液壓破碎錘液壓系統(tǒng)設(shè)計⑩一前腔，（11）一液壓缸，（12）一后腔，（13）一氮?dú)馐乙话愕囊簤浩扑殄N自身都會帶一個換向閥。液壓破碎錘是將換向閥、液壓缸、蓄能器等元件集于一身的一種破碎工具。換向閥與液壓缸相互反饋控制，自動完成活塞的往復(fù)運(yùn)動，并以能量轉(zhuǎn)換形式最終把液壓能轉(zhuǎn)化為活塞的沖擊能，將能量給釬桿，釬桿在獲得沖擊能后便可達(dá)到將工作對象破碎的目的。2.2液壓破碎錘主要部件的作用：1、釬桿又名鋼釬、鑿子、鋼鑿等，是和破碎錘液壓缸內(nèi)上下運(yùn)動的活塞組成一體的機(jī)具，利用液壓挖掘機(jī)的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械打擊能量。采用優(yōu)質(zhì)特殊鋼材，經(jīng)熱處理后堅韌、耐磨、不易斷裂。與被打擊物直接接觸。根據(jù)頭部形狀不同通常分為角錐形、圓錐形、楔子形和鈍形四種規(guī)格，以適應(yīng)各種不同工況。作為特殊用途，也有鑲例如硬質(zhì)鋼芯的錐形釬桿。2、換向閥主要有④閥蓋、⑤閥芯和⑥閥箱組成。控制后腔接通或斷開高壓油，實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動。目前市場上多檔液壓錘即通過調(diào)節(jié)換向閥開啟點(diǎn)進(jìn)而改變活塞行程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械式調(diào)能和調(diào)頻的目的。3、前體支撐破碎錘的整個機(jī)體。內(nèi)部裝有保持釬桿正確作業(yè)方向的導(dǎo)向套②和緩沖釬桿沖擊導(dǎo)向的釬桿保持器襯套③。4、液壓缸液壓缸內(nèi)部有前后兩個工作腔，通過貫穿螺栓將前體、氮?dú)馐疫B接起來，組成活塞往復(fù)運(yùn)動的空間，是液壓破碎錘的心臟部件，前后腔對流量有極高的要求，以最小油壓系統(tǒng)完成高低壓循環(huán)作業(yè)，屬精密加工設(shè)備。5、活塞液壓錘依靠活塞的運(yùn)動能量實(shí)現(xiàn)打擊，獲得的打擊能量破碎巖石。活塞狀況直接影響液壓破碎錘的壽命。活塞的重要指標(biāo)是活塞的硬度、材料的韌性、表面精度和同心度。采用特殊的合金鋼和高精度的熱處理后具有較高的品質(zhì)，在苛刻的條件下發(fā)揮出出眾的作用。6.氮?dú)馐覂?nèi)充氮?dú)猓瑑Υ鎰恿ΑＦ渥饔弥饕?（1）減小油路中不規(guī)則的液壓力，同時減少對加載機(jī)械比如液壓挖掘機(jī)和操作者的反沖力。（2）沖程時為活塞提供部分動力，氮爆式錘打擊力則完全靠氮?dú)馓峁岣叽驌羝扑樾省?.3液壓破碎錘的工作原理圖2-2液壓破碎錘工作原理圖Fig.2-2Workingprincipleofhydraulicbreakera、活塞回程階段當(dāng)系統(tǒng)處于圖2-2中(a)所示的狀態(tài)時，高壓油通過管道分別進(jìn)入活塞的下腔①和液壓換向閥的上端腔⑧，腔⑧的高壓油將整個換向閥壓在其行程的最下端。連接低壓油的管道一部分與活塞的中部腔室相通，另一部分則通過換向閥的腔室⑦與活塞的上腔④相連。此時油液向上的合力大于活塞向上運(yùn)動時所受到的阻力(活塞重力和氮?dú)馐业膲毫Φ?，活塞一直朝著氮?dú)馐业姆较蜻\(yùn)動。b、閥換向階段當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到圖2-2中(b)所處的狀態(tài)時，行程反饋腔室②逐漸接通高壓油，高壓油經(jīng)管道進(jìn)入到換向閥的下端腔⑥，此時換向閥的上下兩端腔室⑧和⑥均已連通系統(tǒng)中的高壓油，由于閥的下軸肩比上軸肩的面積大，其下端所受的液壓力大于上端，換向閥受到油液向上的合力大于其本身的重力等阻力，閥芯向上運(yùn)動，達(dá)到其行程的最上端時，完成主油路的快速換向工作。c、活塞制動階段當(dāng)換向閥完成換向工作后，系統(tǒng)達(dá)到圖2-2中(c）所示的狀態(tài)，換向閥切斷低壓管道與活塞上腔④油路的連接，腔④轉(zhuǎn)而經(jīng)腔⑧與進(jìn)口高壓油直接相通。此時活塞的上下兩端腔④和①均已連通等壓的高壓油，而活塞上軸肩的面積大于下軸肩，液壓合力向下，在尾部氮?dú)馀蛎浲屏Α⑾到y(tǒng)液壓合力和活塞自身重力等阻力的作用下，活塞快速制動，速度很快降為零。d、沖程階段活塞的速度降為零后，在氮?dú)馐遗蛎浲屏Α⑾到y(tǒng)液壓合力和活塞自身重力等推力的作用下，活塞開始向下運(yùn)動，另一方面，活塞上下軸肩的面積不一樣，而且同時通入了高壓油，因此也會產(chǎn)生差動連接效應(yīng)，活塞保持著加速狀態(tài)向釬桿方向作直線運(yùn)動。e、打擊階段當(dāng)活塞運(yùn)動到圖2-2中(d)的運(yùn)動狀態(tài)時，行程反饋腔室②與活塞的中部腔室相連，而中部腔室又由腔③與低壓油相通，因此換向閥下端的高壓油壓力降低，換向閥受到的合力再次向下，閥進(jìn)入換向階段。與此同時，活塞向下的速度已達(dá)到最大，并與釬桿發(fā)生沖擊碰撞。閥芯換向，沖擊碰撞后，系統(tǒng)完成一個循環(huán)，再次進(jìn)入回程階段。2.4液壓破碎錘的分類、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)液壓破碎錘的種類很多，分類方法也很多。根據(jù)操作方式分類：液壓破碎錘分為手持式和機(jī)載式兩大類；根據(jù)工作原理分類：液壓破碎錘分為全液壓式，液氣聯(lián)合式與氮爆式三大類。液氣聯(lián)合式依靠液壓油和后部壓縮氮?dú)馀蛎浲瑫r推動活塞工作，目前絕大多數(shù)破碎錘屬于此類產(chǎn)品；根據(jù)配流閥結(jié)構(gòu)分類：液壓破碎錘分為內(nèi)置閥式和外置閥式兩種。液壓破碎錘的活塞在沖程運(yùn)動時作用力的來源有三種，根據(jù)來源不同可分為三種類型:氮爆錘、全液錘與氣液錘。下面將會分別敘述這三種類型液壓破碎錘的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。他們共同點(diǎn)是：回程運(yùn)動都是液壓作用力完成的。1、氮?dú)獗l(fā)式液壓破碎錘氮?dú)獗l(fā)式液壓錘簡稱氮爆錘，氮爆錘的結(jié)構(gòu)與工作原理見圖2-3，活塞頂部都設(shè)置有氮?dú)馐乙簿褪腔钊叫钅芷鳎钊锨怀Ｍɑ赜停钊虑豢刂崎y進(jìn)行切換，回程時通高壓油，沖程時通回油，活塞回程運(yùn)動時，高壓油進(jìn)入活塞下腔，推動活塞上移，同時活塞頂部壓縮氮?dú)馐依锏牡獨(dú)猓獨(dú)鈮毫ι仙簤耗苻D(zhuǎn)換為氣壓能而被存儲。活塞沖程時，下腔的油路已被切換，從接通高壓油圖2-3氮?dú)獗l(fā)式液壓錘的工作原理轉(zhuǎn)換為接通回油，氮?dú)鈮毫ψ饔糜诨钊敳浚獨(dú)馀蛎涀鞴Γ瑫r氮?dú)鈮毫ο陆担敝粱爻涕_始時的最低氮?dú)鈮毫Γ珠_始另一次回程運(yùn)動。氮爆錘的優(yōu)點(diǎn)是活塞形狀簡單，剛體結(jié)構(gòu)簡單設(shè)有縱向的孔道，加上工藝性好，設(shè)置高壓隔膜蓄能器，也減少成本。但氮爆錘的缺點(diǎn)也是顯而易見的。從上作原理上講，在活塞沖程階段，油泵的供油是無路可走的，此時的高壓油只能通過膠管膨脹來吸收或從高壓溢流閥溢出，必然造成液壓系統(tǒng)的壓力沖擊，對油泵、管路造成不利影響，同時引起系統(tǒng)發(fā)熱。氮爆錘的活塞沖擊動作完成靠氮?dú)馀蛎泴?shí)現(xiàn)，為了達(dá)到一定的沖擊能以滿足破碎作業(yè)的需要，必然要求氮?dú)獬錃鈮毫^高，一般大于2MPa液壓錘開始工作前，挖掘機(jī)必須將液壓錘壓緊，否則液壓錘不能啟動，而較高的氮?dú)馐页錃鈮毫Γ厝辉斐赏诰驒C(jī)下壓困難，甚至使挖掘機(jī)機(jī)身抬起，一旦啟動后，挖掘機(jī)又落下，造成震動，對挖掘有損害。氮爆式液壓錘的上述缺點(diǎn)限制了它的使用范圍，對小型液壓錘，這缺點(diǎn)的影響尚小明顯，而對大型液壓錘，這缺點(diǎn)的影響是嚴(yán)重的。圖2-3氮?dú)獗l(fā)式液壓錘Fig.2-3Outbreakofnitrogenhydraulichammer2.