液压破碎锤计算机建模与仿真

　　随着液压技术的发展,液压破碎锤在社会各行各业中的应用越来越广泛,从最初的用于矿山岩石工程的钻孔作业与大块岩石的二次破碎,发展到今天已经用于开挖隧道、拆除路桥和建筑物、破碎沥青和混凝土路面以及清除冶炼炉渣和进行水下作业等。由于其工作的灵活性及其对劳动生产率的提高所发挥的作用,越来越受到矿山和施工部门的重视[1-2],有着广泛的应用前景和巨大的市场需求量。而生产出高性能的液压破碎锤必定给厂商带来巨大的经济效益,增加其产品在市场的占有率。

　　作者利用MSC1ADAMS和CATIA两种软件对国外某型号液压破碎锤进行了仿真计算,在CATIA中建立除活塞外的三维装配体模型,以parasolid格式导入ADAMS/View,与View中参数化的活塞模型建立约束关系后对整个模型施加载荷,并创建多个测量作为传感器信号以控制活塞的运动,仿真后得到活塞和阀芯运动曲线并对结构参数和工作参数进行了分析,为产品的设计改良和使用提供了参考。

　　1 破碎锤的基本结构与工作原理

　　1.1 破碎锤的基本结构

　　破碎锤的基本结构如图1示。

　　1.2 破碎锤的基本原理

　　此破碎锤采用液压氮气联合作用原理,比液压静压传动锤即液压驱动方式和液压回程、氮气冲击型锤—氮爆锤能量利用率高,但结构要复杂一些。其工作原理示意图见图2,具体如下:

　　(1)回程运动

　　液压油经高压油管进入1腔和8腔:阀芯被油压压在下止点位置;活塞往上,朝气腔4方向运动,此时4腔经阀芯上的4个圆孔与7腔连通,通过换向阀回油。

　　(2)活塞运动换向

　　当活塞运动至如图2(b)示位置时,高压油经2腔进入6腔,此时换向阀的6腔和8腔均充满等压的高压油。由于轴肩面积的不同,阀芯上移。

　　(3)冲程运动

　　当阀芯升高至圆孔与8腔接通时,高压油通过换向阀进入4腔。面积不等的轴肩在两活塞上产生压差,加上氮气压力和自身重力,活塞加速下移。

　　(4)打击过程

　　活塞撞击钎杆,恰在此时活塞中间部分到达2腔,致使6腔通过2腔、3腔泄掉高压油,由于8腔一直通高压,所以阀芯下移,圆孔重新与7腔连通,完成一个循环。

　　2 仿真模型及仿真分析

　　自20世纪80年代初李大诒教授发表5有阀型液压凿岩机有关问题的探讨6一文以来,冲击器的计算机仿真一直是国内研究的热点。研究人员建立活塞和阀芯甚至蓄能器的数学模型后或通过计算机语言编程,或利用工程中广泛应用的MATLAB软件,对冲击器运动过程进行仿真,均取得了不错的效果,但对至关重要的碰撞过程以及阀芯和活塞的相互影响还有待进一步研究和完善。建立在多体动力学基础上的、由MSC公司开发的软件ADAMS可以较好地解决多刚体中接触)碰撞及活塞和阀芯的互动等问题。