发布时间 : 星期日 文章凿岩机[2000]更新完毕开始阅读
冲击力有别于静力，其明显的特征是：在很短的时间内其作用力会发生急剧的变化。物体在急剧变化着的载荷作用下，它的应变就不是整体均匀的应变，质点的运动也不是整体一致的速度。应变和速度都有一个传播过程，因此就需要用波动理论来研究其能量的传递。钎杆（钎尾）端部受到活塞的冲击时，该处的应力忽然升高，与周围介质间产生压力差，导致周围介质质点微动，处于微动质点微团的前进，又进一步把能量传递给后面的质点微团，并使后者变形，由近及远，不断扩展，这种扰动的传播现象就是应力波。固体中的应力波通常分为纵波和横波两大类。钎杆内应力波的传播属于纵波，它包括压缩波（压应力波）和拉伸波（拉应力波）。钎杆端部受到冲击后，它以应力波（城入射波）的形式向钎头方向传播。当压应力波到达钎头与炮眼底部的接触表面时，将随着接触面状况出现不同的过程。如钎头和眼底间在应力波到达时没有接触，压应力波将全部从钎头端面反射回来（称为自由端反射），并以拉应力波形式迅速向钎尾方向返回。当它返抵钎尾端面时，又反射成为第二次入射的压应力波。如果界面情况不变，这种压缩一拉伸的交替将继续下去，将能量完全消耗在钎杆的波阻上，钎杆承受这种反复载荷而疲劳断裂，活塞的能量也不能传给岩石。如果钎头与眼底之间在应力波到达时已接触良好，那么首次压应力波在到达钎头端面时，仅有一部分作为拉应力波反射回去；另一部分则以压应力波形式进入岩石，使凿入区的应力状态迅速提升，完成钎头进入岩石的过程。
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2.3 冲击机构与活塞
冲击机构是冲击能量的关键部件，它由缸体、活塞等主要部件和导向与密封装置等组成。
活塞是主要传递冲击能量的零件，由图2-1可知，其形状对传递能量的破岩效果有较大影响。从波动力学理论可知，活塞直径越接近钎尾的直径越好，且在总长度上直径变化越小越好。图2-3为气动和液压凿岩机两种活塞直径的效果比较。由图可知，活塞质量只差19%，可是输出功率则相差一倍，而钎杆内的应力峰值则减少了20%。只从这点出发，双面回油的液压凿岩机活塞断面变化最小，且细长，是最理想的活塞形状。
项目 活塞质量/kg 冲击末速度/（m/s） 冲击能/Nm 冲击频率/bpm 输出功率/kW 应力峰值/MPa 379 1648 10 344 470 2600 20 278 +24% +58% +100% -20% 气动活塞 7.9 9.8 液压活塞 9.4 10.0 差值百分比 +19% — 活塞是冲击结构的主体。设计时已知参数为冲击能E（100J）和冲击频率f（50Hz）。需要设定的参数是冲击末速度vm和供油压力p。根据我国目前钎尾允许应力计算，vm一般不大于10m/s，国
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外也不大于12m/s，因此根据设计要求及我国现况取vm=9m/s。供油压力根据情况，采用较高的压力，这样容易在小流量下得到较高的冲击能，使机器、管路和泵等尺寸小些，但对加工精度和密封要求高。采用较低压力，虽然供油流量大些，但对加工与密封要求较低，维修性也好。我国目前研制的液压凿岩机多选择较低压力，一般在（10～15）MPa范围。在这里，设定供油压力为12MPa。
根据设计原理得出（参考《液压凿岩机理论、设计与应用》第五章）：
（1）、活塞应为细长型，并减少不必要的断面变化，以利于提高能量传递效率和提高钎具寿命。
（2）、活塞冲机头的面积应尽量与钎尾端部的面积相等或接近，并要有一定的锥部长度，以利于冲击波的传递。
（3）、要保证活塞全行程及超行程时不致损伤两端密封结构。 （4）、设计好防空打油垫尺寸及活塞各段的封油长度。 （5）、保证活塞质量和前后腔受压面积等于或接近已得出的结果参数。
（6）、与刚体（或缸套）的配合间隙，要结合考虑泄漏损失、加工成本（精度）与过滤精度；要在提高可靠性的基础上，考虑提高效率，以确定合理的配合间隙。一般活塞与缸体的配合间隙为0.05～0.08；活塞与支承套的配合间隙为0.03～0.05.在加工质量和过滤精度保证的情况下，间隙可以选小一些。
根据以上准则，设计的活塞草图如下：
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根据前面计算公式可得活塞参数如下：
总 长 冲击锤直径 活塞直径 尾直径 水针孔直径 350mm 尾长度 38mm 冲击锤长度 52mm 宽度 38mm 冲程 12mm 过渡部分直径 100mm
100mm 30mm 30mm 21.9mm 设定进油口宽度为20mm,由活塞设计原理（《液压凿岩机理论、设计与应用》）可得缸体尺寸如下（简图，零件图见装配图）：
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