第二章液壓沖擊機構(gòu)的運動分析

1、第二章第二章 液壓沖擊機構(gòu)的運動分析液壓沖擊機構(gòu)的運動分析 閥配流液壓沖擊機構(gòu)的計算任務(wù) 根據(jù)確定的泵的特性（額定壓力及流量）及由工作條件所確定的液壓沖擊機構(gòu)的作業(yè)參數(shù)來求活塞每一運動階段的速度、位移和時間，同時求出活塞的受壓面積等結(jié)構(gòu)參數(shù)。 計算依據(jù)是保持液流連續(xù)性的條件以及活塞運動的微分方程。第二節(jié) 液壓沖擊機構(gòu)活塞運動的三段分析法一、液壓沖擊機構(gòu)的工作過程液壓沖擊機構(gòu)研究的中心問題中心問題就是活塞在整個行程中，包括沖程行程和返回行程中的運動規(guī)律運動規(guī)律及換向的影響，同時還要研究伴隨運動過程而發(fā)生的能量變換能量變換。閥配流型液壓沖擊器的工作過程：從回程開始，V=0， 開始回程加速 打開反饋

2、信號孔 閥切換 回程減速 制動（V=0） 沖程 （活塞臨近沖擊點前，) 打開反饋信號孔 閥切換。圖2-1 液壓沖擊機構(gòu)的活塞速度與流量變化運動過程分：回程加速階段回程減速階段沖程階段二、活塞的運動學(xué)分析二、活塞的運動學(xué)分析 回沖加速比： 沖減加速比： 對于給定的沖擊頻率f，沖擊能量Ei，在選定適當(dāng)?shù)臎_擊速度uim，沖擊油壓Pi和比值后，便可得到下面一系列式子來描述沖擊機構(gòu)活塞的各種運動學(xué)關(guān)系： ir di1計算假設(shè)：活塞運動過程中，油壓不變計算假設(shè)：活塞運動過程中，油壓不變 22imipuEmfT1idrtttTimpiuSt2 11ddrmrrmrtuut 22rrrtS 22dddtS （

3、2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）忽略停頓時間有：idrpuSSS22im （2-8）將（26）、（2-7）代入（2-8）得pddrrStt222pdddrStt222122pdrdSt2)(2122piidSt2)(12122piidSt2)(2112pidSt1121212(a)piddddStS112221212又ppidSS1112111（2-9）ppdprSSSSS111pS111（2-10）由（2-8）得 221impiuS 代入（） 得:impduSt1112（2-11）由（2-5） impdruStt1112（2-12）將（2-11）、（2-1

4、2）、（2-4）代入2-3得impuST)1(21（2-13）)1 (21sp令（2-14）)1 (1ur(2-15)由（2-13） TuSimspp (2-16)由（2-9） TuSSimspurpurd2121 (2-17)由（2-10）得 TuSimspurr21 (2-18)TuSuspimpimi222（2-19）Tuspimir2（2-20）Tuspimid112（2-21）由（2-5）得 imurrrrmutu （2-22） TuStspimpi22 （2-23）imimspurduTut121Tspur12（2-24）Tttspurdr112 （2-25）在1=1的理想狀態(tài)下：

5、 2)1 (sp （2-26）1ur（2-27）設(shè)控制閥在回程與沖程換向切換油路所需的時間分別為：vt與ivt 令rvvtkt 、iivivtkt 回程控制油口位置（即從活塞開始回程到打開驅(qū)動控制閥換向的油口之間的距離）為：rvrvrvrrcSktkttS2222)1 (2)1 (2)(（2-28）沖程控制油口位置為：piviiviiviiicSktkttS2222)1 (2)1 (2)(（2-29）控制油口位置設(shè)計：控制油口位置設(shè)計：反饋信號口的預(yù)開量的確定反饋信號口的預(yù)開量的確定1、造成閥滯后的原因1）閥開口量在0.15mm以上時才能形成穩(wěn)定的液流例如：假設(shè)活塞速度達(dá)到最大速度的0.9倍時

6、打開推閥，所需時間：)(9 . 0102 . 09 . 010max3max311秒VVltzz占閥切換時間占閥切換時間2%3%2）油液壓力波傳遞需要時間液壓波在油中的傳播速度：8001200米/秒滯后時間：)(1000222秒zzlCltz3）、閥開始運動后，行至中位關(guān)閉進(jìn)油口或回油口打開回油口或進(jìn)油口0.2mm改變活塞前后腔油壓滯后時間：)(2 . 0213秒vvvzSStt2、克服滯后的措施將反饋口位置提前適當(dāng)加大信號口油孔油路和壓力油、回油孔路（假設(shè)閥是勻加速運動）（假設(shè)閥是勻加速運動）結(jié)論：結(jié)論：沖擊機構(gòu)活塞有關(guān)運動學(xué)方面的工作參數(shù)都可用給定的沖擊周期（頻率）、沖擊速度（能量）及兩個