全液壓作用式液壓破碎錘全液壓作用式液壓錘簡稱全液錘，全液錘的結(jié)構(gòu)與工作原理見圖2-4,活塞前腔常通高壓油，當(dāng)三通閥左右位接通時，后腔接通回油，在前腔壓力油作用下，活塞回程，當(dāng)回程到一定位置時，反饋至三通閥，使三通閥接通左位，后腔接通高壓油，此時前后腔皆為高壓油。但因后端面積大于活塞前端面積，活塞為沖程。活塞的回程運(yùn)動和沖程運(yùn)動皆為液壓力的作用，故稱為全液壓作用式。因此液壓錘啟動前所需的挖掘機(jī)的下壓力最小，僅靠液壓錘自身的重量就夠了。全液壓錘的活塞沖程中，活塞后腔所需的流量很大，系統(tǒng)供油不能滿足沖程時的流量需要，所以一般需在錘體上設(shè)置高壓蓄能器，以補(bǔ)充活塞沖程時的峰值流量。全液錘在回程運(yùn)動時，因為沒有氮?dú)馐业淖枇Γ虼嘶钊爻趟俣容^快，一般需要設(shè)置順序閥以控制沖擊頻率。高壓蓄能器、順序閥的設(shè)置，使得液壓錘的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加上難度也較大。圖2-4全液壓作用式液壓破碎錘Fig.2-4Hydraulic-actinghydraulichammer3.氮?dú)庖簤郝?lián)合作用式液壓錘氮?dú)庖簤郝?lián)合作用式液壓錘，簡稱氣液錘，其結(jié)構(gòu)與工作原理圖見圖2-5所選用的GT50型液壓破碎錘是氣液錘，所以工作原理將在下一章詳細(xì)介紹，紹。氣液錘的活塞頂部設(shè)有氮?dú)馐遥獨(dú)馐页錃鈮毫Ρ鹊叫。话阈∮?60bar。大中型液壓錘一般要設(shè)置高壓蓄能器，因為他們需要的動力大。而小型氣液錘都不設(shè)置高壓蓄能器。而氣液錘的活塞回程運(yùn)動是靠液壓作用實(shí)現(xiàn)的，而沖程運(yùn)動則是靠液壓力和氮?dú)馀蛎浟β?lián)合作用實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn):氣液錘綜合了以上兩種液壓破碎錘的優(yōu)點(diǎn)，氣液錘所需的挖掘機(jī)的下壓力比氮爆式小，而比全液錘大。回程時，它的活塞阻力比氮爆錘小，而比全液錘大。活塞回程過程中的速度比氮爆錘大，比全液錘小。所以無需專設(shè)順序閥來控制沖擊頻率。沖程時氣液錘的瞬時最大流量比全液錘小，也沒有氮爆錘的高壓油封閉無出路的現(xiàn)象，因此氣液錘的壓力脈動比全液錘和氮爆錘都小些。圖2-5氮?dú)庖簤郝?lián)合作用式液壓破碎錘Fig.Thecombinedeffectsofnitrogenhydraulichydraulichammer

第三章液壓破碎錘液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計一個液壓破碎錘的液壓系統(tǒng)就是按照各個機(jī)構(gòu)的傳動要求，把動力源、控制元件、執(zhí)行元件以及輔助元件等用管路有機(jī)地連接起來。它是利用動力源(如液壓泵)將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過執(zhí)行元件(如液壓缸等)將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓破碎錘的往復(fù)動作。3.1液壓破碎錘液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求液壓破碎錘往往配合其他機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，沖擊振動頻繁，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜甚至惡劣，所以液壓系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下要求:1、動力性要求不管哪種機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，我們都是希望它能正常工作，而且在正常工作情況下保證動力機(jī)構(gòu)不能過載運(yùn)動，也要保證在此基礎(chǔ)上提高它的工作效率。各種機(jī)構(gòu)與液壓系統(tǒng)的良好匹配是很重要的，它能隨負(fù)載的變化而合理匹配，從而達(dá)到提高工作效率和輸出功率等因素。2、安全性要求液壓破碎錘沖擊振動頻繁，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜甚至惡劣，所以溫度一定要控制好，有良好的冷卻系統(tǒng)，以保證其可靠性，平穩(wěn)性和元件不易受損。負(fù)載變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對各個液壓作用元件的損傷。3.2液壓系統(tǒng)的組成和作用由于大多數(shù)液壓破碎錘是與大型機(jī)械配套使用，它作為一個輔助機(jī)械。它的液壓系統(tǒng)實(shí)際上是大型機(jī)械液壓系統(tǒng)的一個支路。但在這里考慮時，可認(rèn)為有單獨(dú)的動力源來提供液壓油。可看作是一個簡單的液壓系統(tǒng)。設(shè)計時考慮元件壽命等因素建立了液壓系統(tǒng)。1、液壓系統(tǒng)的組成液壓破碎錘的液壓液壓系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)，主要由液壓泵站組成。采用開式回路是因為開式回路結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易于維修、比閉式回路較低。沖擊回路和冷卻回路散熱性好，但是效率低。2、液壓系統(tǒng)的作用（1）液壓泵站是動力源，以液壓油作為工作介質(zhì)，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械沖擊能，即以液體壓力驅(qū)動活塞往復(fù)運(yùn)動作功，對外輸出能量來進(jìn)行工作。（2）液壓破碎錘的沖擊回路實(shí)際上是液壓破碎錘工作的過程，包括液壓破碎錘沖擊過程和回程。它是能讓液壓錘正常工作，活塞驅(qū)動釬桿，讓釬桿能達(dá)到有效破碎物體，破碎后又能及時收回的一種回路。它實(shí)際上也是使得液壓缸往復(fù)運(yùn)動和推動釬桿重復(fù)打擊破碎物體。（3）冷卻回路是保證液壓錘工作過程的穩(wěn)定性，溫度不能過高而影響液壓破碎錘的可靠性和損壞元件，并能及時卸荷。3.3液壓破碎錘液壓系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)調(diào)查和分析，現(xiàn)在市場上對大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的衡量均采用功重比，液壓破碎錘也采用沖擊能或沖擊功來衡量。液壓破碎錘的活塞回程都是靠液壓作用力完成的，要考慮沖擊能或沖擊功的效率，就要根據(jù)沖程時作用力來決定。我們已經(jīng)知道現(xiàn)在市場上有三種類型的液壓破碎錘，分別是:純液壓力驅(qū)動、純氣壓驅(qū)動、氣壓和液壓共同驅(qū)動。考慮到氣液作用的液壓錘的優(yōu)越性，本文研究GT型氣液錘，對氣液錘的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與研究。3.3.1GT液壓錘工作過程分析1、運(yùn)動形式及組成機(jī)構(gòu)綜合分析，整個液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是一個雙活塞桿單作用液壓缸的往復(fù)直線運(yùn)動，液壓缸只在沖程過程中對外做功。釬桿伸出的時候是一個液壓壓力卸載的過程。釬桿收回的時候是一個液壓壓力加載的過程。2、液壓錘組成圖如圖3-1組成機(jī)構(gòu):沖擊機(jī)構(gòu)(活塞和缸體)、配油機(jī)構(gòu)(換向閥閥芯和閥體)、高壓蓄能器、低壓蓄能器、油道。