液压凿岩机工作原理

1. HDDP40型液压冲击凿岩机(钻机) 原理
液压冲击钻机是一种机电液一体化的大型凿岩钻孔设备，主要应用于铁路、公路、水电、矿山等领域，进行基础施工、隧道开挖、勘探采石、采矿等作业。 
本文主要介绍了冲击钻机的主要技术参数、结构、工作原理和液压系统设计。
其工作原理与本次设计的液压凿岩机类似，介绍如下：  液压冲击钻机的回转、行走和工作装置的动作都由液压传动系统实现，柴油发动机驱动液压泵，把压力油送到多路换向阀，通过司机的操作，将压力油单独或同时送往液压执行元件液压马达和液压油缸驱动执行机构工作。冲击钻机钻孔工作原理如图2所示，作业时推进油缸6带动推进提升机构，实现钻杆10推进与提升动作，凿岩机通过钻杆驱动冲击钻头11冲击、回转钻孔，同时空压机马达2驱动空压机3工作，压缩空气将矿渣从钻头中央向外吹出。
 2. 无级调节参数液压凿岩机工作原理 
本篇文章主要一种新型液压控制系统，通过自动换挡机构，以便实现无级调节，提高了液压凿岩机的高效性，并通过实验进行了参数研究。其新型的液压系统对本次设计用处很大，对此进行简单的介绍:  要提高液压系统的效率，要求液压控制系统的推进、冲击和回转等子系统协调工作,使各系统的压力、流量合理的匹配,达到最佳的控制效果。其工作原理如下：

这种新型液压控制系统采用三个泵分别驱动冲击、推进和回转控制系统,特别是在系统中引进了高速开关阀压力控制回路,高速开关阀是一种新型的电液数字控制阀,它可以直接由计算机产生的脉冲宽度调制信号实现压力(流量)的比例控制。如图3所示,高速开关阀14输出的先导压力分别控制冲击泵3和遥控减压阀8的输出压力,从而实现了液压凿岩机冲击凿岩时,推进控制系统随冲击压力的变化而适时调节推进压力的功能。根据液压凿岩机工作原理和工作参数调节特性,高速开关阀14的输出压力信号直接作用于冲击泵3(恒压变量泵)的调压弹簧,根据其输出压力的变化来调节恒压变量泵输出压力,从而实现液压凿岩机工作参数的无级调节和自动换挡的功能。当液压凿岩机正常工作时,回转压力低于先导阀10的调定压力,液动换向阀11在弹簧力的作用下处于“下位’、如果发生卡钎时,则回转压力升高,当超过先导阀的调定压力时,先导阀内有油液流动,使液动换向阀11左右两端产生压差,这种压差作用在该阀阀芯上端,克服弹簧力使阀芯换向,处于“上位”。此时,推进压力油进入推进油缸13有杆腔带动凿岩机退回。这种新型液压控制系统还具有自动消除卡钎的能力。

3.轻型液压凿岩机原理 
轻型独立回转凿岩机替代传统的气动凿岩机能明显提高凿岩作业效率、显著降低耗能、减少噪声污染和空气污染，迅速提高我们凿岩和工程施工的装备技术水平。用高压油作为动力推动活塞冲击钎子，附有独立回转机构的一种凿岩机械。
由阀控制(也有无阀的)活塞往复运动。由于油压比气压力高得多，达10兆帕以上。虽与风动凿岩机近似，但其活塞直径较小、长度较大、波形较好。在活塞运动改变方向而产生高峰压力时，机上装有蓄能器。
其优点：钻速快(比风动凿岩机高两倍以上)，冲击功高、扭矩大、频率亦高；具有可调性、能耗低(为风动凿岩机的1/3左右)；效率高；便于自动化和电脑控使工作环境大为改善  本篇文章在综合分析各类液压凿岩机冲击工作原理和轻型液压凿岩机各种结构的基础上，提出了轻型独立回转液压凿岩机的构型。其液压系统的工作原理很符合毕业设计的要求，其原理如下:  该机主要由供油及配油系统、贮能系统、能量转换系统、减振及支承系统，以及作业工具系统等部分组成。
冲击循环过程可分为四个阶段。       
第一阶段：由高压油源来的液压油进入柱塞的下端，推动柱塞向上运行。      
第二阶段：柱塞在上升过程中，将阀套向上推动，直到定点位置，于是高压油经过阀套与柱塞之间的一个经过标定的进油口向腔供油，同时氮气贮能器隔膜也向上压缩氮气进行贮能。        第三阶段：当柱塞上端面受到的液体压力超过下端的液体压力时，力的不平衡使柱塞加速向下运动，同时贮能器提供快速运动所需的油量。在向下运动的过程中，柱塞将节流小孔打开，使阀套也下降。柱塞继续向下运动，一直到与破碎工具相碰产生打击为止。      
第四阶段：阀套在向下运动过程中， 切断了向腔的供油，并使它与低压回油路相通，这样整个过程又回到初始位置。如此周而复始，使可自动进行连续打击。



