液压凿岩机的分析与设计

XX大学北方信息工程学院毕业设计 液压凿岩机的设计与分析 XX大学北方信息工程学院毕业设计题 目 液压凿岩机的设计与分析 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 白东升 学 号 B11020101 年级 级 指导教师 二零一五年三月五日 摘 要 在国民经济建设中，矿石是不可或缺的基础原材料。作为重要的基础产业，矿山开采行业的发展程度成为一个国家社会发展水平和综合实力的重要衡量指标。我国经济正处于高速发展期，基础设施建设成为国内投资最主要的方式。因此，矿山作为最主要的原材料之一，必然也处于扩张阶段。矿山生产过程中，大部分原料要进行矿山开采，矿山开采是生产矿山砖，柱子用量最大的原料，开采后的面积较大，硬度较高，因此矿山开采设备在矿山开采加工厂家中占有比较重要的地位。在新的市场需求的驱动下，矿山开采设备的更新和优化升级更加迫切。国内矿山开采设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的矿山开采液压凿岩机械，在绿色环保化矿山开采的转变中挥积极作用。一般生产大型矿山开采液压凿岩机的企业对设备环保指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种题。液压系统自世纪问世以来发展很快，在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压缸在结构方面，功能方面，已经比较成熟，目前国内外液压缸的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压缸两大组成部分的控制元件和执行元件，由于技术发展趋于成熟，国无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使液压缸在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压缸都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及其本身在液压系统中得到较广泛的应用作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。智能液压凿岩机是加工各种矿山开采的主要设备，适用于各类矿山开采厂的矿山开采的加工，如下料、开孔、开槽、拉伸等。本文根据智能液压凿岩机的用途特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。智能液压凿岩机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。随着经济的发展和人们生活水平的提要求也进一步提高，因此矿山开采设备的需求量也逐年增加，由于天然矿山开采的不规则性和矿山开采资源的有限性使用使得矿山开采的合理使用方法矿山开采液压式凿岩机得到迅速的发展，并通过中控系统来控制整个矿山开采机械的动作，使矿山开采的加工得到自动化的水平。因此液压凿岩机的需求量也大量增加，国内外各种高性能的液压凿岩机种类很多，但是价格也极为昂贵。关键词： 矿石 矿山开采设备 液压技术 液压凿岩机 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced.The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer augerFixture design process of drilling pump cover and reaming holes is designed with 18H7 include part machining process design, process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.Concurrent Engineering is the first to shorten product development cycles as a means to develop. Products will be characterized by the development, production engineering involved in the acts broken down into a series of tasks, such as market analysis, design, process