圖3-1液壓破碎錘組成圖Fig.Hydraulicbreakercompositiondiagram3.3.2GT液壓破碎錘的靜態(tài)分析系統(tǒng)壓力是由負(fù)載決定，整個液壓系統(tǒng)中，負(fù)載壓力的變化主要是由氮?dú)馐业獨(dú)鈮毫Φ淖兓鸬摹Ｋ栽谘芯窟^程中主要對壓力負(fù)載變化過程的運(yùn)動進(jìn)行分析與研究。對于液壓系統(tǒng)而言，系統(tǒng)配置的不同對系統(tǒng)壓力、流量的選擇也有明顯影響。尤其對液壓系統(tǒng)的效率影響比較大，現(xiàn)在衡量一個系統(tǒng)是否穩(wěn)定，主要是看能否在給定的工作參數(shù)下正常工作，而且還能達(dá)到比較理想的工作效率。所以現(xiàn)對液壓破碎錘的液壓系統(tǒng)的流量、效率等靜態(tài)特性進(jìn)行研究。液壓破碎錘的運(yùn)動規(guī)律實(shí)際上是十分復(fù)雜的，為了能分析解決問題的方便，對實(shí)際系統(tǒng)一些難以全面考慮而對分析結(jié)果影響不大的因素可做出一些適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，以下假設(shè)：1、沒有改變油泵的排量時，油泵的供油量恒定不變;2、大部分情況下忽略油液的質(zhì)量，該考慮時僅當(dāng)作集中參數(shù)來處理;3、油液不可壓縮且工作過程中溫度處處一樣;4、油液的粘度不受壓力的影響;5、除蓄能器隔膜外沖擊器所有元件均為絕對剛體;6、蓄能器隔膜變形時無任何抗力且質(zhì)量為零;7、油液中壓力波的傳遞時間忽略不計。（1）工作狀態(tài)活塞和閥的互控運(yùn)動而構(gòu)成的液壓破碎錘工作狀態(tài)是個非線性的而且很復(fù)雜的。在一個工作周期中，活塞運(yùn)動有四種狀態(tài):回程加速、回程制動、沖程加速和沖擊停頓。而閥的運(yùn)動有停頓、回程換向、沖程換向和經(jīng)過正開口區(qū)間等各種狀態(tài)。若以釬桿的撞擊端面為零點(diǎn)，活塞從此次開始回程歷經(jīng)一個周期，如圖3-2所示:狀態(tài)A:閥不運(yùn)動，活塞回程加速，如圖3-2，起始位置時閥芯處于左位全開口狀態(tài)，活塞后腔通回油，即p2≈p7，活塞克服粘性摩擦阻力，向右作回程加速運(yùn)動。在這種狀態(tài)下，Pg所在的錐形閥未打開，閥芯受換向閥右腔力的作用被頂死在換向閥的最左端。p=p1,p4=p7，p2通過端面5與閥體內(nèi)壁的環(huán)形腔與p7相通，從而達(dá)到活塞后端泄荷的目的，是活塞回程運(yùn)動。p6=p，該力是閥芯受到向左的力，通過閥芯錐面隔斷高低壓強(qiáng)，在這個過程中，實(shí)際上液壓破碎錘屬于行程反饋控制過程。此時的系統(tǒng)流量較低，沖擊壓力也較低(即滿足液壓破碎錘啟動和工作的最小壓力，這個時候沖擊能E和沖擊頻率f較小)。

回程開回程開始A A2閥繼續(xù)沖程換向，已切換油路；活塞回程加速閥繼續(xù)沖程換向，未切換油路；活塞回程制動閥結(jié)束沖程換向，活塞回程加速 A1閥繼續(xù)沖程換向，已切換油路；活塞回程加速閥繼續(xù)沖程換向，未切換油路；活塞回程制動閥結(jié)束沖程換向，活塞回程加速 B閥回程換向，活塞回程加速 F閥回程換向，活塞回程加速閥不動作，活塞沖程加速閥不動作，活塞沖程加速C閥處于正開口區(qū)間，活塞回程制動 閥處于正開口區(qū)間，活塞回程制動 G閥沖程換向，活塞沖程加速D閥沖程換向，活塞沖程加速閥繼續(xù)回程換向，活塞回程制動 閥繼續(xù)回程換向，活塞回程制動 H H1閥結(jié)束沖程換向，活塞沖程加速閥提前切換油路，活塞沖程減速 E 閥結(jié)束沖程換向，活塞沖程加速閥提前切換油路，活塞沖程減速 閥繼續(xù)回程換向，活塞回程制動 閥繼續(xù)回程換向，活塞回程制動I I1 閥結(jié)束沖程換向，活塞停頓閥繼續(xù)沖程換向，活塞停頓閥結(jié)束沖程換向，活塞停頓閥繼續(xù)沖程換向，活塞停頓種程開始 種程開始 下一回程開始 下一回程開始圖3-2狀態(tài)圖Fig.Statediagram狀態(tài)B:閥回程換向，活塞繼續(xù)回程加速，由狀態(tài)A中看出，這個過程屬于壓力反饋控制。活塞在回程運(yùn)動時，壓縮氮?dú)馐遥瑥亩沟獨(dú)馐业膲毫ι?氮?dú)馐业捏w積減小所致)，隨之系統(tǒng)的油壓也隨之升高，與p1相連接的高壓蓄能器充油，當(dāng)系統(tǒng)壓力P升高到能克服壓力錐閥pg所產(chǎn)生的壓力時，pg所控制的錐閥打開，對活塞內(nèi)環(huán)的兩個油口進(jìn)行密封，此時活塞回程的油壓通道與狀態(tài)A相同。錐閥打開，換向閥的4腔和6腔均通油，由于A4＞A6，從而使閥芯向右移動，閥芯的在尚未切換油路到位時(即所謂的閥芯進(jìn)入正開口區(qū)間之前)，活塞的后腔與回油相通，活塞仍在向右移動。狀態(tài)C:閥進(jìn)入正開口區(qū)間，活塞回程制動，此時閥芯位于兩位四通換向閥的中位機(jī)能，出現(xiàn)活塞前端腔、后端腔以及閥芯回油相通，但由于活塞后端與前端、回油都是環(huán)形相通，相當(dāng)為阻尼(實(shí)際上為H型)，從而使p2相對壓力較高，活塞的受力方向改變(受力方向與運(yùn)動方向相反)，但由于狀態(tài)2活塞的加速回程，使得活塞繼續(xù)回程，但速度減小。狀態(tài)D:閥繼續(xù)回程換向，活塞繼續(xù)回程制動，此時閥芯已經(jīng)完全換向，活塞后腔與回油腔隔離，與前腔相通，形成差動連接，此時p1＜p2但差別不大，但在氮?dú)鈮毫ψ饔孟拢钊苿恿υ黾印顟B(tài)E:閥不動作，活塞繼續(xù)回程制動，此時閥芯己經(jīng)走完行程，結(jié)束換向動作，閥口全打開，閥芯換向到位，此時p1=p2，活塞在重力和氮?dú)鈮毫Φ淖饔孟吕^續(xù)減速，直到速度降為零。稱活塞移動的距離為活塞行程Sp。狀態(tài)F:閥不動作，活塞沖程加速，此時由于p1=p2，活塞速度為零，活塞前后腔仍然是差動連接，在自重和氮?dú)鈮毫Φ淖饔孟?如果活塞前、后作用面積不同，還需考慮油壓作用)，活塞沖程開始加速。隨著活塞沖程速度加大，系統(tǒng)壓力降低，壓力低于錐閥壓力時，錐閥關(guān)閉，即閥芯開始換向，狀態(tài)G:閥芯沖程換向，活塞繼續(xù)加速，當(dāng)活塞加速到sp-sps位置時，活塞上的沖程控制面打開換向閥控制油道，并通過活塞中部凹槽將原來被封閉在閥A4腔的油與回油相通，即p4=p7，閥芯向左開始沖程換向。此段希望在活塞走完最后行程sps沖擊鎬釬時，閥芯的位移不要超過svl，否則進(jìn)入活塞后腔的流量將受到強(qiáng)烈的節(jié)流作用而流量不足。狀態(tài)I:閥繼續(xù)沖程換向，活塞停頓閥芯仍在合力的作用下沖程換向，活塞沖擊釬桿，沖擊應(yīng)力波首先以壓縮波的形式從活塞沖擊端面向尾部傳播，到達(dá)尾端后又以拉伸波的形式從尾部向著沖擊端傳播，到達(dá)沖擊端后活塞才以沖擊反彈的形式脫離釬桿端面。顯然至少在上述沖擊應(yīng)力波往返于活塞全長的時間內(nèi)活塞處于停頓狀態(tài)。停頓的時間:（3-1）式中:lp—活塞長度C—應(yīng)力波傳遞速度，在鋼中一般取5000m/s閥芯在活塞停頓狀態(tài)時走過的行程正常情況應(yīng)超過sv1，即換向閥已切換油路，使后腔暢通回油，讓活塞能順利反彈。因假設(shè)被沖擊體為絕對剛體，活塞無位移，實(shí)際上有一定位移，使停頓時間延長0.2一0.3sm左右。一般液壓破碎錘沖擊停頓時間ts約為0.6一0.7ms。狀態(tài)I1:閥結(jié)束沖程換向，活塞停頓這是活塞、閥芯都處于停頓的一種狀態(tài)。狀態(tài)A1:閥繼續(xù)沖程換向但已切換油路，活塞回程加速這是回程開始的另一種形式，活塞沖擊停頓結(jié)束開始反彈，而閥芯仍在繼續(xù)沖程換向動作，不過已切換油路。這仍屬正常的工作狀態(tài)。閥芯受力，而活塞受力與狀態(tài)A相同。狀態(tài)H:閥沖程換向提前切換油路，活塞沖程制動這是沖程中的一種不正常的現(xiàn)象。希望活塞在沖擊釬桿前能獲得最大的沖擊速度，但如果閥芯換向過早，使后腔壓力p2降低，活塞甚至?xí)M(jìn)入沖程減速制動狀態(tài)，影響沖擊速度的提高，這當(dāng)然是不希望產(chǎn)生的工作狀態(tài)。狀態(tài)H1:閥沖程換向結(jié)束，活塞沖程制動它是狀態(tài)H的另一種特殊情況，即閥芯已停止運(yùn)動。