4. 新型液压冲击机械的工作原理与控制方案设计分析 
液压冲击器系统压力波动的幅值大、频率高，同时又要求驱动它的液压动力源(泵)具有良好的调节性能。普通的齿轮泵和叶片泵是难以满足其工作要求的，轴向柱塞变量泵由于具有很好的动态调节特性因而适合液压冲击器系统的工作要求。根据其变量机构工作方式的不同，柱塞变量泵有手动(伺服)变量泵、恒压变量泵、液控变量泵和电液比例变量泵几种类型。本篇文献主要介绍了新型液压冲击机械的工作原理与控制方案设计分析，其中包括理论分析、新型液压冲击器工作参数调节原理、新型液压冲击器系统结构原理及控制方案。
液压冲击机械的工作原理：液压冲击器实际上是一种采用前腔常压方式 的液压驱动阀控活塞系统，通过换向阀(配油阀)对活塞后腔压力进行控制(交替通高压和低压油)，从而实现活塞的冲程、回程往复运动。同时，活塞的运动反过来又控制换向阀(配油阀)的运动状态，即阀芯的运动是通过活塞在缸体内位置反馈信号来控制的，从而实现了换向阀(配油阀)与活塞的互动控制。

5. 重型液压凿岩机冲击机构及其液压驱动系统研究 
本篇文献是一篇研究生毕业论文,主要介绍了重型液压凿岩机冲击机械系统的波动力学分析、重型液压凿岩机冲击机构工作参数的研究、重型液压凿岩机液压驱动系统设计与仿真及实验研究。其中本次毕业设计所采集的部分是冲击机构的工作原理。  压力反馈式液压冲击器的基本结构为:钎尾、活塞、机体!先导式配流阀、蓄能器,具体基本结构如图3一1所示,下图中A虚线框中是冲击活塞部分,B虚线框中是配流阀部分。
 
从以上结构可以看出该机的结构特点为:
 采用后腔常压,前腔高、低压交替回油。 
 通过调定先导阀的弹簧和节流孔大小或者全程控制的输入压力来调节 冲击器的冲击能大小。 
 设置了储油腔,代替了回油蓄能器,减轻了整机的重量。
 结构比传统的液压冲击器简单,工艺性好。  冲击器的单次冲击是由活塞的回程和冲程两个阶段来实现的,具体如下: 
(l)回程(回程开始时刻,浩塞和阀芯的位置如图3一Za)  换向阀芯的初始位置是在换向阀弹簧力作用下处于左位,此时高压油时进入
活塞的前后腔。由于活塞前腔的有效作用面积大于后腔的有效作用面积活塞在前后腔压力差的作用下向右运动,高压蓄能器充油,系统压力升高"当系统压力大于先导阀的控制压力时先导阀打开,高压油经过换向阀中心阻尼孔和先导阀孔回了油箱"此时由于高压油经过了换向阀芯的中心阻尼孔,使换向阀芯两端产生了压差,而换向阀两端的有效作用面积相等,当压力差产生的向右作用力大于弹簧力时,换向阀向右运动进行换向,冲击器转入了冲程阶段。


活塞的前后腔。由于活塞前腔的有效作用面积大于后腔的有效作用面积活塞在前后腔压力差的作用下向右运动,高压蓄能器充油,系统压力升高"当系统压力大于先导阀的控制压力时先导阀打开,高压油经过换向阀中心阻尼孔和先导阀孔回了油箱"此时由于高压油经过了换向阀芯的中心阻尼孔,使换向阀芯两端产生了压差,而换向阀两端的有效作用面积相等,当压力差产生的向右作用力大于弹簧力时,换向阀向右运动进行换向,冲击器转入了冲程阶段。

    (2)冲程(回程开始时刻,活塞和阀芯的位置如图3一Zb)  换向阀处于右位后,活塞前腔与油箱连通,活塞在后腔高压油和高压蓄能器 的作用下,活塞向左加速运动进行冲程,前腔压力油通过机体内通道流入储油腔,一部分流入油箱"冲程加速后阶段,系统压力降低,高压蓄能器拍出大量的油补充到活塞后腔,先导阀关闭"在换向阀弹簧力的作用下,阀芯向左运动复位，与此同时活塞冲冲击钎尾,冲程阶段结束冲击系统又处于回程开始阶段就这样击系统进行着连续冲击动作,进行凿岩工作。

6.液压凿岩钻车工作原理
主要介绍了液压凿岩钻车的应用领域、液压系统执行元件的设计计算及确定、液压系统动力源的设计计算及确定、液压系统设计及液压控制阀的选取及液压系统的验算。 
HYD—200型液压凿岩机是一种新型高效的凿岩设备，液压凿岩机采用循环的高压油作动力，能量利用率高、机械性能好、凿岩速度高，性能参数可调，以适应不同的岩石，减少故障，消除了污染，净化工作环境，噪声低改造了工作条件。自动化程度高，减轻工人劳动强度、润滑条件好，零件寿命高。    
冲击机构的工作原理

