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　　摘 要：分析了国内外液压破碎锤的技术现状，指出行程反馈式液压破碎锤存在的问题，提出了一种基于压力反馈原理的新型控制方案，并阐述了其结构特点与工作原理，通过样机制作及性能测试验证了该方案的正确性。 

 

　　关键词：液压破碎锤；压力反馈；控制阀组 

 

　　中图分类号： TH113 文献标志码：A 

 

　　0 引言 

 

　　液压破碎锤是一种由液压能转化为机械冲击能的凿岩破碎设备，以高压油驱动活塞往复运动做功，撞击钎杆，从而输出冲击能。液压破碎锤作为一种新型液压工程属具，广泛应用于采矿、建筑、道路施工、国防施工和市政建设等行业，由于其生产效率高、使用安全、较高的工作可靠性等特点，已取得了显著的经济效益与社会效益。 

 

　　目前国内外液压破碎锤多采用行程反馈原理的换挡形式，其调节工作参数的原理为：通过设置行程反馈孔调节活塞行程，发表文章以改变液压锤的单次冲击能与冲击频率。为破碎不同块度与硬度的对象，行程反馈式液压破碎锤当行程一定时，冲击能 E，冲击频率f、冲击功率N都随系统的流量Q同步变化，并且f∽Q，E∽Q2，N∽Q3，压力和流量不能分开进行独立调节控制，冲击能与冲击频率同步增减。同时，由于缸体体积和加工工艺的限制，一般只有二三档可调，冲击能与冲击频率调节范围很小且不能实现无级调节。 

 

　　为了使液压破碎锤输出的冲击能接近或等于工作介质要求的最优冲击能，扩大液压破碎锤的使用范围，国内学者提出了液压破碎锤的压力反馈控制原理。针对传统行程反馈式液压破碎锤的不足，本文在总结以往压力反馈式破碎锤研究成果的基础上，提出了一种全新的基于压力反馈原理的全液压控制方案，并获得国家发明专利（专利号：201110193749.9）。 

 

　　1 新型压力反馈式液压破碎锤的结构和工作原理 

 

　　1.1 新型压力反馈式液压破碎锤基本结构 

 

　　新型压力反馈式液压破碎锤由液压锤本体和控制阀组两大部分组成，结构如图1所示。 

 

　　液压锤本体是液压破碎锤的工作机构，安装在挖掘机斗杆的前端，它包括钎杆1、活塞2、缸体3、活塞后套4、氮气室8； 

 

　　控制阀组是液压破碎锤的控制部分，安装在挖掘机斗杆或驾驶室内，它由滑阀9（包括阀芯7）、顺序阀5、可调液控二位三通换向阀6组成。 

 

　　该新型压力反馈式液压破碎锤通过调节控制阀组的预压力，即可无级调节冲击器的冲击能。同时，其结构上采用阀和缸体分离布置，结构简单，使加工工艺简化，降低了成本。 

 

　　1.2 新型压力反馈式液压破碎锤工作原理 

 

　　（1）回程运动 

 

　　图1（a）所示，压力反馈式液压破碎锤处于回程开始时的状态。此时，滑阀的常高压腔a1、活塞前腔与高压油P直接联通，活塞后腔经滑阀的交变腔a2与回油口T连通，滑阀的控制腔a3经可调液控二位三通换向阀通回油口T。由于滑阀阀芯的台阶面积A4>A3，阀芯在高压油P作用下停在右端。活塞在活塞前腔内高压油的作用下，克服氮气阻力，向右做回程运动。

 

　　活塞回程时，随着行程增加，氮气室中的氮气不断被压缩，系统负载逐渐增大，压力升高。由于可调液控二位三通换向阀的设定压力P2<顺序阀的调定压力P1，当系统压力升高达到P2值时，使液控二位三通换向阀向左换向，P和A导通。之后活塞继续向右运动，当系统压力Pd达到顺序阀的调定压力P1时，顺序阀开启，高压油进入滑阀的控制腔a3，由于A5>A3，阀芯在油压下向左运动完成配流切换。此时活塞前后腔都通高压油，由于活塞两腔的有效面积A2>A1，活塞在此反向差动力和氮气压力作用下而制动，速度很快降至零，完成了回程运动。回程运动的终了就是冲程的开始。 