總結(jié):根據(jù)以上運(yùn)動分析狀態(tài)，當(dāng)?shù)獨(dú)馐页跏汲錃鈮毫^低時，沖擊系統(tǒng)壓力不高，達(dá)不到反饋控制壓力pg作用在錐閥上的開啟壓力，這個過程處于行程反饋控制。此時沖擊能很小，沖擊頻率變化不大。隨著氮?dú)馐页跏汲錃鈮毫Φ纳撸瑳_擊系統(tǒng)壓力上升，在沖擊活塞沒有達(dá)到最大限制行程之前，處于壓力反饋控制。隨著氮?dú)馐页跏汲錃鈮毫Φ倪M(jìn)一步升高，由于沖擊活塞行程減小，沖擊頻率增大，而沖擊能減小。3.4液壓原理圖及工作過程圖3-3液壓系統(tǒng)原理圖Fig.Hydraulicsystemdiagram1.液壓缸2.換向閥3.變量泵4.郵箱5.減壓閥6.蓄能器7.溢流閥8.電液換向閥9.低壓蓄能器10.高壓蓄能器11.壓力控制閥沖擊回路分析如下:(1)回程過程接通電源起動電動機(jī)使變量泵開始工作，此時，油箱中4的液壓油通過變量泵3泵入(此處設(shè)置變量泵是對于不同工況的)，當(dāng)電磁溢流閥7通電時，系統(tǒng)建立壓力。接通電流使電液換向閥8通電，一路液壓油通過減壓閥5，電液換向閥8，進(jìn)入到液壓錘液壓缸的換向閥2，將主回路與液壓缸下腔接通，下腔通高壓油，活塞上升，開始回程。液壓缸上腔通回油，低壓蓄能器9開始蓄能。隨著系統(tǒng)壓力的升高，高壓蓄能10器充油，系統(tǒng)壓力達(dá)到錐閥的開啟壓力時，閥芯運(yùn)動，則開始了壓力反饋控制11。而油缸上腔從通回油到差動連接的轉(zhuǎn)換。(2)沖程過程當(dāng)液壓破碎錘1回程完畢后，由于受到活塞自重和后腔氮?dú)獾淖饔茫偌由喜顒舆B接時前后腔都通高壓油，在壓差等的影響下，液壓缸1開始了沖程運(yùn)動，活塞下落。此時高壓蓄能器10開始蓄能，液壓缸1的上腔通高壓油。隨著負(fù)載壓力的變化，活塞加速，等到換向閥2換向到位，活塞的受力變化最終使得沖程完成。重復(fù)上述動作，使活塞連續(xù)不斷地進(jìn)行工作。3.5液壓破碎錘主要技術(shù)參數(shù)對性能的影響3.5.1氮?dú)忸A(yù)充壓力對性能的影響在其他條件不變的情況下，改變氮?dú)忸A(yù)充壓力，根據(jù)沖擊能公式和效率計算公式算出沖擊能、沖擊頻率和效率，繪制曲線，得到氮?dú)忸A(yù)充壓力一性能曲線。可以知道，當(dāng)?shù)獨(dú)忸A(yù)充壓力增加時，沖擊能增加，而頻率變化很小。這是因為當(dāng)?shù)獨(dú)忸A(yù)充壓力增加時，活塞回程換向長度不變，活塞回程所受阻力增加，故回程時間增加，而對沖程時間影響很小，故周期加大、頻率減小;在沖程過程中，由于氮?dú)忸A(yù)充壓力增加，作用在活塞的動力增大，而活塞的行程基本沒變，故沖擊能也隨著增大。效率隨氮?dú)忸A(yù)充壓力增加而增加。3.5.2系統(tǒng)輸入流量對性能的影響在其他條件不變的情況下，改變系統(tǒng)輸入流量，算出沖擊能、沖擊頻率和效率，繪制曲線，得到系統(tǒng)輸入流量一性能曲線。可得出當(dāng)系統(tǒng)輸入流量增大時，沖擊頻率增大。這是由于輸入流量增加時，破碎錘內(nèi)部建立壓力的過程時間縮短，從而使周期減小、頻率增加;而沖擊能是波動地增加，效率波動地減小。3.5.3活塞回程換向長度對性能的影響在其他條件不變的情況下，改變活塞回程換向長度，算出沖擊能、沖擊頻率和效率，繪制曲線，得到活塞回程換向長度一性能曲線。從中可以看出，隨著活塞回程換向長度的增加，沖擊能增加，而沖擊頻率降低。這是由于活塞回程換向長度增加而速度未變，故活塞周期增加、頻率降低;同理，由于活塞回程換向長度增加，故活塞沖擊末速度增加，沖擊能增人而效率下降。3.5.4液壓油運(yùn)動孔度對性能的影響在其他條件不變的情況下，改變液壓油運(yùn)動薪度，算出沖擊能、沖擊頻率和效率，繪制曲線，得到液壓油運(yùn)動薪度系數(shù)一性能曲線。從中可以得出，隨著液壓油動力薪度增加，沖擊頻率、沖擊能、效率都降低。這是由于隨著液壓油動力薪度增加，活塞運(yùn)動阻力增大，周期增加、頻率降低;同樣由于活塞運(yùn)動阻力增大，沖擊末速度減小，沖擊能降低，同時它的效率也由于做的無用功增加而降低。3.5.5管道阻力系數(shù)對性能的影響在其他條件不變的情況下，改變管道阻力系數(shù)，算出沖擊能、沖擊頻率和效率，繪制曲線，得到管道阻力系數(shù)一性能曲線。從中可以得出，由于管道阻力系數(shù)的增加，使沖擊能增加，而沖擊頻率波動地增加。這是由于管道阻力增大，活塞回程換向長度不變而活塞回程所受阻力增加，故回程時間增加，但對沖程時間影響很小，故周期加大、頻率減小，損耗能量增加，而效率下降。

第四章液壓破碎錘的具體設(shè)計4.1液壓破碎錘的型號介紹液壓錘的型號一般由字母和數(shù)字組合而成。型號的含義是什么，特別是型號中的數(shù)字究竟表示什么意思，下面解釋一些公司液壓錘型號以及其中數(shù)字的含義。4.1.1型號中數(shù)字表示適用挖掘機(jī)的機(jī)重有一些公司的一些液壓錘型號中的數(shù)字表示適用挖掘機(jī)的機(jī)重等級，如GB170型號中GB是韓國工兵公司的縮寫(GeneralBreaker)，數(shù)字170表示此型號液壓錘適用于機(jī)重為170kN（即17t）左右的挖掘機(jī)，即適用于13~20t的挖掘機(jī)。以此類推，GB220,GB290表示的是工兵公司液壓錘，適用挖掘機(jī)的機(jī)重分別是22t,29t級。液壓錘型號KB1500,KB2000,KB3500,KB4000,KB5000中的KB表示韓國工馬公司(KomacRockBreaker)破碎錘，數(shù)字1500,2000,3500,4000,5000分別表示適用挖掘機(jī)機(jī)重為15t,20t,35t,40t和50t左右。SG1200,SG1800,SG2800,SG3200表示是韓國廣林產(chǎn)機(jī)(SANGI）公司的液壓錘，適用挖掘機(jī)重量分別是12t,18t,28t和32t左右。F1,F2,F3,F4,F5,F6,F9,F12,F19,F22,F27，F(xiàn)35,F45,F70是日木古河公司F系列液壓錘，適用挖掘機(jī)重量分別是1t,2t,3t,4t,5t,6t,9t,12t,19t,22t,27t,35t,45t,70t左右。4.1.2型號中的數(shù)字表示適用挖掘機(jī)的斗容液壓錘的型號SB50，SB表示韓國水山公司液壓破碎錘(SoosunHydraulicBreaker)，數(shù)字50表示適用挖掘機(jī)斗容為0.45~0.6m3，即0.5m3左右。以此類推，SB60,SB80,SB130表示水山公司液壓錘適用挖掘機(jī)的斗容分別是0.6m3,0.8m3,1.3m3左右。液壓錘的型號D60,D70,D90分別表示大農(nóng)(Dainong)公司液壓錘，適用挖掘機(jī)斗容為0.6m3,0.7m3,0.9m3左右。本文研究的GT50是馬鞍山驚天公司液壓錘的型號，表示適用挖掘機(jī)斗容為0.5m3。4.1.3型號中的數(shù)字表示液壓錘的質(zhì)量液壓錘的型號IMI260中IMI表示意大利意得龍，260表示液壓錘質(zhì)量為260kg，類似地，IMI400,IMI1000,IMI1200都是意大利意得龍液壓錘，錘分別為400kg,l000kg和1200kg。要注意質(zhì)量中是否包含了機(jī)架的質(zhì)量，意得龍的液壓錘錘重是包含了機(jī)架的質(zhì)量的。而湖南山河公司的液壓錘的重量是不含機(jī)架質(zhì)量的。SWH1000型號中的SWH表示山河公司液壓錘，1000表示裸錘質(zhì)量為1000kg(不含機(jī)架質(zhì)量)。長治液壓件廠液壓錘型號YC70,YC110,YC750中的YC是液壓破碎沖擊器的漢語拼音縮寫，70,110,750是表示錘的使用質(zhì)量分別為70kg,110kg,750kg。使用質(zhì)量是一個外來術(shù)語，也可譯為操作質(zhì)量，也有稱之為工作質(zhì)量的(workingweight)。并沒有見到錘的操作質(zhì)量或工作質(zhì)量的確切定義，按照字而定義，可理解為工作時的總質(zhì)量，理應(yīng)包含錘體質(zhì)量(bodyweight)、機(jī)架質(zhì)量(bracketweight)、連接器質(zhì)量(couplerweight)以及膠管質(zhì)量、液壓錘內(nèi)的油液質(zhì)量等。