冲击机构由活塞1，与其配合的缸体2，和起换向作用的配油阀3，后缸盖4，蓄能器5等组成。
HYD-200液压凿岩机是冲击回转式的。冲击和回转分别由两条液压油路分别驱动。
其冲击部分的工作原理是：冲击部分采用活塞前腔恒高压式，活塞后腔回油有配油阀的结构，由于活塞前腔为恒高压，所以推动活塞进入回程。当活塞回程运动信号液压油到配油阀的推阀腔，推动配油阀交变切换位置，使高压油进入活塞后腔，吸收活塞回程的运动能量。当活塞继续运动到回程速度等于零的位置，由于活塞后腔高压油形成的轴向推力大于活塞前腔恒高压条件下的面积差的轴向力，活塞开始向前运动进入冲程，当活塞快要打击钎尾之前，活塞上的泄压槽把低压回油路与配油阀孔道接通，使得配油阀的推阀腔很快失压，于是配油阀交变复位，切断了向活塞后腔供油，同时把低压回油路与活塞后腔沟通，使活塞后腔失压，由于这时的活塞冲程能量最大，虽然活塞前腔恒高压开始吸收冲击能量，但活塞仍然靠惯性向前高速运动，很快打击钎尾，此后又开始进入回程进行下一个工作循环，不断的对钎尾进行冲击。
冲击动作大致可分为四个阶段，即回程——回程换向——冲击——冲击换向。这四个阶段是由配油阀的供油状态决定的。蓄能器从回程开始积蓄能量回程转换结束蓄能完毕；从冲击转换开始释放能量，冲击完毕，释放能量结束。
7.套阀式液压凿岩机设计研究  本篇文献主要介绍了套阀式液压凿岩机的研究现状、工作原理、冲击结构的参数计算以及活塞尺寸的确定。

 液压凿岩机的研究现状      随着计算机技术和机电一体化技术的发展，进一步提高液压凿岩机的凿岩效率， 完善自动凿岩技术，加强劳动保护，成为目前国内外相关研究 机构的研究热点。 具体包括以下几个方面：
（1） 关于冲击机构的计算机模拟与结构优化的研究；
（2） 关于钎尾反弹能量吸收装置及防空打装置的研究；
（3） 关于液压冲击器输出参数调节的研究；
（4） 关于劳动保护的研究。
主要参考本文献工作原理部分：冲击机构主要是由套阀、活塞、配流阀和 蓄能器组成的运动系统，其位置关系以及工作原理如图 1。
I-1型液压凿岩机工作原理

:活塞前腔（F1面）和套阀前腔（F2面）常通高压油。
活塞回程运动中 F1面越过推阀孔 P1反馈压油至阀 F3面，阀后腔面积大于前腔，推阀至前位，活塞后腔由回油变为进油。由于活塞后腔受压面积大于前腔， 活塞制动并进入冲程。 冲程接近终点时，活塞上环槽联通推阀孔P2、P3，阀F3面回油，阀自前位向后位运动，使活塞后腔回油。由于活塞与阀的协调运动，在处理好冲程与回程能量分配关系后可形成连续有效的冲击运动。
 本次设计液压凿岩机的创新研究       
凿岩机钎尾导向套的加工  钎尾导向套安装在凿岩机的最前端， 对钎尾起导向作用，要求硬度高，耐磨性好，密封效果好，防止水和石渣进入凿岩机内。 该凿岩机钎尾导向套为铜合金套，对材质及加工精度的要求较高，它的磨损将严重影响钎尾的导向性， 导致凿岩机其他零件的严重磨损，并可能引发水封损坏，凿岩机漏水，也会导致外界杂质进入凿岩机内。由于对钎尾导向套性能的认识不足， 在刚开始时选用普通的铜合金材料来加工， 其配合间隙也不合理，耐磨性也差，密封效果不好，修复效果很差。 后来，经过对原配件材料进行分析，并选取比原来稍大的配合间隙， 经使用， 基本能达到要求，而成本仅为原配件的 1/6。     
凿岩机回油蓄能器的改进  该凿岩机回油蓄能器主要由阀体 （厚约3mm)、阀芯和隔膜等组成 ，隔膜安装在阀体和阀芯之间。
其工作原理是：
液压油通过回油蓄能器回油箱时， 挤压隔膜和阀体之间的空气来缓冲液压系统回油产生的瞬间高压， 可有效地防止液压软管的破裂。在使用过程中， 我们发现回油蓄能器的主要故障是隔膜破裂，其裂纹呈弧形，沿阀体上孔（下径 1cm） 的方向。 该孔是用来检查隔膜是否损坏的，在班保养时，拆下螺钉，若有油漏出，可判定隔膜损坏。
经分析，导致隔膜破裂的原因是：液压油通过隔膜内侧，将隔膜挤压紧贴阀体上孔或螺钉时，被螺钉顶破或直接被孔内侧割破。
为此，我们对其做了以下改进：将阀体上孔的直径 1cm 改为 1.5-2mm，不再使用螺钉。这样有效 地避免了螺钉或孔口对隔膜的损坏。
实践证明，在班保养时， 若发现有液压油渗出， 可判定隔膜损坏，不需要拆卸螺钉，可直接判断，使用较方便。
经上述改进后，其使用寿命延长 2-3 倍，效果良好。