7、加速度比表示出來，而與輸入的工作油壓大小無關(guān)。三、活塞前、后腔的承壓面積A2、A1的設(shè)計1、阻力系數(shù)（1）回油阻力系數(shù)K0 將回油壓P0用供油壓Pi來表示：P0K0Pi K00.060.12（2）綜合阻力系數(shù)K綜合阻力反映密封阻力、粘性摩擦阻力、液壓卡緊阻力 供油壓力P表示： PykyP (2-31) (2-30) Ky0.050.12、后腔控制式的A2(前腔面積)、A1(后腔面積)、1 回程加速階段的受力簡圖piypyirmPAkAkmAPAPAP)1(1021022（2-32） 回程減速階段的受力簡圖piyypyidmPAkAkmAAPAAp212121)1 ()1 ()()(（2-33）

8、 piypyirmPAkAkmAPAPAP)1(1021022沖程階段受力簡圖piyypyiimPAkAkmAAPAAP212121)1 ()1 ()()(（2-34） 211200(1)(1) (1)(1) (1)(1)2(1)(1)ypiyypimpimAyyiispyyikkmkkm um UAkkkPPTkkkPT-（2-35）00222200(1)(1) (1)(1)2(1)(1)ypiypimpimAyyispyyiikkmkkm um UAkkkPkkkPTPT- (2-36) TUspimi2又（2-19） 當(dāng)選定、K0、Ky后 yyyyykkkkkkk4)1)(1 ()1 (

9、)1 (0021反之，如果A1、A2已知，由（2-32）/（2-34）可得：21102)1 ()1 ()1 (AkAkAkAkyyy(2-38) 122AA)1 (1)1 (02yyykkkk（2-40） 3、雙腔控制式的A2、A1piyrmpAkAk)1(102piydmpAkAk)1(201piyimpAkAk)1(201(2-41)(2-42) (2-43)TpumTpkkumkkpkkmkkAiimpAiyspimpyiyipy1202020201)1(2)1()1()1( (2-44)TpumTpkkumkkpkkmkkAiimpAiyspimpyiyipy2202020202)1(

10、2)1()1()1( (2-45)20020212)1)(1 ()1 (kkkkkkkyyyy (2-46)201102)1 ()1 (AkAkAkAkyy (2-47)122AA (2-48) 0021)1 (kkkkyy （2-49）當(dāng)KOKY0時 212AAA（后控式） 12AA （雙控式） (2-50) 1 (后控式） 2 （2-51） (雙控式)所以，在理想狀態(tài)下，回沖加速比就是活塞前、后腔所以，在理想狀態(tài)下，回沖加速比就是活塞前、后腔有效油壓面積之比有效油壓面積之比 雙控式）（后控式）(21211spspA（雙控式）后控式）spspA2(22（2-52） （2-53）四、輸入油量Q

11、i 1. 有效油量Ve ：(2-54) TVe有效流量Qe=（雙控式）后控式）ppeSASAAV121()(1. 泄漏油量lV設(shè)前、后腔的泄漏計算系數(shù)分別為 、lK2lk1流經(jīng)偏心環(huán)形間隙的流量：).(23511pl12dQe,偏心率QtV同心時的間隙量pQ22llKpQ11llK在一個周期中因泄漏損失的壓力油體積： 雙控式）后控式）()1 (2)()1 (2)(1121211212TPkkPttktkTPkkPttkTkViurlurlspiidlrliursplliidlll(2-55) 2. 行程損失油量Vu回程加速階段消耗油的體積為Vr=A2Sr 動能回程減速階段又可將體積為Vd=（A

12、1-A2）Sd（后控式）Vd=A1Sd（雙控式）的高壓油高壓蓄能器TpVill如果ko=ky=0即1=1，則有Vr=Vd 當(dāng)00ykk 即11時 VdVr 一個周期中由于行程損失消耗的高壓油體積為：（雙控式）后控式）iiurspAdriiurspAdpdruPESASAPESASAVVV)(2()(2121122121122（2-56） 稱TVQuu 為行程損失流量 4.輸入流量QiTpEpTTpSAATTpsATvvvQiiqililrilrulei211（2-57） 雙控式）后控式）()1 (2(221221urspAurspAq式中（2-58） 五、高壓蓄能器的充、排油量及充氣容積與充氣

