氮爆式冲击器机电液控制系统

　　0　引言

　　氮爆式液压冲击器的液压系统是工作与控制的动力源,它一方面要满足冲击器工作的技术性能和控制性能的要求,另一方面还需考虑经济性能和使用性能的要求.由于所要破碎材料的材质、形状等条件的不同,液压冲击工具一次冲击的冲击能的大小和冲击频率可调也是必要的.本文引进了 智能破碎冲击器技术",利用单片机和高速开关阀来间接实现油路的控制,根据前次打击的阻力来决定输出,连续控制冲击能量,实现更好的控制和调节.

　　1　液压控制系统的基本原理

　　液压冲击器用一个配油阀调控各油路通断,从而使液压缸中活塞杆在变化的油压的驱动下快速往复运动,撞击钎杆进行工作.为了增加冲程的能量,采用高压氮气室在回程时积蓄能量,冲程时释放能量,以辅助增加冲击能[1].如果想对冲击的频率和冲回程距离进行调节,只需调节配油阀的动作时间即可.本文采用压力反馈原理,通过冲击活塞回程加速结束时氮气室的压力,控制调节配油阀的动作时间,从而调节冲击活塞回程位移,以此达到改变冲击器的冲击频率和单次冲击能的目的.

　　压力变送器检测冲击活塞冲击钎杆后反弹时氮气室的压力信号,间接反应冲击时钎杆反弹信号,此信号主要由工作对象的物理性质决定.在破岩过程中必然存在钎杆的反弹,特别是当岩石没有被破碎即岩石没有吸收掉大部分破碎能时,反弹的能量就更大.反弹的能量一部分传给活塞,并压缩尾部氮气室储能;另一部分使缓冲室压力油压力升高并在系统高压蓄能器里蓄能.当氮气室的反弹信号较大时,说明岩石较坚硬且没有被破碎,应输出较大的冲击能以利于破碎.因此计算机调节活塞回程加速结束时氮气室的换向压力为较大值,活塞回程位移增大,相应冲击能增大,冲击频率降低;反之当信号小时,则岩石较松软,应输出较小冲击能,此时调节换向压力为较小值,冲击能减小,冲击频率增大,提高了凿岩效率.计算机对每一次打击进行调节,实现输出能量和频率的无级调节和最优匹配.冲击器的冲击频率同时可通过控制泵供给冲击系统流量实行无级调节控制,流量大时冲击频率高,流量小时冲击频率低.依据上述原理可实现冲击器冲击能与冲击频率的独立无级调节控制[2].

　　2　高速开关电磁阀控制

　　采用的高速开关阀是一种2位3通电磁阀,其工作电压为直流12 V,工作频率可达200 Hz以上,安装方式是螺纹形式,其额定流量小于10 L/ min,寿命为1011次.由于其阀芯的质量和行程都小,因而能以很高的响应速度来跟踪响应控制信号.但由于其阀芯的行程较小,就决定油口很小,它的额定流量小于10 L/ min,如果把高速开关阀的切换频率调到20次/min,那么切换一次的流量为20/(60×20)≈0.017 L,这么小的流量不能直接驱动配油阀的阀芯[3],因此本文设计了一个以高速开关阀配合逻辑插装阀实现大流量控制的方案.