 

　　（2）冲程运动 

 

　　图1（b）为该压力反馈式液压破碎锤回程压力达到P1值开始冲程状态；此时和液压锤回程结束时的状态完全相同，活塞停在回程上始点，滑阀阀芯在高压油作用下处于左位；此时活塞前、后腔均通高压油，由于活塞两腔的有效面积A2>A1，活塞在此差动力及氮气室膨胀反作用力下，速度由零开始并加速向左进行冲程运动。此时系统负载减小，系统压力降低，首先顺序阀关闭，切断高压油进入滑阀的控制腔a3，活塞加速冲程运动，活塞前腔的油液被压入活塞后腔，当系统压力减至P2时，可调液控二位三通阀向右换向，滑阀的控制腔a3经B口通回油，因滑阀阀芯的台阶面积A4>A3，阀芯快速切换至右位，此时活塞到打击点，打击钎杆，转入图1（a）状态，油泵继续供油，重新开始下一循环回程运动，如此反复。 

 

　　2 实验样机测试 

 

　　为了验证这种新型控制方案的合理性，对该新型压力反馈式液压破碎锤进行了样机试制装配，并对实验样机的性能进行了测试实验，如图2。限于篇幅，以下只给出一组性能曲线。

 

　　（1）在系统流量不变的情况下，单独改变顺序阀的调定压力，实验数据如图3和表1所示。 

 

　　从测试结果可以看出：在液压破碎锤其他参数不变的情况下，单独调节顺序阀的控制压力，液压破碎锤的单次冲击能与冲击频率也会随之发生变化。顺序阀的调定压力越高，活塞冲击能越大、冲击末速度越高、冲击频率越低。 

 

　　（2）在各控制阀压力不变时，单独改变系统供油流量，对样机进行测试，测得参数曲线如图4和表2所示。 

 

　　从测试结果可以看出：在液压破碎锤其他参数不变的情况下，单独改变系统的供油流量，冲击器的输出性能参数将发生变化。泵的供油流量越大，活塞冲击频率越高；反之，活塞冲击频率越低。但仅改变系统供油流量，对液压锤单次冲击能影响并不大。 

 

　　3 结论 

 

　　（1）对压力反馈式液压破碎锤样机的测试，显示出该新型液压锤通过调节控制阀组的压力设定值，以及在合适范围内调节系统供油流量，便能够实现对液压锤冲击能、频率的无级调节：顺序阀的调定压力越高，活塞冲击能越大、冲击末速度越高、冲击频率越低；反之则冲击能越小、冲击频率越高；泵的供油流量越大，活塞冲击频率越高；反之，活塞冲击频率越低。 

 

　　（2）从试验数据可以看出，与同类产品相比，这种新型的压力反馈液压冲击器的冲击能和冲击频率都较小，还达不到工业使用的要求。主要原因是：该冲击器采用压力反馈原理来控制活塞的换向，要实现其正常工作并达到设计性能，系统中的各元件必须严格的遵循控制顺序和换向时间，做到阀芯的换向与活塞冲击的合理匹配才行。 

 

　　（3）利用惊天液压有限公司的实验平台对冲击器进行了全面的测试分析，证明了这种基于压力反馈原理全液压控制方案的合理性与正确性，改善了现有液压锤冲击能与冲击频率调节范围很小且不能实现无级调节的现状，为今后压力反馈式液压锤的研发提供了可行的参考方案。 

 

　　参考文献： 

 

　　[1] 杨襄璧，杨国平，龙建国 等. 压力反馈式全液压式独立调频调能液压冲击器研究 [J]. 中国机械工程，2002（23）：2044-2047. 

 

　　[2] 杨国平. 新型液压破碎锤的研究 [J]. 建筑机械化，2001（4）：22-25. 

 

　　[3] 陈 涛，罗 铭. 一种新型分体式液压冲击器研究 [J]. 液压与气动，2007（2）：19-21. 

 

　　[4] 刘光东，罗 铭，徐必勇. 新型压力反馈式液压锤的实验研究 [J]. 工程机械，2010（2）：58-60.