design, production plans and equipment purchases, processing, quality assurance, testing and after sales service.design, production, and service of all project-related personnel and product information integration as a whole, and stressed that all relevant departments and the interests of the overall goal line. to the establishment of a competent and reasonable charge of the project personnel structure of the working group coordinated management model, by the Working Group in the ministries responsible for project elements, and the promotion of the coordination of tasks.parallel processing stages of the work. According to the project in the different tasks of the linkages between the different ministries mandate of the elements of the work process can be completely overlap or duplication. In accordance with these principles, formulate a reasonable, and optimize the work plan, and the location in which the necessary settings assessment, the Working Group by the project implementation so that all sub-tasks in parallel, to move forward in an orderly manner, so as to ensure the smooth implementation of the whole project .According to the traditional methods of work, the work of the various stages in a row serial. In such a product development approach, divorced from each other at various stages, are not related, resulting in increased design error, and difficult to discover such a design rework, crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Four degrees of freedom目 录1绪论.6 1.1课题的来源与研究的目的与意义.7 1.2液压凿岩机的应用.8 1.3液压凿岩机的组成.9 1.4 液压凿岩机的发展现状.9 1.5液压凿岩机的分类.102液压凿岩机的总体结构分析.11 2.1 液压凿岩机的基本结构.11 2.2 液压凿岩机冲击机构的结构类型.12 2.3 液压凿岩机的冲击工作原理.133液压系统的设计.143.1 液压冲击机构控制原理.153.2 活塞系统的设计.163.3 配流阀系统的设计.17 3.3.1配流阀设计的基本要求.17 3.4蓄能器的设计.18 3.5 活塞防空打装置的设计.194拟定液压系统图.20 4.1选择液压基本回路.215液压系统的性能验算.22 5.1液压系统的压力损失计算.23 5.2液压系统的热量温升计算.23结论.23参考文献.24致谢.251绪论1.1课题的来源及研究的目的和意义 液压凿岩机作为矿山开采的不可或缺的机械设备，在当代机械工业占据着非常重要的地方，随着国民经济的飞速发展，矿山开采设备也在不断地发展。