电控液压冲击器控制机制研究与设计

　　1　引言

　　液压冲击器是一种广泛应用于矿山岩石的破碎、混泥土构建的拆毁等工程建设中的液压工程设备。液压冲击器是以外界液压源为动力,把外界的液压能转化为机械能,使冲击活塞往复运动并锤击钢钎,从而达到破碎岩石的目的。

　　液压冲击器的工作对象有着不同物理特性,不同的对象和工况又有不同的工作要求。为了在工作中取得最好的效果,要求液压冲击器根据工作对象的不同性质,不断调节冲击能和冲击频率。目前国内外大多数冲击器的工况比较单一,即便有部分冲击器可以对冲击能和冲击频率作出调整,但都是基于行程调节或者流量调节,同时受结构和调节方法的限制,调节范围有限。而引入自动化、电子技术的液压冲击机械可以很好地克服这些缺点[1、2]。

　　2　电控液压冲击器理论分析

　　不论是调节供油流量还是调节活塞行程,都不能使液压冲击器很好地适应变化工况的需要,而如何自动适应各种工作对象或者同一工作对象的不同特点,从而使得液压冲击器在工作中自动匹配智能输出工作参数(冲击能和冲击频率等)是一个需要解决的问题。

　　要解决这个问题,就要找出随工况变化的合适的参照对象。经过查阅文献,反弹系数e与无量纲匹配系数γ之间的关系曲线如图1所示,它们之间的函数关系式如下[3]:

　　式中:Z为活塞与钎杆的波阻(Ns/m);M为活塞质量(kg);K为工作对象的加载刚度(N/m);δ为工作对象的卸荷系数。

　　从关系式和曲线中可以得出:活塞的反弹状态和反弹速度与活塞、镐钎和介质的特性有关,当γ值越小,活塞反弹速度则越大,γ值越大,活塞反弹速度则越小,工作介质的加载与卸载特性直接影响活塞的反弹状态与反弹速度。当冲击器结构确定时,介质越软,K越小,反弹速度越小,反之介质越硬,K越大,反弹速度越大。

　　在实际情况下,不同的工作介质的物理特性是事先未知的,但是可以通过通过检测活塞反弹速度间接获取打击对象的物理特性,作为控制液压冲击器输出工作参数的判断依据。对于电控液压冲击器而言,就是在不同工作特性下实时改变频率和改变冲击能,用简单灵活的电子技术控制输出工作参数,以数字信号容易调节的特点,实时控制数字电液换向阀的通断和通断时间。而对于气液联合式液压冲击器,氮气室氮气压力的变化正是反映了活塞的这种反弹特性,可以通过测量氮气室氮气压力间接反映活塞反弹变化关系。

　　3　电控液压冲击器的结构与控制方案

　　当控制系统以氮气室压力信号作为系统控制反馈信号时,通过氮气反馈的压力信号控制换向工作压力来调节冲击器的冲击能,换向工作压力高时,冲击能大;工作压力低时,冲击能小。同时,通过控制活塞冲击后的延时停顿时间来调节液压冲击器的冲击频率,延时停顿时间长时冲击频率低;相反,延时停顿时间短时冲击频率高。这样,不用去考虑传统液压冲击器工作油压与工作油流量之间的关系,实现了冲击系统的冲击能和冲击频率两参数的自动调节,另外鉴于系统氮气室换向压力和停顿延时可以在较大范围内调节,所以此控制原理的冲击器冲击能E和冲击频率f则都可以较大范围内电控智能调节,这是基于氮气压力反馈工作原理而设计的。