4.1.4型號中的數(shù)字表示液壓錘釬桿直徑液壓錘釬桿是液壓錘直接破碎巖石或混凝土的工具，也沒有統(tǒng)一的術(shù)語，有稱之為鑿桿(chisel)的，也有稱為釬桿(rod)或工具(tool）液壓錘型號KrB68，字母KrB是韓國高力公司液壓錘(KooryBreaker)的縮寫，數(shù)字68表示液壓錘的釬桿直徑為68mm，類似地，KrB85,KrB100,KrB125,KrB140,KrB155都是高力公司液壓錘，這些液壓錘的釬桿直徑分別是85mm,100mm,125mm,140mm,155mm。一般型號中的數(shù)字表示液壓錘釬桿直徑的范圍，如H120,H130是卡特彼勒(Caterpillar)公司液壓錘，他們的實(shí)際釬桿直徑分別115mm,130mm。4.1.5型號中的數(shù)字表示液壓錘的沖擊能液壓錘型號CB370，型號中的CB表示凱斯公司(CaseBreaker)，370表示液壓錘的沖擊能為370J左右。類似地，CB620,CB1150,CB2850表示沖擊能分別為620J,1150J和2850J左右的凱斯公司液壓錘。PCY80,PCY300,PCY500是通化風(fēng)動工具廠液壓錘的型號。PCY是液壓破碎沖擊器的漢語拼音縮寫。80,300,500表示沖擊功分別為80J,300J,500J左右。YC2000是廣東佛山紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的液壓錘型號。YC是液壓錘的漢語拼音縮寫。2000表示沖擊能為2000J左右。4.1.6型號中的數(shù)字僅表示液壓錘的設(shè)計序列號也有不少液壓錘型號中的數(shù)字無法儉釋其確切的含義。不知道其攜帶的確切信息，只好理解為它是廠商給液壓錘的一個設(shè)計系列號，區(qū)別不同液壓錘的一個記號。4.2液壓破碎錘的選型了解了液壓錘型號中數(shù)字的含義，對挖掘機(jī)用戶選型配套液壓錘有很大的幫助。4.2.1根據(jù)型號直接選配液壓破碎錘1.按挖掘機(jī)機(jī)重選配液壓破碎錘假若型號中的數(shù)字表示的是適用挖掘機(jī)的機(jī)重也就是挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量，則可以根據(jù)挖掘機(jī)機(jī)重與液壓破碎錘型號直接選配。2.按挖掘機(jī)斗容選配液壓破碎錘假若型號中的數(shù)字表示的是適用挖掘機(jī)的斗容，則可以根據(jù)挖掘機(jī)斗容與液壓破碎錘型號直接選配。斗容與液壓破碎錘重量有如下關(guān)系式:wh≈（0.6-0.8）（wb+γv）（4-1）式中wh=w1+w2+w3w1—液壓錘錘體(裸錘)重量w2—釬桿重量w3—液壓錘機(jī)架重量w4—挖掘機(jī)鏟斗自身重量γ—砂土重量，γ=1600N/，V—挖掘機(jī)鏟斗斗容，m34.2.2根據(jù)型號間接選配液壓破碎錘(1)數(shù)字表示沖擊能時，可以根據(jù)液壓破碎錘的沖擊能與挖掘機(jī)的質(zhì)量進(jìn)行選配。一般而言:IE=(0.1一0.3)wc（4-2）式中IE—液壓錘沖擊能，JWc—挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，kg(2)數(shù)字表示總重量時，可以根據(jù)液壓破碎錘的重量與挖掘機(jī)重量的匹配選型。一般而言:wh≈(0.05~0.1)wc（4-3）式中wh=w1+w2+w3wh—含錘體、釬桿、機(jī)架在內(nèi)的液壓破碎錘總重wc—液壓挖掘機(jī)的總重(3)數(shù)字表示釬桿直徑時，可以根據(jù)液壓破碎錘釬桿直徑與裝載機(jī)整機(jī)質(zhì)量進(jìn)行選配。一般而言:=(0.8~1)wc（4-4）Dt—液壓錘釬桿直徑，mmwc—挖掘機(jī)整機(jī)重量，kg在上面所說的數(shù)字表示液壓破碎錘的沖擊能時，這個對用戶來說是非常有用的一個參數(shù)。因為它直接反映了破碎能力，間接表明了所需承載機(jī)械的大小，我們在進(jìn)行選擇時候就顯得非常有用而且很直觀。4.2.3液壓破碎錘的工作流量和壓力不同大小的液壓破碎錘的工作流量是不同的。小的液壓破碎錘流量可以小到每分鐘只有23L，而大的液壓破碎錘則可以達(dá)到每分鐘超過400L。選定液壓破碎錘時，一定要使液壓破碎錘的流量要求與挖掘機(jī)備用閥的輸出流量相符。一般來講，流量大小決定液壓破碎錘的工作頻率，即每分鐘的沖擊數(shù)，流量與沖擊次數(shù)成正比。但是當(dāng)挖掘機(jī)備用閥輸出流量大于液壓破碎錘的需求流量時，就會使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生過多的熱量，造成系統(tǒng)溫度過高，降低元件的使用壽命。在選配液壓錘時，還要使液壓破碎錘的工作壓力與備用閥的限定壓力相符。如果不相符，應(yīng)在管路系統(tǒng)中加溢流閥，按液壓錘的額定壓力進(jìn)行調(diào)整。4.3液壓破碎錘主要參數(shù)的計算液壓破碎錘有很多種型號，我以驚天液壓公司的GT50型液壓破碎錘為例，分析它的液壓系統(tǒng)及性能，下面給出的是GT系列液壓破碎錘的技術(shù)參數(shù)如表:表4-1驚天公司“GT”系列液壓鍾技術(shù)參數(shù)Table4-1shakingCompany"GT"serieshydraulicChungtechnicalparameters型號UnicGT10GT20GT30GT40GT50GT60GT70GT75GT80GT90GT100GT130GT150GT160GT190GT200釬桿直徑MM4553707585100120125135140140150155155160175釬桿重量KG69192432578998131142140164183197200263蓋機(jī)重量靜音KG1952603904806489171358141517121947201821452676369127913532三角1021402643454937381374148416631890188723522841292330753600塔式1531533305915918801420157818002123212122822935305830073884工作流量U20-25-40-60-60-80-90-90-100-120-150-150-180-190-190-210-MIN4050701400100110120120150180190190240250250290工作壓力BAR90-90-110-130-130-150-150-150-160-160-160-160-160-160-160-160-120120140160160170170170180180180180180180180180打擊頻率BPM700-600-500-400-400-350-350-350-350-350-350-350-300-300-300-200-12001200900800800700650650600500500500450450450350配套挖掘機(jī)斗容M30.03-0.06-0.15-0.25-0.25-0.4-0.5-0.5-0.6-0.85-0.85-1.1-1.2-1.2-1.3-1.4-0.750.751.02.0機(jī)重TON1.2-2.5-4-76-97-1411-12-14-18-19-20-25-28-30-35-40-3.04.51618202325283235404555GT5O型液壓破碎錘的結(jié)構(gòu)圖如圖:圖4-1GT50液壓破碎錘(Fig.4-1GT50hydraulichammer)4.3.1液壓缸的設(shè)計計算缸筒的設(shè)計和計算缸筒是液壓缸的主體零件，它與端蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它還是活塞的運(yùn)動“軌道”。設(shè)計液壓缸缸筒時，應(yīng)該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力。