液压凿岩机首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台液压凿岩机。日本是液压凿岩机发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型液压凿岩机后，大力研究液压凿岩机的研究。据报道，1976年从事液压凿岩机的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1979年120多个大学和国家研究部门用在液压凿岩机的研究费用42%。1979年日本液压凿岩机的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的液压凿岩机产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能液压凿岩机约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，液压凿岩机累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用液压凿岩机最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万液压凿岩机投入到矿山开采行业工作。第三代液压凿岩机则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着液压凿岩机的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。当代科技发展越来越迅猛，工业的发展与经济的强大与否有着直接关系，所以迫切需要不断地研发出新型的适合多种类型的矿山开采加工设备。1.2 液压凿岩机的应用液压凿岩机的运用在矿山开采领域十分的广泛，所以矿山开采技术也越发的需要改革进步。传统矿山开采方法：采用凿子和錾子等工具进行剥落和研磨方式来进行，这是老一套的做法。但是，这种传统方法由于粉尘和劳动强度过大、工效太低、尺寸精度和表面质量很差而逐渐的被淘汰了。目前中国陆续研制出了各种专用的矿山开采设备，如采煤机、液压凿岩机、掘进机、矿车等，它们的工作效率大大超过手工加工，还实现了矿山开采的工业化批量生产。1.3液压凿岩机的组成 液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、钎尾反弹吸收装置组成。冲击机构是冲击作功的关键部件，它由缸体、活塞、换向阀、蓄能器等主要部件和导向与封闭装置等组成。在设计冲击机构前，首先应根据各方面的制造水平和外购件的质量水平等情况，确定采用单面回油前腔常压油型，还是采用双面回油型液压凿岩机。双面回油型的主要优点是：活塞形状最为合理，有利于提高活塞与钎具的寿命，增强破岩效果；排油时间长，回油管中峰值流量较小，减少了回油阻力和压力脉动；采用较高的压力油，供油流量较小，可使各方面的尺寸小一些。缺点是：阀和缸体结构复杂、工艺性差、要求加工精度高；回程制动阶段前腔可能有吸空现象；采用高压油需要加强密封。故只有加工设备与技术等个方面能够保证，此方案才可行。前腔常压油型的优点是：结构简单、工艺性好、制造成本低、回程制动阶段无吸空现象。缺点是：活塞形状不如双面回油型好、排油时间较短、回油管中峰值流量大、回油阻力和压力波动较大（此缺点可用回油蓄能器来减少其影响）。以上分析可知采用单面回油前腔常压油型较好。液压凿岩机的换向阀有多种多样的形式，概括起来有套阀和芯阀两大类，芯阀按形状又可分为柱状阀和筒状阀。1.4液压凿岩机的发展现状 20世纪20年代，英国人多尔曼在斯塔福德制造出第一台液压凿岩机。大约40年之后，另一位英国人萨特立夫也制成了一台液压凿岩机。不久，美国GardnerDenver公司根据尤布科斯专利制成了MP型液压凿岩机。以上几种液压凿岩机都因一些关键的技术问题没能很好地解决，所以未能在生产中得到推广应用。1970年，法国蒙塔贝特（Montabert）公司首先研制成功第一代可用于生产的H50型液压凿岩机，开始在世界范围内应用液压凿岩设备。由于液压凿岩机和气动凿岩机相比具有明显的优越性，瑞典、英国、美国、德国、芬兰、奥地利、瑞士和日本等国陆续研制出各种型号的液压凿岩机，使液压凿岩机技术和生产在30多年间有了很大发展。目前在国外，液压凿岩机已经成为导轨式凿岩机产品的主流。90年代先进国家的岩石开挖工程采用的液压凿岩设备占凿岩设备总量的80%以上。其中瑞典AasCopco、芬兰Tamock、法国Secoma等公司的液压凿岩机及配套产品在世界上具有代表性。前两者的液压凿岩设备销售量占世界销售总量的一半以上。