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液壓鑿巖機因其能量利用率高、鑿巖速度快、環(huán)境污染低和易于實現(xiàn)自動化而逐漸取代氣動鑿巖機，被廣泛應用于建筑、采礦和地質工程。隨著計算機技術和機電一體化技術的發(fā)展，進一步提高液壓鑿巖機的鑿巖效率，完善自動鑿巖技術，加強勞動保護，成為目前國內外相關研究機構的研究熱點。這些研究，將會促進液壓鑿巖機的進一步發(fā)展和應用。
一、關于沖擊機構的計算機模擬與結構優(yōu)化的研究
計算機模擬技術在液壓鑿巖機沖擊機構設計中的應用已日趨成熟。利用計算機模擬設計，可以對液壓鑿巖機的沖擊參數(shù)和沖擊機構的結構參數(shù)進行優(yōu)化，以確定出能夠獲得最優(yōu)沖擊效果的液壓鑿巖機性能參數(shù)和最合理的結構尺寸。在建立計算機模型方面，目前一般是通過建立活塞、換向閥的動力學方程式和各液壓腔的流量方程式以及蓄能器的氣體狀態(tài)方程來建立模型。
在此方面，我國研究人員開發(fā)成功了參數(shù)化、集成化液壓鑿巖機沖擊器計算機輔助系統(tǒng)（PIHDCAD），可以支持液壓鑿巖機沖擊機構設計的全過程，實現(xiàn)結構參數(shù)的優(yōu)化計算、性能特性仿真、特性曲線的繪制、設計圖紙的繪制與輸出等全部過程。
在國外，日本研究人員提出了由沖擊器、釬桿和釬頭等組成的計算機模型，以活塞、釬桿和釬頭的一元應力波理論為基礎，并假定了釬頭與巖石間的相互作用力和鑿透能力與滯后的關系，開發(fā)出連續(xù)鑿巖時的計算機解析模型，更加符合鑿巖機的實際工作情況。日本研究人員側重的是針對具體的液壓鑿巖機建立計算機模擬模型，研究液壓沖擊器結構參數(shù)、沖擊參數(shù)和性能的優(yōu)化,并在計算機模擬中引入由試驗實測得到的被沖擊體的反沖系數(shù)，模擬得到相應液壓沖擊機構的最優(yōu)回油口面積、蓄能器的最優(yōu)充氣腔容積和后腔受壓面積等。在進行計算機模擬的同時，日本研究人員更注重與試驗測試結果的比較，并依照測試的數(shù)據進行計算模型的修正，為提高沖擊機構的沖擊效率、進行液壓沖擊參數(shù)的調整和優(yōu)化鑿巖機的結構提供了依據，大大提高了試制樣機的精度，縮短了設計周期，減少了不必要的開發(fā)成本。
二、關于沖擊頻率調節(jié)的研究
液壓鑿巖機的沖擊功率取決于沖擊能與沖擊頻率，為適應鉆鑿不同性質的巖石，在沖擊功率相同的情況下，要求液壓鑿巖機能不斷地調整其沖擊能和沖擊頻率的匹配,以獲得更好的沖擊效率。比如在鉆鑿軟巖時，采用較高的沖擊頻率和較低的沖擊能，其沖擊效果就比高沖擊能低沖擊頻率更好。
沖擊頻率調節(jié)的方法可采用調節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力和流量以及調節(jié)活塞行程兩種方法。例如，美國的HPR系列和JH系列液壓鑿巖機采用了通過進油控制閥控制壓力來調節(jié)沖擊頻率的辦法；法國的RPH系列、瑞典的COP1038系列的柱閥型液壓鑿巖機則分別采用改變沖程調節(jié)孔和回程推閥孔的位置來調節(jié)沖擊活塞的行程，以達到調節(jié)沖擊頻率的目的。調節(jié)活塞行程是通過改變鑿巖機的結構來實現(xiàn)的，在實際操作中不方便，鑿巖機本身的結構也變得較為復雜，調節(jié)的范圍很小，且只能進行有級調節(jié)，一般只有三級。
為實現(xiàn)沖擊頻率的無級調節(jié)，且易于操作和實現(xiàn)自動控制，沖擊頻率的調節(jié)研究還需從控制輸入流量和壓力入手。我國研究人員把機電一體化技術引入液壓鑿巖機的結構設計，提出了壓力反饋式獨立無級調節(jié)沖擊能和沖擊頻率的液壓沖擊器原理和結構，即通過獨立無級調節(jié)沖擊系統(tǒng)壓力和供油泵輸出的流量，從而實現(xiàn)沖擊能和沖擊頻率的獨立無級調節(jié)，為液壓沖擊參數(shù)的無級調節(jié)與控制的研究尋求到了一條新的思路。
三、關于自動控制的研究
液壓鑿巖機鑿巖過程的自動化技術是目前國內外研究液壓鑿巖設備的熱點之一。利用傳感器和機械手進行巷道斷面的形狀測繪與被鑿巖石的性質識別，自動操縱液壓鑿巖機準確定位、自動開孔、停釬和退釬，并根據被鑿對象自動調節(jié)沖擊能、沖擊頻率、回轉扭矩和轉速，同時可進行遙控操縱。在約20年前，世界各主要液壓鑿巖設備研究國就已經開始這項鑿巖過程智能化的研究工作，現(xiàn)已取得了相當大的進展，特別是圍繞鑿巖機鉆臂定位系統(tǒng)的計算機控制研究和鉆孔機器人的研究，無論是理論研究還是實際應用研究都逐漸走向成熟。對液壓鑿巖機本體的自動控制研究仍集中在通過實時監(jiān)測被鑿對象的性質來調整液壓參數(shù)，以適應不同鑿巖對象，提高鉆孔速度，獲得最優(yōu)鉆孔效率。該研究需要將液壓鑿巖機本體與鑿巖機的工作對象作為一個體系來進行研究。日本研究者致力于建立連續(xù)鑿巖的計算機解析模型，在實驗室模擬被沖擊對象并在沖擊斷面形狀和巖石性質識別上進行研究，以期在實用智能鑿巖機器人的研究和應用方面有更新的突破。
四、關于勞動保護的研究
液壓鑿巖設備的操作者長期在較差的環(huán)境下工作，從長遠來看，加速鑿巖機器人的研究和應用將會盡快把操作者從惡劣的環(huán)境中解放出來。但目前如何從人機工程、勞動保護的角度來研究液壓鑿巖設備，控制液壓鑿巖機工作時產生的振動、降低鑿巖作業(yè)產生的噪聲以及粉塵，為操作者提供一個較好的勞動條件，也是非常重要的研究課題。在振動和噪聲的控制方面，日本研究者從氣動振動機具的研究入手，從結構上研究防止振動和噪聲的新方法，一是對采用內藏襯套緩沖型混凝土破碎機進行計算機模擬，結果表明，采用該結構的沖擊器對提高沖擊效率和降低振動有明顯的效果；二是減小沖擊器和釬桿間的彈性系數(shù)，采用消聲裝置或夾有塑料減振鋼板，并驗證了其抑制振動和噪聲的效果。瑞典研究者則開發(fā)了減輕手腕振動的電動混凝土破碎器，與過去的產品相比，其振動的衰減性能得到了明顯改善。這些研究，對于液壓鑿巖機的振動與噪聲控制的研究，無疑將會有很大促進。
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