段只有氮气作用的液压冲击器, 高压油液只在活塞回程加速阶段推动活塞运动。目前传统的氮气膨胀冲击器属后腔常低压, 前腔变压, 其结构原理如图 1 所示[1]。由于氮气膨胀冲击器的能量利用效率比较高, 活塞结构相对简单易于加工而越来越得到广泛的应用, 但是它本身也存在着一定的缺陷:

　　(1) 由于传统氮气膨胀冲击器前后两腔和回油相通, 那么通过回程反馈孔进入配流阀右边控制腔的油液也会变为低压油液, 见图 1, 这样系统供油就没有完全进入冲击器内部, 而是到达配流阀为止。那么富余的高压流量就由蓄能元件储存起来, 这样会使蓄能元件的压力上升, 加大了蓄能元件的负担和损耗。

　　(2)与此同时, 配流阀左右两个控制腔都和回油相通, 如果不增加其它措施会导致配流阀工作不稳定, 产生窜动, 使油路切换, 导致冲击器不能正常工作。为消除这种不良影响, 需要在配流阀上增加稳定面, 在缸体上加工稳定油路, 加大了制造成本。

　　有鉴于此, 在总结传统氮爆式冲击器优缺点的基础上, 提出了一种前腔常高压、后腔变压新型氮爆式冲击器。

　　1.2 新型氮爆式冲击器的结构分析

　　新型氮爆式液压冲击器是一种无隔膜式蓄能器, 前腔常高压、后腔变压, 行程反馈的氮气式液压冲击器, 其结构原理如图 2 所示,图中 P 表示高压进油, O 表示回油。新型液压冲击器由冲击活塞、配流阀、缸体及氮气腔组成。

　　新型液压冲击器的活塞运动过程可以分为四个阶段: 回程加速阶段、回程制动阶段、冲程加速阶段和打击停顿阶段。

　　a、回程加速阶段

　　活塞回程开始时, 活塞上一次冲击已经结束, 并处于瞬时停顿状态, 此时配流阀已经换向完毕, 冲击器后腔通回油, 前腔一直与高压油相通, 冲击器活塞和配流阀处于如图 2所示状态。这样, 活塞在前腔高压油的作用下, 克服氮气阻力作回程加速运动, 同时压缩尾部氮气, 氮气因压缩而储存能量。

　　b、回程制动运动

　　活塞在高压油的作用下继续向右作回程运动, 当活塞中段左侧面越过控制口时, 前腔的高压油通过反馈孔进入配流阀的控制腔,从而迫使阀芯开始换向运动。当配流阀换向完毕后, 后腔也与高压油相通, 这样活塞的前腔、后腔均和高压油液相通, 并且它们的受力面积相等, 活塞相当于只受氮气的压力, 进入回程减速阶段, 这样活塞的速度会迅速下降,直到停止。