目前国外的液压凿岩机正向重型、大功率和自动化方向发展超重型大功率液压凿岩机已能钻凿直径180-275毫米的炮孔，凿岩速度是牙轮或潜孔钻机的2-4倍，而能耗仅为潜孔钻机的1/4。我国开展液压冲击机械的研究工作起步于70年代初期，基本与国际研究水平同步，但由于当时我国液压技术发展较慢，液压凿岩机与液压碎石机未能在我国普遍推广应用。直到80年代，我国科研人员走技术引进和自行开发相结合的道路，在突破了试验研究的许多关键技术之后，取得了迅速的发展。1980年长沙矿冶研究院研制成功了我国第一台YYG80型液压凿岩机，不久以后，由中南工业大学研制的YYG90型液压凿岩机、北京科技大学研制的YS5000型液压碎石机和长沙矿山研究院研制D型液垫式液压碎石冲击器也相继通过了国家有关部门组织的技术鉴定。近年来，随着我国对外开放政策的深入和科学技术的长足进步，液压冲击机械这个新兴的技术产业也得到了迅猛发展，目前国内已经有十几家单位研制生产了数十种型号的液压凿岩机和液压碎石机的系列产品，在我国的能源开发、城市建筑、隧道工程建设中获得了较好的应用。1.5液压凿岩机的分类 液压凿岩机的种类繁多，主要分为以下几个类型：风动式 风动式以压缩空气驱使活塞在气缸中向前冲击 ，使钢钎凿击岩石，应用最广。电动式 电动式由电动机通过曲柄连杆机构带动锤头冲击钢钎，凿击岩石。并利用排粉机构排出石屑，内燃式利用内燃机原理，通过汽油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，凿击岩石。适用于无电源、无气源的施工场地。液压式 液压式依靠液压通过惰性气体和冲击体冲击钢钎，凿击岩石。这些凿岩机的冲击机构在回程时，由转钎机构强迫钢钎转动角度，使钎头改变位置继续凿击岩石。通过柴油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，如此不断地冲击和旋转，并利用排粉机构排出石屑，即可凿成炮孔。内燃式 内燃凿岩机不用更换机头内部零件，只需按要求搬动手柄，即可作业。具有操作方便，更加省时，省力，具有凿速快、效率高等特点。在岩石上凿孔，可垂直向下、水平向上小于45垂直向下最深钻孔达六米。无论在高山、平地，无论在40的酷热或零下40的严寒地区均可进行工作，本机具有广泛的适应性。 内燃凿岩机具有矿山开采凿孔、建筑施工、水泥路面、柏油路面等各种劈裂、破碎、捣实、铲凿等功能，广泛用于矿山、建筑，消防，地质勘探，筑路，采石，建筑，国防工程等。2液压凿岩机的总体结构分析2.1液压凿岩机的基本结构 液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、供水排粉装置及防尘系统等部分组成，其凿岩作业是冲击、回转、推进与岩孔冲洗功能的综合。目前各生产厂家的液压凿岩机结构都不尽相同，各有自己的特点。如有带行程调节装置的，也有无此装置的；有采用中心供水的，也有采用旁侧供水的；缸体内有带缸套的也有无缸套的；为了防止深孔凿岩时钎杆卡在岩孔内拔不出来，国外有几种新型液压凿岩机在供水装置前面还设有反冲装置。其总体方案图结构图如下： 液压凿岩机总体方案结构图2.2 液压凿岩机冲击机构的结构类型 液压凿岩机按其冲击机构配油方式的不同可分为两大类:有阀型和无阀型。前者按阀的结构可分为套阀式和芯阀式:按回油方式又有单面回油和双面回油两种:单面回油又分为前腔回油和后腔回油两种。其分类关系及相应代表型号见表2-2。 2.3 液压凿岩机的冲击工作原理 液压凿岩机以液压流体作为传递能量的介质，其冲击工作原理主要是由冲击机构的配油方式决定的。（1）前腔回油后腔常压型液压凿岩机冲击工作原理此型液压凿岩机是通过改变前腔的供油和回油来实现活塞的往复运动的，有套阀式和芯阀式两种。图2-3所示位套阀式的冲击工作原理。当套阀处于左端位置时，高压油进入活塞前腔A，由于活塞前腔受压面积大于后腔受压面积，活塞前端作用力远大于后端作用力，故活塞开始作回程运动(图2-3a)。当活塞回程到一定位置时，使推阀腔C与后腔B切断，与回油腔D连通，推阀腔B的油压急剧下降，于是套阀作回程换向并向右快速运动，关闭活塞前腔的压油口，开启回油口，活塞前端作用力急剧减小使活塞处于制动运行状态(图2-3b)。当活塞回程速度为零即到达回程终点时，活塞在后端作用力的作用下开始作冲程运动(图2-3c)。当活塞在冲程中离冲击点还有一定距离时，推阀腔C与压油腔B相通，套阀进行冲程换向，在此过程中，活塞高速冲击钎尾(2-3d)。与此同时，冲程换向完毕，活塞前腔进入高压油，又开始作下一次循环的回程运动。3液压系统的设计3.1 液压冲击机构控制原理 冲击工作原理主要是由冲击机构的配油方式决定的。