另外，缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合精度、表面粗糙度和幾何精度，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)功平穩(wěn)性和耐用性。（1）缸筒的內(nèi)徑D計算活塞桿以推力驅(qū)動工作負(fù)載時(4-5)活塞桿以拉力驅(qū)動工作負(fù)載時（4-6）式中：——推力（N），——拉力（N）——機(jī)械效率，取=0.95——工作壓力（N/cm2）——回油背壓（N/cm2）——活塞桿直徑(cm)上兩式計算后，取大值為缸徑，帶入數(shù)值得90.524mm系統(tǒng)類型背壓力/Mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2～0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4～0.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.5～1.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.8～1.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.2～3回油路較短，且直接回油箱可忽略不計按照國內(nèi)液壓缸規(guī)格化的要求，缸筒內(nèi)徑計算后，需按表4-2所規(guī)定的值進(jìn)行元整。表4-2缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-40）Table4-2cylinderdiametersizerangeD81012162025320506380901001101251406018020022025028032036040050500圓整后得，100mm（2）缸筒壁厚計算和校核（4-7）式中——缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）；——液壓缸最高工作壓力（MPa）；D——液壓缸筒內(nèi)徑（m）。液壓缸材料使用45鋼，其許用應(yīng)力為120MPa，帶入數(shù)值得13.5mm（3）缸筒與缸蓋的連接方式缸筒兩端分別于缸蓋和缸底相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)。因此，在設(shè)計缸筒結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的連接形式。本次設(shè)計選擇法蘭連接。活塞桿的設(shè)計和計算活塞桿使液壓缸傳遞力的主要零件，它要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。（1）活塞桿直徑計算（4-8）式中：——活塞桿直徑（m）；——缸筒直徑（m）；——工作壓力（Pa）——拉力（N）帶入數(shù)值取整得，56mm表4-3活塞桿外徑系列(GB2349-80)Table4-3pistonroddiametersSeries418451102805205012532062256140360825631604001028701801232802001436902201640100250（2）活塞桿強(qiáng)度計算（4-9）活塞桿一般都設(shè)計有螺紋、推刀槽等結(jié)構(gòu)，這些部件往往是活塞桿上的危險截面，為了保證其強(qiáng)度，也要進(jìn)行計算（4-10）式中，為活塞桿拉力；為危險截面直徑。如果活塞桿受到較大的彎曲作用時，活塞桿直徑則應(yīng)按壓(或拉)彎聯(lián)合強(qiáng)度計算，此時，(4-11)式中——活塞桿應(yīng)力(MPa)；——液壓缸輸出力(N)；——活塞桿截面積()，對于實(shí)心活塞桿，；——活塞桿直徑(m)；——活塞桿最大撓度(m)；——活塞桿截面的抗彎模量()，對于實(shí)心活塞桿，。(4-12)式中——活塞桿材料的屈服強(qiáng)度(MPa)；——安全系數(shù)，一般。活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計活塞桿與柱塞的結(jié)構(gòu)活塞桿大致可分為實(shí)心和空心兩種不同的結(jié)構(gòu)。實(shí)心桿強(qiáng)度較高，加工簡單，應(yīng)用較多。空心活塞桿多用于活塞桿與缸徑比值較大的大型液壓缸中，以減輕活塞桿的重量，或用于缸筒帶動工作機(jī)構(gòu)的場合如機(jī)床中，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，活塞缸直徑時，易采用空心桿結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計選用實(shí)心活塞桿。2）活塞桿外端連接結(jié)構(gòu)及尺寸活塞桿外端與被拖動部件之間可采用外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、半球鉸單耳環(huán)、球鉸、銷鈾、銷釘、法蘭等不同的連接方式(圖5-5)。圖4-2活塞桿外端結(jié)構(gòu)形式Figure4-2formtheouterendofthepistonrodstructure本設(shè)計選用單耳環(huán)連接。3）活塞桿應(yīng)力的計算液壓缸在滿載荷狀態(tài)下工作時，活塞桿產(chǎn)生的應(yīng)力按下式計算：≤（4-13)式中：——活塞桿產(chǎn)生的應(yīng)力（N/m）——液壓力（Pa）——活塞直徑（cm）——活塞桿直徑（cm）——活塞截面積（cm2）——活塞桿截面積（cm2）——活塞桿材料的許用應(yīng)力（N/m2）（4）活塞桿的技術(shù)要求1）活塞桿與導(dǎo)向套之間一般采用、級配合，光潔度一般為。2）活塞桿外徑的圓度、圓柱度誤差不大于直徑誤差的一半。軸線的直線度誤差在500mm長度上不大于0.03mm。3）活塞桿外徑與安裝活塞軸頸的外徑的回跳動不大于0.01mm，軸肩T面的圓跳動在直徑100mm上不大于0.02~0.04mm(圖5-6)。圖4-3活塞桿的技術(shù)要求Figure4-3rodtechnicalrequirements4）熱處理調(diào)質(zhì)硬度HB229~285。必要時高頻淬火，硬度HRC45~55。5）焊接空心活塞汗時必須留透氣孔。6）外徑可鍍鉻0.05mm。7）活塞桿的連接螺紋一般為2~3級公制螺紋，退刀槽不應(yīng)清根，以減少應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度。活塞的設(shè)計和計算由于活塞在液壓力的作用下，沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率。而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄漏，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能。設(shè)計活塞時應(yīng)注意磨損問題。活塞磨損后，密封件容易在液壓力作用下被擠入間隙而遭致?lián)p壞，因此要盡量提高活塞的耐磨性。從減輕活塞磨耗的角度來說，活塞的最大運(yùn)動速度最好不超過1m/s，活塞的最大接觸壓力不超過2MPa，長行程或承受側(cè)向載荷的液壓機(jī)，活塞的有效接觸長度應(yīng)適當(dāng)取大些，這樣可增大值(活塞直徑與有效接觸長度的乘積)，從而減小比壓，降低磨耗，提高活塞的耐磨性能。（1）活塞的結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為普通活塞、整體活塞、裝配活塞、耐磨環(huán)活塞、燒焊銅合金活塞等不同形式。表4-4活塞的結(jié)構(gòu)形式Table4-4pistonstructure（2）活塞的材料及技術(shù)要求活塞材料的選用因結(jié)構(gòu)形式的不同而不同。支承環(huán)活塞用45號鋼，裝配式活塞外環(huán)可用錫青銅，其它活塞可用灰鑄鐵、耐磨鑄鐵或呂合金等。