1、第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的研究背景和意义课题的研究背景和意义 本世纪以来，采矿工业、铁道工程、煤炭工业、军事工程中，在岩石断面上掘进的工作 量日益增加， 生产效率要求越来越高， 老式的气动凿岩机的钻凿能力与生产发展的需要之间 的矛盾日益加剧。生产的发展要求用效率高、生产能力大的新型凿岩机来代替气动凿岩机, 液压凿岩机正是在这种情况下诞生的。液压凿岩机如图 1 所示。 图 1 液压凿岩机 早在 1920 年，英国人多尔曼就制成了液压凿岩机。大约 40 年之后，英国人萨特利夫制 成了另一种液压凿岩机。不久，美国 Gardne Denvr 公司根据尤布科斯专利，制造了 MP-l 型 液压
2、凿岩机，其冲击能为 l0J，冲击频率为 20Hz，但因钎具寿命太短，未得到推广使用。 液压凿岩机的研制与发展有悠久的历史，自 70 年代以来大量投人市场，至今世界上已 有约 20 个国家， 30 家公司(厂家)进行研制。 到目前为止， 多数液压凿岩机经历了产品更新， 完善结构， 提高效率等过程。 由于液压凿岩机具有工效高、 噪声低、 易控制、 寿命长等优点， 其发展速度异常迅速，各国研制的液压凿岩机投入市场销售的型号已有上百种。 随着社会的不断发展，手锤打眼已不能满足生产要求。通过前人的努力，1887 年制造 出第一台轻型气动凿岩机，1938 年发明了气腿和碳化钨钎头。气腿式凿岩机和钎头的不断
3、 完善，对凿岩机的效率又提出了新的要求，20 世纪 60 年代初，开发了独立回转凿岩机， 随后发展和完善了架柱式凿岩机和凿岩钻车。 在凿岩机不断发展的同时， 注意到随着孔深的 增加，深孔凿岩接杆钎具联接处能量损失较大，提出了将凿岩机送入孔底的设想，因而发明 了潜孔冲击器。 以上几种液板凿者机都因一些技术关键问题没能很好地解决， 所以没有能在生产中得到 应用。1970 年，法国 Montabrt 公司推出了世界上第一台实用的液压凿岩机，并且很快成批 生产，推广使用。 与气动凿岩机相比，液压凿岩机有以下特点:纯凿孔速度比同量级气动凿岩机快 12 倍；能量消耗低，约为同量级气动凿岩机的 1/31/4
4、;主要零部件使用寿命长，钎具消耗 少，凿孔成本低;工作面环境有较大改善，噪声可降低 10-15dB，且无油雾，可见度好; 机器性能好，可根据岩石条件调节冲击能，以取得最佳凿孔效果;便于实现凿孔作业自动 化。 正是由于这些独特的优点，世界各国刘液压凿岩机都十分重视，经过短短 20 几年的发 展，目前，已有 10 多个国家能生产上百个品种的液压凿岩机，并已广泛应用于铁进、冶金、 煤炭、地质、水电、建材、军事部门。 按液压冲击器的控制原理，可以把液压凿岩机分为两大类:一类是有阀型液压凿岩机， 如图 2 所示。 按回油方式又可以把这一类液压凿岩机分为双面回油式、 前腔常压后腔回油式 和后腔常压前腔回油
5、式等三种类型。 图 2 有阀型液压凿岩机 另一类是无阀型的，如图 3 所示，工作原理是利用液压油的微压缩性。液压油受压时储 存能量，膨胀时则释放能量。由于液压油的可压缩性很小，故无阀型液压凿岩机一般具有冲 击频率高、冲击能小、外型尺寸大、效率低等特点，所以无阀型液压凿岩机在国际市场上的 竞争力低，使用不多。目前，在国际上比较流行的机型是双面回油型(如瑞典 Atlasepc 公司 的COP凿岩机械气动工具系列)凿岩机和前腔常压后腔回油型(如中南工业大学设计的 YYG 系列)凿岩机。 图 3 无阀型液压凿岩机 液压凿岩机主要是由冲击器、蓄能器、转钎装置和供水排粉装置等几大部分组成。其中 冲击器起着
6、举足轻重的作用，它的性能直接决定了液压凿岩机整机的性能。正因为如此，在 过去 20 多年时间里，各国学者一直把液压凿岩机研究的重点放在对液压冲击器的研究上。 按照人们在研究冲击器时所采用的数学模型不同， 可以把研究液压冲击器的方法分为线 性模型方法和非线性模型方法两大类。 线性模型法抓住液压冲击器运动的主要因素， 忽略次 要因素，对冲击器作一些必要的假设，将活塞受力状态进行简化，得出用线性数学模型表示 的冲击器运动规律。这种模型揭示液压冲击器的运动规律直接明了，有确切的代数表达式， 可方便地求得解析解。 但由于这类方法忽略了一些实际存在的因素，故只是粗线条地描述冲击器的运动规律。 非线性模型较多地考虑液压冲击器的影响因素， 较全面地分析了冲击器的受力状态， 得到高 阶非线性微分方程组描述其运动规律。 这种模型能较精确地揭示液压冲击器的物理现象， 但 方程求解困难，描述不直观，只能通过计算机求得数值解。近年来，随着计算机科学技术的 发展和微型计算机的普及，非线性模型越来越受到人们的重视。但必须指出，由于液压冲击 器运动的复杂性， 非线性模型也都建立在一些假设的基础