（1）前腔回油后腔常压型液压凿岩机冲击工作原理此型液压凿岩机是通过改变前腔的供油和回油来实现活塞的往复运动的，有套阀式和芯阀式两种。图2-3所示位套阀式的冲击工作原理。当套阀处于左端位置时，高压油进入活塞前腔A，由于活塞前腔受压面积大于后腔受压面积，活塞前端作用力远大于后端作用力，故活塞开始作回程运动(图2-3a)。当活塞回程到一定位置时，使推阀腔C与后腔B切断，与回油腔D连通，推阀腔B的油压急剧下降，于是套阀作回程换向并向右快速运动，关闭活塞前腔的压油口，开启回油口，活塞前端作用力急剧减小使活塞处于制动运行状态(图2-3b)。当活塞回程速度为零即到达回程终点时，活塞在后端作用力的作用下开始作冲程运动(图2-3c)。当活塞在冲程中离冲击点还有一定距离时，推阀腔C与压油腔B相通，套阀进行冲程换向，在此过程中，活塞高速冲击钎尾(2-3d)。与此同时，冲程换向完毕，活塞前腔进入高压油，又开始作下一次循环的回程运动。其中液压控制原理简图如下图所示： 液压冲击机构简化后的结构模型示意图。它主要由活塞、缸体、高压蓄能器、换向阀以及连接它们的油路组成。上部是活塞，下部是换向阀。在一个工作周期内，活塞和换向阀的各腔压力是交替变化的。冲击机构的工作状态包括四个部分： 1）冲程加速：冲程开始阀芯位于左端，活塞位于右端，高压油经油路1进入缸体后腔，推动活塞向左做加速运动。 2）冲程换向：活塞向左加速运动到预定位置，打开冲程换向信号孔M，高压油经推阀油路2进入配向阀左定位腔，推动阀芯向右做冲程换向，配向阀右控制腔中的液压油精推阀油路3进入活塞中间腔，经回油通道4返回油箱，为回程运动做准备，与此同时，活塞打击钎尾。 3）回程加速：完成冲程瞬间，活塞进入回程运动，高压油经进油路5进入缸体前腔，推动活塞做回程加速运动。 4)回程换向：活塞向右做回程加速运动到预定位置，回程换向信号孔N打开，高压油精推阀油路3进入配向阀右定位腔推动阀芯回程换向，配向阀做控制腔中的液压油经推阀油路2、活塞中间腔和回油通道4返回油箱，阀芯运动到左端，为下一循环做好准备。其中线性模型研究对液压冲击机构的运动作了必要的简化和假设，认为活塞的一个运动周期可分为回程加速、回程制动和冲程加速三个运动阶段，在这几个阶段内，利用活塞运动的二段分析和三段分析法进行液压冲击机构的研究和设计，不仅能很快得出明确的解析表达式，而且能很方便地进行冲击机构的结构参数设计。液压凿岩机冲击机构的活塞结构参数和运动学、动力学参数是紧密相关的，当确定一组性能参数时，会得到相应的结构参数。 令活塞冲程加速时间与活塞运动周期之比为，即： 其中被称为冲程时间比或运动学特征系数，因为它是无量纲量，故将其定义为抽象设计变量。则根据活塞运动的三段分析法可得到下面一系列用抽象设计变量表示的运动学参数表达式。 冲程时间：ts=aT；a 回程时间：tr=(1-a)T； 回程加速时间：； 回程制动时间：；a 活塞行程：； 回程加速行程：； 回程制动行程：； 回程最大速度：； 冲程加速度： ； 回程加速加速度：； 回程制动加速度：； 式中：回程制动加速度与冲程加速度的比值。由以上式子可求得：由此可见，给出一个值便确定了液压冲击机构的所有运动学和动力学参数，因此可以把的设计视为液压冲击机构的一种设计方法。的最优值在0.290.382之间。其中液压冲击机构方案简图如下：液压冲击机构方案简图3.2 活塞系统的设计 活塞是液压凿岩机的关键零件，它设计的好坏直接影响机器的工作性能和寿命。活塞设计的已知参数是冲击能E和冲击频率f，由用户或生产需要而定。需要设定的参数是冲击末速度mV和供油压力p。根据我国目前钎尾允许应力计算，mV一般不大于10sm。供油压力的选择应考虑机器的整体结构尺寸、制造工艺水平和密封性能，一般在1018Mpa范围内。具体设计时应遵循以下原则：1）活塞应为细长形，并减少不必要的断面变化，以利于提高能量传递效率和钎具寿命。2）活塞冲击头部的面积应尽量与钎尾端部的面积相等或接近，并要有一定的锥部长度，以利于冲击波的传递。3）要保证活塞全行程及超行程时不致损伤两端密封结构。4）活塞应具有防空打功能，以免空打时撞坏缸体。5）活塞的材质应具有较好的机械性能，即表面硬度高，心部韧性好，且具有较好的耐磨耐冲击性能。6）保证活塞重量和前后腔受压面积等于或接近已得出的结果参数。7）应在综合考虑能量损失、加工精度与过滤精度的基础上，确定活塞与缸体间合理的配合间隙。 根据实际工况或用户要求确定冲击机构性能参数：冲击能E和冲击频率f；根据我国目前钎尾允许应力确定冲击末速度mV；根据液压系统的承载能力确定供油压力p；按近似钎杆直径确定活塞冲击端直径d。