活塞外徑的精度一般采用f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度允差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度允差不大干0.04/100，形狀差—般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)形式不同而各異。導(dǎo)向套的設(shè)計和計算導(dǎo)向套對活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，它要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性能好，承受活塞桿或柱塞的壓力、彎曲力以及沖擊振動。（1）導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)有些液壓缸不設(shè)置導(dǎo)向套，直接用缸蓋孔導(dǎo)向。這種缸蓋的結(jié)構(gòu)雖簡單，但磨損后必須更換缸蓋。導(dǎo)向套可使用優(yōu)質(zhì)材料制作，提高耐磨性，磨損后只更換導(dǎo)向套即可。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)形式見表4-5。表4-5導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)形式Table4-5structureoftheguidesleeve（2）導(dǎo)向套長度的計算導(dǎo)向套長度對活塞桿或柱塞的支承能力有一定影響。導(dǎo)向套太短會增加導(dǎo)向套所承受的比壓，從而加速磨損。特別是承受側(cè)向載荷和同心力矩時，這種現(xiàn)象更明顯。所以在采用活塞的液壓缸中，導(dǎo)向套長度一般取活塞桿直徑的0.6倍以上。立式柱塞液壓缸導(dǎo)向套長波一般取柱塞直徑的0.4~0.8倍，臥式柱塞缸則取0.8~1.5倍。當(dāng)液壓缸承受很大的偏心力矩和側(cè)向力時，應(yīng)根據(jù)承受的比壓計算導(dǎo)向套長度：≤（4-14）（4-15）式中：——液壓缸推力（N）——側(cè)向力（N）——推力偏心量（m）——導(dǎo)向套長度（m）——活塞桿或柱塞懸伸長度（m）——導(dǎo)向套承受的比壓（Pa）——許用應(yīng)力（Pa）代入數(shù)值得H=30mm（3）導(dǎo)向套材料及技術(shù)要求1）導(dǎo)向套常用黃銅、鑄造錫青銅、耐磨鑄鐵、尼龍等材料制作；2）導(dǎo)向套內(nèi)孔尺寸公差一般取H7，外徑尺寸公差一般取g7，表面光潔度一般取；3）導(dǎo)向套內(nèi)孔、外徑的圓度、圓柱度誤差不大于尺寸公差的一半；4）導(dǎo)向套內(nèi)孔與外徑的同軸度誤差應(yīng)小于0.02mm。密封防塵裝置的設(shè)計(1)氣體來源液壓缸安裝過程中或長時間停止使用后會滲入空氣，油液中也可能混有空氣(無論何種油液，本身總是溶解有3%～10%的空氣)。(2)液壓缸中的氣體對液壓系統(tǒng)的影響空氣積聚使得液壓缸運(yùn)動不平穩(wěn)，如低速時引起爬行，啟動時造成沖擊，換向時降低精度等。壓力增大時還會產(chǎn)生絕熱壓縮而造成局部高溫，有可能燒壞密封件。因此設(shè)計液壓缸時必須考慮空氣的排除。(3)氣體的排除方法對于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是在系統(tǒng)開始工作前，空載全行程往復(fù)數(shù)次，使空氣隨油液排往油箱，再從油中逸出。對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。該裝置通常有兩種形式，一是在缸的最高部位處裝一個排氣塞，開機(jī)時先擰開排氣塞，缸內(nèi)空氣即可通過排氣塞錐部環(huán)形縫隙和小孔排出，然后擰緊排氣塞。另一種方法是在缸的最高部位開排氣孔，再用管道接至排氣閥排氣。本次設(shè)計采用排氣塞：當(dāng)松開排氣閥螺釘時帶著空氣的油液，便通過錐面間隙經(jīng)小孔溢出，待系統(tǒng)內(nèi)氣體排完后，便擰緊螺釘，將錐面密封。圖4-4排氣塞排氣Figure4-4exhaustventplugs1）密封裝置的設(shè)計液壓缸依靠密閉油液容積的變化傳遞動力和速度。密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時還會影響液壓缸的正常動作。當(dāng)然，絕對的密封是不可能的。活塞桿往復(fù)運(yùn)動，總要帶出油液。但是，這種滲漏要盡量小。相反，如果活塞桿往復(fù)運(yùn)動不帶出絲毫油液，使活塞桿處于干摩擦，反而會影響液壓缸的工作性能和壽命。設(shè)計密封裝置時，要注意掌握液壓缸的用途、使用壓力、運(yùn)動速度、工作環(huán)境、工作油液及添加劑的性能，密封件的材質(zhì)、形狀、用途、摩擦力、允許泄漏量，接觸面的加工精度和光潔度等等，以便正確合理地選用密封件，設(shè)計密封裝置。液壓缸密封件所使用的材料，必須具備一定的耐油性、耐磨性、耐熱性、耐寒性、耐化學(xué)藥品的性能并具備一定的反彈力和抗壓強(qiáng)度。密封裝置設(shè)計不當(dāng)，密封件在液壓力作用下會被擠出、擰扭甚至破裂，從而出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，或者密封件的碎屑卡住間隙，使液壓缸不能正常運(yùn)動。為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)該根據(jù)壓力適當(dāng)選擇兩個密封面之間的配合間隙，正確選擇密封材料的硬度．必要時使用保護(hù)擋環(huán)等。密封件的合理選用，對液壓缸有很重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率。密封摩擦力的大小，決定了液壓缸的機(jī)械效率。密封件的耐久性，影響液壓缸的壽命。密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的工作溫度。液壓缸的工作速度，也受密封件的限制，看它是否會因速度過高而燒傷、粘結(jié)、過度磨損。另外，密封件還與所使用的液壓油有關(guān)，它不應(yīng)在油液中起化學(xué)變化。選擇密封件時，首先應(yīng)認(rèn)真分析液壓缸的各種參數(shù)、工作條件和環(huán)境，充分了解各種密封件的密封原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料性質(zhì)及安裝知識，以便合理選用密封形式，正確設(shè)計密封檔。本設(shè)計選用固定密封，采用O形密封圈。4.3.2系統(tǒng)壓力的確定液壓破碎錘要保證能正常工作，當(dāng)他在回程過程中系統(tǒng)壓力需要確定，液壓破碎錘在回程過程中必須克服外負(fù)載力做功:P1-Mpg-Po＞0（4-16）代入數(shù)據(jù)得:P上≥12.097MPa并且已經(jīng)知道給定的GT50型液壓錘的技術(shù)參數(shù)，它的工作壓力范圍為:13--16MPa，一般選取最大壓力，所以這里選定系統(tǒng)壓力為16Mpa。4.4液壓破碎錘元件的選擇4.4.1液壓泵的選擇由于一般情況液壓破碎錘是安裝在挖掘機(jī)等大型機(jī)械上共同使用的，它是輔助機(jī)械，所以它的動力源來自于總機(jī)械的總泵供應(yīng)，在這可以不進(jìn)行選型。但必須在此說明液壓破碎錘工作的流量來自于大型機(jī)械的總泵，而一般大型機(jī)械工作是要滿足應(yīng)對不同的工況，所以對工作過程中系統(tǒng)流量變化的要求較高。這里就需要選用變量泵適合于工作過程中流量變化范圍大的場合。液壓錘是配套于大型機(jī)械，所以它也要應(yīng)對不同工況采取不同的打擊頻率和打擊能量。一般情況要滿足液壓錘工作過程中系統(tǒng)流量變化的要求可以通過改變變量泵的排量。從而來調(diào)節(jié)打擊頻率和打擊能量。4.4.2換向閥的選型根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇由定型產(chǎn)品的閥。這里主要是對換向閥的選擇:工作壓力選定的是p1=16MPa，流量Q=60-100L/min控制液壓缸運(yùn)動的換向閥采用的是兩位四通液動換向閥，液動換向閥是靠外控油通過X口進(jìn)入主閥芯的一端，推動主閥芯向另一端移動，達(dá)到另一工作位置，從而改變了油流方向。卸荷端的油經(jīng)外部Y通道排除。根據(jù)液壓破碎錘的工作原理，可知換向閥工作狀態(tài)。兩位四通液動換向閥滑閥機(jī)能如圖。此閥的中位過渡機(jī)能是H型的，根據(jù)工作壓力和工作流量以及滑閥的機(jī)能可知道:選擇的是北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的4WH10MB30B/OB0圖4-5滑閥機(jī)能Figure4-5slidevalvefunction其中4—四通閥WH—液動換向閥，固定系列型號10—通徑為1OmmMB—滑閥機(jī)能30B—30系列的，10通徑30—39安裝和連接尺寸相同O—無復(fù)位彈簧B08—阻尼器節(jié)流孔直徑0.8mm無標(biāo)記—礦物質(zhì)液壓油

