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沖擊鑿巖是破碎中硬以上巖石的主要工序，在采掘與開挖巖石工程中廣泛應(yīng)用。在沖擊鑿巖系統(tǒng)中，鑿巖機(jī)是完成能量轉(zhuǎn)換的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，釬桿是動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，釬頭是破碎巖石的工作機(jī)構(gòu)。鑿巖機(jī)輸出的能量借助釬桿和釬頭（鑿巖釬具）傳遞給巖石，達(dá)到破碎巖石形成炮孔的目的。
鑿巖機(jī)的性能好壞是影響鑿巖生產(chǎn)率和成本最關(guān)鍵的設(shè)備。
液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)鑿巖機(jī)相比，因具有節(jié)能、高效、作業(yè)條件好等顯著優(yōu)點(diǎn)，近十幾年來，在國外得到迅速發(fā)展，在國內(nèi)一些礦山也逐步擴(kuò)大使用。液壓鑿巖機(jī)的理論研究在國內(nèi)外都取得很大進(jìn)展，但系統(tǒng)論述液壓鑿巖機(jī)的理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面的書籍非常少。
本次設(shè)計(jì)是針對液壓鑿巖機(jī)機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中選擇合理的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)會(huì)使液壓鑿巖機(jī)的工作性能有很大的改善，效率高等優(yōu)點(diǎn)。
參數(shù)：
沖擊功率：5.5 kw 沖擊頻率：50 Hz 回轉(zhuǎn)速度：350（r/min） 最大轉(zhuǎn)矩：175 N.m 沖擊壓力：17 Mpa
YM系列液壓隔膜計(jì)量泵，最大流量hL4000，供油壓力25-32Mpa。
XHM11-700擺線馬達(dá)，理論排量682ml/r,額定壓力25 Mpa，最高壓力35 Mpa，額定轉(zhuǎn)矩2667N.m,單位理論轉(zhuǎn)矩114（N.m/ Mpa）,最大功率175Kw，最高可連續(xù)轉(zhuǎn)速240r/min,馬達(dá)重量94kg
液壓鑿巖機(jī)的基本機(jī)構(gòu)
液壓鑿巖機(jī)主要由沖擊機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、釬尾反彈吸收裝置組成。
2.1 沖擊機(jī)構(gòu)
沖擊機(jī)構(gòu)是沖擊作功的關(guān)鍵部件，它由缸體、活塞、換向閥、蓄能器等主要部件和導(dǎo)向與封閉裝置等組成。
在設(shè)計(jì)沖擊機(jī)構(gòu)前，首先應(yīng)根據(jù)各方面的制造水平和外購件的質(zhì)量水平等情況，確定采用單面回油前腔常壓油型，還是采用雙面回油型液壓鑿巖機(jī)。雙面回油型的主要優(yōu)點(diǎn)是：活塞形狀最為合理，有利于提高活塞與釬具的壽命，增強(qiáng)破巖效果；排油時(shí)間長，回油管中峰值流量較小，減少了回油阻力和壓力脈動(dòng)；采用較高的壓力油，供油流量較小，可使各方面的尺寸小一些。缺點(diǎn)是：閥和缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性差、要求加工精度高；回程制動(dòng)階段前腔可能有吸空現(xiàn)象；采用高壓油需要加強(qiáng)密封。故只有加工設(shè)備與技術(shù)等個(gè)方面能夠保證，此方案才可行。前腔常壓油型的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、制造成本低、回程制動(dòng)階段無吸空現(xiàn)象。缺點(diǎn)是：活塞形狀不如雙面回油型好、排油時(shí)間較短、回油管中峰值流量大、回油阻力和壓力波動(dòng)較大（此缺點(diǎn)可用回油蓄能器來減少其影響）。以上分析可知采用單面回油前腔常壓油型較好。具體設(shè)計(jì)如下。
2.1.1 活塞
這是沖擊機(jī)構(gòu)的主體。設(shè)計(jì)的已知參數(shù)是沖擊能E=90J和沖擊頻率f=50Hz,由用戶或生產(chǎn)需要而定。需要設(shè)定的參數(shù)是沖擊末速度mv和供油壓力p。根據(jù)我國目前釬尾允許應(yīng)力計(jì)算，mv一般不大于10m/s,國外也不大于12m/s。供油壓力各廠家根據(jù)自己的情況，選擇是不同的。有的采用較高壓力，這樣容易在小流量下得到較高的沖擊能，使機(jī)器、管路和泵等尺寸小些，但對加工精度和密封要求高。有的采用較低壓力，雖然供油流量大些，但加工與密封要求較低，維修性好。我國目前自己研制的液壓鑿巖機(jī)多選擇較低壓力，一般在（10-15）Mpa。本
5 ：次設(shè)計(jì)中選用mv=9 m/s，P=14Mpa。
因?yàn)閹r石的破碎是靠應(yīng)力波傳遞的能量來完成的，故需研究入射波形對鑿入效果的影響。國內(nèi)外學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的研究，由于活塞的形狀和撞擊面接觸條件不同，所產(chǎn)生的入射波形也各異。一般來說，細(xì)長的活塞，入射波幅低 而作用時(shí)間長；短粗的活塞，入射波幅高而作用時(shí)間短。
活塞形狀與入射波的關(guān) 系見圖2-1。圖中所示的活塞重量基本相同，而活塞長度L和活塞直徑1d不同，釬頭直徑2d相同。
根據(jù)理論分析和試驗(yàn)研究，緩和的入射波形比陡起的有較高的鑿入效率。因此，細(xì)長活塞比短粗活塞鑿入效率要高。這也是液壓鑿巖機(jī)優(yōu)于氣動(dòng)鑿巖機(jī)的理論根據(jù)。
活塞是主要傳遞沖擊能量的零件，由圖2-1可知，其形狀對傳遞能量的破巖效果有較大的影響。從波動(dòng)力學(xué)理論可知，活塞直徑越接近釬尾的直徑越好，且在總長度上直徑變化越小越好。表2-1為氣動(dòng)和液壓鑿巖機(jī)兩種活塞直徑的效果比較。由圖可知，活塞重量只差19%，可是輸出功率則相差一倍，而釬桿內(nèi)的應(yīng)力峰值則減少了20%。只從這點(diǎn)出發(fā)，可知液壓鑿巖機(jī)的活塞斷面變化越小，且細(xì)長，是最理想的活塞形狀。
具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守以下原則：1.活塞應(yīng)為細(xì)長形，并減少不必要的斷面變化，以利于提高能量傳遞效率和提高釬具壽命；2.活塞沖擊頭的面積應(yīng)盡量與釬尾端部的面積相等或接近，并要有一定的錐部長度，以利于沖擊波的傳遞；3.要保證活塞全程及超行程時(shí)不致?lián)p傷兩端密封結(jié)構(gòu)；4.設(shè)計(jì)好防空打油墊尺寸及活塞各段的封油長度；5.一般貨代與缸體的配合間隙為0.05-0.08；活塞與支承套的配
項(xiàng)目 氣動(dòng)活塞 液壓活塞 差值百分比 活塞重量/kg 沖擊末速度/(m/s) 沖擊能/N.m 沖擊頻率/bpm 輸出功率/kw 釬桿中的應(yīng)力峰值/Mpa 7.9 9.8 379 1648 10 344 9.4 10.0 470 2600 20 278 +19% - +24% +58% +100% -20%
合間隙為0.03-0.05.在加工質(zhì)量和過濾精度能保證的情況下，間隙可選小一些。
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