采用抽象设计变量理论可得如下活塞计式： 3.3 配流阀系统的设计 液压冲击机构配流阀有多种结构形式，根据其配流系统工作原理的不同，一般可分为行程反馈配流、压力反馈配流和电液控制强制配流二种配流方式。轻型独立回转液压凿岩机冲击机构采用行程反馈配流方式。这类冲击机构实际上是一种具有行程反馈的阀控活塞随动系统，它工作时，配流阀从缸体反馈信号孔获得高压油推动阀芯换向，以实现油路的切换，活塞则随供油规律的改变作周期性回程、冲程变速运动。具体地说，阀芯的运动是通过活塞在缸体内的行程反馈信号来控制的，从而实现了配流阀控活塞系统中阀与活塞的互动控制。3.3.1配流阀设计的基本要求 配流阀是液压冲击机构的重要组成部分，它对活塞的控制属于开关型控制，阀芯的运动速度和运动时间直接决定着活塞的运动频率，因此，必须保证阀芯运动的快速性。配流阀阀芯质量越小、推阀面积越大、运动行程越小，则阀的运动频率越高。但增加推阀面积，必然会增加配流阀的耗油量，虽然阀芯运动所消耗的压力油对于液压冲击机构的工作是必不可少的，但对液压冲击机构的输出功来说却是一种能量损失，所以增加推阀面积会降低冲击机构的效率。阀芯的运动行程越小，则阀的开口量就越小，油液流经阀口时的压力损失越人，可见阀芯的运动行程也不能太小。所以，在设计配流阀时，必须在保证阀芯动作快速、稳定的基础上，使配流阀的能量损失最小。具体设计时应遵循以下原则： 1)阀芯两端受力应始终处于不平衡状态，以保证阀芯稳定在冲程或回程的配油位置； 2)在保证阀口全流量时不致有过大阻力的情况下，行程尽可能短些，重量尽可能轻些，以减少耗油量和提高换向速度； 3)要保证最小封油长度和进入缓冲油垫的长度； 4)保证阀芯两端推阀面积满足参数计算的要求。3.4蓄能器的设计 高压蓄能器是液压冲击机构最重要的部件之一。由于活塞运动速度在往复运动过程中变化很大，活塞撞击钎尾时的速度最高可达9m/s以上，并且撞击后其速度很快降为零，因此，活塞运动所需的流量变化也很大，尤其是活塞撞击钎尾前后，流量瞬间由最大降为零，这样大的流量变化目前还没有任何液压泵能够适应。另外由于油液的可压缩性很小，系统的高速换向会产生很大的液压冲击，使系统的压力高出正常工作压力的几倍，这样的高压会导致系统管路及元件的损坏，所以必须采取措施来补偿流量瞬变和压力瞬变，一般的液压冲击机构通常采用安装蓄能器的办法来解决。高压蓄能器的作用是减小液压泵的最大输出流量，平衡整个工作过程中的流量，从而在不损失能量的条件下使系统压力波动减小。一般在阀控式液压冲击机构中采用隔膜式蓄能器来满足其频率响应的需要。使用蓄能器能提高液压冲击机构的效率，延长其使用寿命。如图所示，隔膜式蓄能器由容积大致相等的上、下两部分组成，在正常工作的情况下，要求隔膜振动时偏离中间位置的距离基本相等 根据线性理论的活塞运动三段分析法，在活塞的一个运动周期中，高压蓄能器的充排油情况如图。经推导可得:1) 活塞回程加速阶段初期，蓄能器的充油量为:;式中:Q-液压泵的供油流量，;Q-回程时活塞前腔的峰值流量，；其值为:;3.5 活塞防空打装置的设计 液压开口机一般都会出现“空打”现象。为了避免因“空打”而引起活塞打击机体造成机壳零件的损坏，冲击机构应装设防空打装置。防空打通常采用下面的两种方法。第一种方法是将防空打装置独立于活塞腔，在开口机机头部分设置空打套和空打油垫。当活塞冲程超过预定冲击点位置时，活塞就打在空打套上，再通过与高压油相通的油垫来缓冲。这种方法非常可靠，丝毫不影响活塞的运动，但结构比较复杂，而且必须增加一条连接主机壳上高压油腔与机头上油垫的油路，增加了加工和密封的困难。因此，该法适用于重型液压开口机。第二种方法是在活塞腔里设置空打油垫。当活塞越位时，活塞台肩就进入缓冲油垫区，依靠密闭油腔产生的油垫来起缓冲作用，吸收活塞的冲击力。这种方法简单可靠，基本能消除活塞空打时的机械撞击。 本次设计的液压冲击机构采用第二种防空打方法，其结构如图4-7所示其工作原理是:当活塞空打时，配流阀已完成冲程换向，高压油进入活塞前腔，但此时的液压力尚不足以令活塞马上停止运动，活塞台肩仍以较高的速度进入缓冲油垫区，缓冲区的油液被全部地封闭起来，只能通过给定的节流间隙排出，从而使被封闭的油液压力进一步升高，产生适当的液压抗力与活塞惯性力相对抗，以达到使活塞迅速减速制动的目的。 根据缓冲过程中活塞加速度的变化情况，可以将缓冲过程划分为两个阶段:第一阶段为等减速缓冲阶段，第二阶段为变减速缓冲阶段。为了分析解决问题的方便，建立了如图坐标系，以坐标零点作为两个缓冲阶段的分界点。当01xx时，活塞处r第一阶段缓冲区,当0x时，活塞处于第二阶段缓冲区。 4拟定液压系统图4. 1选择液压基本回路 选择调速回路。