Page 159 - 机械制造及其自动化

第四章 液压凿岩机的改造设计与无阀控制研究

2.液压凿岩机冲击机构的理论

液压凿岩机的更新换代虽然很快，但其关键零部件的设计方式几乎不变。在
液压凿岩机的设计中，液压冲击机构是其最关键的部件之一。液压冲击机构主要
是由缸体、冲击活塞、蓄能器、氮气室等主要部件以及其密封装置组成的。多年
来，专家学者尝试着探索液压冲击机构的运动规律，并建立与实际物理模型更相

近的数学模型来表达冲击机构的运动规律。目前，各国的专家学者们对液压凿岩
冲击机构的建模模型分为两大类。
（1）线性数学模型

线性数学模型是一种经过简化的数学模型。在建立线性数学模型时，我们做
出许多假设，其中最基本的假设是：液压油的压力恒定不变。除此之外，还忽略
了许多影响因素，以便建立起线性数学模型，这种模型是一种非常理想的数学模
型。针对这种理想的数学模型，中国和其他国家许多专家与学者对其进行了优化

设计，让这种模型得出更优的设计结果。
液压凿岩机的线性数学模型最早是由苏联的专家提出的，他们认为“在保证
冲击末速度为给定值的情况下，油压完全均衡的压力控制是效率最高的最佳控

制”，根据此理论，他们还提出了基于峰值推力最小的设计方案。
（2）非线性数学模型
综上所述，线性数学模型是非常方便且易于分析计算的，线性数学模型也是

我们研究液压凿岩机的最基本的方法。然而，线性数学模型在建模之前，为了得
到线性数学模型做出许多假设，这些假设使得所建模型与实际的物理模型存在较
大差异，这些差异降低了线性模型的准确性与可用性。为了避免线性数学模型的

这些缺点，非线性数学模型应运而生。
非线性数学模型通过考虑更多的影响因素，有效地提高了模型的精确性。提
高精确度的代价是复杂的建模过程与复杂的计算过程。然而，随着计算机技术的
发展，非线性数学模型庞大而复杂的计算过程可以用计算机辅助完成。显然，更

接近现实的非线性数学模型会是未来液压凿岩机设计建模的方向。
（二）无阀控液压凿岩机的结构设计
1.无阀控液压凿岩机的基本结构

通常的液压凿岩机一般由以下几部分组成：液压冲击机构、回转机构、机头
水洗部分、钎尾反弹吸收装置。例如，有的机型带有行程调节装置，有的机型带

147