技術(shù)參數(shù)如表4-6：TechnicalSpecificationsTable4-6通徑10工作壓力-油口A,B,P(Mpa)至31.5工作壓力-油口T(Mpa)至16對于閥芯形式A和B，如果工作壓力超過回油壓力，油口T須作為泄油口流量Qmax(L/min)至120流量截面（切換位置O）閥芯形式W,3％公稱截面液壓油礦物油、磷酸酯油測溫范圍（℃）-30～+70粘度范圍（m2/s）（10～800)×10-6質(zhì)量-帶單控制活塞(kg)3.5質(zhì)量-帶雙控制活塞（kg）4.5控制壓力-最小0.5控制壓力-最大64.4.3蓄能器的選型此液壓系統(tǒng)圖中增設(shè)了高壓蓄能器和低壓蓄能器，高壓蓄能器在這里主要作為輔助動力源，在短時間里提供一定數(shù)量的壓力油，滿足系統(tǒng)對速度、壓力的要求，同時也起到緩沖、吸收液壓沖擊的作用。低壓蓄能器在這里起到背壓、緩沖作用。蓄能器結(jié)構(gòu)如圖圖4-6蓄能器結(jié)構(gòu)圖Figure4-6Structureaccumulator1.蓄能器的作用舉例:當(dāng)活塞向下運(yùn)動時，即沖程階段，由活塞桿下腔流量連續(xù)方程得知（4-17）式中:1—系統(tǒng)中油泵供油流入液壓錘的流量;2—高壓蓄能器釋放的流量;A1—活塞下腔有效作用面積;V—活塞向下運(yùn)動的最大速度。系統(tǒng)中油泵的輸入功率N：（4-18）P1——系統(tǒng)工作壓力——油泵的總效率由于GT50液壓錘有些參數(shù)并不知道，所以現(xiàn)在以某種型號的液壓錘為例來分析蓄能器的作用效果，實(shí)際性質(zhì)都是一樣的。若液壓錘的A1=1.76cm2，v=10m/sP1=8.3MPa,=0.8,Q1=20.6L/min則：若不設(shè)置高壓蓄能器，則有：此時油泵的輸出功率為：從以上可以看出，如果不加蓄能器，則需要油泵的功率大，這樣就降低了能量利用率和總的效率，所以現(xiàn)在大多數(shù)的液壓破碎錘都設(shè)置高壓蓄能器。2.蓄能的選型:根據(jù)各種蓄能器的性能和用途，這里選擇用氣囊式蓄能器。圖3.10是蓄能器工作過程圖:根據(jù)相關(guān)資料，我們知道在進(jìn)行蓄能器選擇的時候，可以根據(jù)多種設(shè)計方法，最常見的三種方法，都是在蓄能器充氣氣體和充氣壓力計算方法有分別是:(1)從使蓄能器總?cè)莘e最小而單位容積的蓄能器儲能最大來確定充氣壓力:蓄能器工作時間很短，其內(nèi)部的氣體來不及與外界進(jìn)行熱量交換，而且氣囊的傳熱性能又較差，可近似認(rèn)為是絕熱過程。蓄能器體積的最大變化量:所以有：（4-19）圖4-7蓄能器工作過程Figure4-7accumulatoroperation蓄能器的放油量,則有：聯(lián)立以上兩式：對式子以為變量求最小值得：所以充氣壓力為：蓄能器充氣容積：(2)從使蓄能器重量最小的角度出發(fā)來選擇充氣壓力:用方法(1)選擇的充氣壓力可使蓄能器的總?cè)莘e最小，但總?cè)莘e最小并不等于重量最小，因為液壓油的重度比氮?dú)獾闹囟却蟮枚啵孕钅芷鞯闹亓吭诤艽蟪潭壬先Q于蓄能器內(nèi)液壓油容積的大小。因此，要想使蓄能器總重量最小，則應(yīng)設(shè)法使蓄能器內(nèi)液壓油容積和重量減小，而該容積的尺寸和重量與充氣壓力成反比。所以，為了使單位功率的蓄能器重量最小，目前國際上經(jīng)驗取法是:=0.2～0.3,充氣壓力為：PA10=(1-)PA11=(0.65～0.67)PA11（4-20）(3)從保護(hù)氣囊并延長其使用壽命的角度出發(fā)來選擇:本文采用這種方法進(jìn)行設(shè)計蓄能器。液壓執(zhí)行元件短時間內(nèi)快速運(yùn)動，由蓄能器來補(bǔ)充供油，其有效工作容積為:（4-21）式中A——液壓缸有效作用面積（m2）l——液壓缸行程（m）K——油液損失系數(shù)。一般取K=1.2qvp——液壓泵流量（m3/s）t——動作時間（s）這里液壓缸為一個，則:因為高壓蓄能器整個作用過程中的作用時間小于一個周期時間，因為此液壓錘工作頻率為400-800bpm，所以工作周期為0.15-0.075s取t=0.15-0.075s,實(shí)際上有：0.13955＞＞0.0833L蓄能器作輔助動力源，容積計算公式如下（4-22）式中——所需蓄能器的容積（m3）——充氣壓力Pa,按0.9P1＞Po＞0.25P2——蓄能器的工作容積——系統(tǒng)最低壓力——系統(tǒng)最高壓力這里選型，可初步估計，有=13MPa,=16MPa，所以0.9p1＞p0＞0.25p2=0.9×13＞po＞0.25×16=11.7MPa＞po＞4MPa由于受溫度的影響，確定在最高溫度和最低溫度時預(yù)充壓力，溫度最大時為0.9=11.7MPa，溫度最小時為:所以：根據(jù)型號表，見表3.5，則有效氣體容積選擇2.4L，選用德國賀德克液壓技術(shù)有限公司的蓄能器:選擇的蓄能器型號為SB330-2.5/112A9-330A其中:SB330—系列—無說明=標(biāo)準(zhǔn)，H=大流量，A=減震器，P=脈動衰減器等2.5—公稱容積A一油液側(cè)連接，A=標(biāo)準(zhǔn)連接，F(xiàn)=法蘭連接，C=下部閥門連接等1—?dú)怏w側(cè)，1=標(biāo)準(zhǔn)件，2二補(bǔ)充氮?dú)庑停?12—標(biāo)準(zhǔn)型用于礦物油，蓄能器的殼體為碳鋼，蓄能器皮囊為NBRA9—驗收國標(biāo)記，A9=中國330—允許的工作壓力330barA螺紋，用于油液側(cè)連接的代號:A=螺紋符合IS0228(BSP)同樣道理，可選擇低壓蓄能器為:SB40-2.SA1/112A9-40A，因為高壓蓄能器和低壓蓄能器成套使用，所以在選擇時應(yīng)該選用為同一系列的蓄能器高低壓蓄能器的選型如表4-5和4-8。表4-7高壓蓄能器選型表Tab.High-pressureaccumulatorselectiontable公稱容積最大工作壓力（bar）有效氣體容積（L）重量ABC∮DJE最大J最大螺紋KgmmmmmmmmISO228∮0.54000.52.8270573490G3/450133014.5302581185508.5334681216723302.41053263118G11/45502.513.553968121G143303.711.541063173G11/440015.517255504.92388768121G163305.71554063173G11/4104009.331.556810322910050037.55722294008.837.55857768234110表4-8低壓蓄能器選型表Table4-8lowpressureaccumulatorselectiontable公稱容積最大工作壓力（bar）有效氣體容積（L）重量ABCDJ螺紋K∮ISO螺紋KgmmmmmmmmDIN13ISO2282.5402.5954112268100M100×2G254051389110408.714533106219204018.023843324033.0381000504048.6521875圖4-8高壓蓄能器Figure4-8high-pressureaccu