该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，铣床加工有顺锉和逆锉之分，可采用进流口节流的调速形式，具有承受负切削的能力，如图（a） (a) 选择快速运动回路和换向回路。系统采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，为保证换向平稳，采用电液换向阀式换接回路，如图（b） （b） 选择速度换接回路。避免液压冲击，宜选用行程阀来控制速度换接，如图（c） （c）5液压系统的性能验算5.1液压系统的压力损失计算1）、快进 滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上通过单向阀3的流量是6L/min，通过电液换向阀4，液压缸有杆腔的回油与进油路汇合，以12.24L/min通过行程阀5并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为pv=0.2(6/63)2+0.5(6/80)2+0.3(12.24/63)2=(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa 压力阀不会被打开，油泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀4和单向阀9的流量都是6.24L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀5流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差p=p2-p1=0.5(6.24/80)2+0.2(6.24/63)2+0.3(12.24/63)2 =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。 2）、工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0.5L/min,在调速阀7处得压力损失为0.5MPa，油液在回油路上通过换向阀4的流量是0.25L/min，在背压阀10处得压力损失为0.5MPa，通过顺序阀11的流量为（6+0.24）=6.24L/min，因此这时液压缸回油腔的压力p2为p2=0.5(0.24/80)2+0.5+0.3(6.24/63)2 =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa；此值小于原估计值0.8MPa。重新计算工进时液压缸进油腔压力p1p1=(F+p2A2)/A1；=(4182+0.53210610.0110-4)/19.6310610-4=2.40 MPa；此数值与2.54MPa接近。3）、快退 快退时，油液在进油路上通过换向阀4的流量为6L/min；油液在回油路上通过单向阀7、换向阀4和单向阀13的流量都是11.76L/min，因此进油路上总压降为pv1=0.2(6/63)2+0.5(6/80)2=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为pv2=0.2(11.76/63)2+0.5(11.76/80)2+0.2（11.76/63）2=(0.037+0.074+0.037)MPa=0.148MPa此值与0.135MPa接近，不必重算。所以快退时液压泵的最大工作压力pp应为pp=p1+pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa； 因此液压泵卸荷的顺序阀11的调压应大于2.227MPa。5.2液压系统的热量温升验算 工进在整个工作循环过程中所占的时间几乎占据整个工作循环周期，所统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率为:PO=Fv= kW=0.056 Kw液压泵的输入总功率Pi=0.32Kw由此得液压系统的发热量Hi=Pi-Po=(0.32-0.056)Kw=0.264kW油液温升的近似值 T=(0.264103)/=6.7温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。结 论 本文所设计的液压凿岩机的设计与分析，设计原理比较简单，功能比较简单，设计比较合理，能够满足部分不同规格石材的切割等功能，方便快捷。在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能