13、壓力活塞運動時前、后腔需要的流量與扣除泄漏量后的供油流量相等的時刻rgt、gt是兩次充油與排油的轉(zhuǎn)折點 設(shè)活塞此時的速度為Urg Ug,則有： gigrgrrgreutAAuAAtAuATsAQ2121221(后控式)（2-59） gigrgrrgreutAuAtAuATsAAQ112221(雙控式) (2-60) 將（2-18）（2-19）（2-20）（2-39）代入，得： 雙控式）（后控式）(122222222222TTtspurspurrg(2-61)（雙控式）后控式）TTtspurspurg22222212(12（2-62） 122AA雙控式）（后控式）(122232241223224

14、1iispurAiispurArgeuripEpEtQV（2-63） iispurspurAiispurspurArgreurmropEpEttQuAV222212222122112122（后控式） （雙控式） （2-64） 22)2(222)(1r21geudeuimgeudeumitQtQUAtQtQUAAv雙控式）后控式）()1 ()1 (22()1 (2)1(222221212122211221iispurspurspurAiispurspururApEpE（2-65） 22121gieuimgieuimottQuAttQuAAviispurspAiispurspApEpE222122

15、2121121112（后控式） （雙控式） （2-66） eurmQUA2當(dāng) 回程時蓄能器無排油過程 )712.(.1)702.()692.()682(.2222iispoiiurspiiiursproiispripEvpEvpEvpEvko=ky=0時 取Vo和Vi中最大者為蓄能器的設(shè)計排量Va 蓄能器工作時的最高壓力與最低壓力之比為，氣體絕熱指數(shù)為k（對于氮氣k=1.4） )732(.2)722.(11/1/1kiaakkappVV ，工作壓力波動愈小，但充氣容積 ，一般=1.21.35。六、輸入流量與其他參數(shù)間的關(guān)系pAiimmTpAU11由將（2-16）代入上式即可得 pspAipim

16、mpSAU112 （2-74）spAipimpipSAUmE112221（2-75） 由（2-16）和（2-74）得： ispppApAmST11（2-76） 將（2-75）、（2-76）代入（2-57）式，整理后可得到：ipilippQ（2-77 ）TpEpQiiqili11pimAim UAPT周期與工作壓力有關(guān)周期與工作壓力有關(guān)沖擊能與工作壓力成正比沖擊能與工作壓力成正比spimpUST0)2(2222iiilpilQpQp（2-78） 22222224)2(2lililpilpiQQQp（2-79） 式中 雙控式）（后控式）.(.1.(.1312221312pApspurpApspur

17、pmSAmSA（2-80） 輸入給定的液壓沖擊機構(gòu)的高壓油的流量iQ不同，iP、沖擊周期（頻率）T（f）、沖擊iE能量 就不相同。其工作油壓當(dāng)泄漏不大，即0l22piiQp（2-81） 在無任何損失的理想工況下，有： 雙控式）后控式）.(.2.(.2)1 (231223123ipsppipsppiQSAmQSAmp(2-82) 工作壓力與流量的平方近似成正比！工作壓力與流量的平方近似成正比！在無任何損失的理想工況下，1, 010ykk1ur2 （雙控式）后控式）.21.(.211spspAppspspuripApspuripiimSAQmSAQQp31242131242221223123312

18、2222)1(121)1(ipspppsppiQSAmSAmQ（后控式） 23122ipsppiQSAmp（雙控式） 第三節(jié)第三節(jié) 抽象設(shè)計變量法抽象設(shè)計變量法1）速度曲線的各段均為直線；2）控制閥的切換過程是瞬時完成的?；钊\動速度圖速度圖的分析：速度圖的分析：1）兩個三角形的面積相等。2）回程制動階段與沖程階段的速度在一條直線上。3）必須保證活塞的最大沖擊速度m和周期為常數(shù)。4）T1、T2在在T上的分配比例不同，將引起上的分配比例不同，將引起m0不同。不同?；炯僭O(shè)：基本假設(shè)：定義：1TT為抽象變量，或稱為運動學(xué)特征系數(shù)。運動學(xué)特征系數(shù) 的意義K點右移00S時，行程00.5,mmWMvv時 點與重合液壓鑿巖機有關(guān)參數(shù)與抽象變量之間的關(guān)系：1:TT沖程時間2:(1)TT回程時間:1