资源描述：
《气动冲击器系统的机理与方案分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、气动冲击器系统的机理与方案分析2010年第11期液压与气动5杨国平,陈博,高军浩MechanismandschemeanalysisofpneumaticimpactorsystemYANGGuo—ping,CHENBo,GAOJun-hao(上海工程技术大学,上海201620)摘要:气动冲击器是非开挖技术的一种关键冲击设备,该设备可在地表不开挖的条件下铺设,更换或修复各种地下管线.目前国内外有关气动冲击器设计理论和方法的文献几乎没有.该文将以国内某公司研制的PM系列气动冲击器作为结构模型,对冲击器的工作机理进行理论研究,
2、并提出两种新型气动冲击器的结构方案,供大家参考.关键词:非开挖;气动冲击器,工作机理,新方案中图分类号:TH138文献标识码:B文章编号:10004858(2010)11-0005~51概述随着我国建设事业的蓬勃发展和对环境保护要求的不断提高,非开挖施工技术将会得到越来越广泛的应用.气动冲击器是一种理想的用于中小管径铺设的非开挖工具,它被广泛地应用于下水管道,煤气管道,通讯电缆等的铺设.气动冲击器工作环境恶劣,对零部件结构,材质,制造工艺都有相当高的技术要求,通过以国内某公司研制的PM系列气动冲击器为结构模型,对冲击器的工
3、作机理进行理论研究,并提出两种新型气动冲击器的结构方案.新型气动冲击器采用后腔始终通高压空气的活塞式配气机构,依靠密封环形成配气通路,在活塞的运动过程中,通过活塞上气孔的开启和关闭来配气,实现活塞的往复运动.主要优点有:①配气通路是由密封环形成,无需在缸体或活塞上开槽和孑L,结构非常简单,减低了加工难度和制造成本;②由于无活动配气阀,易损件极少,使用寿命大大延长,而使用成本大大减低;③活塞的长径比很大,降低了活塞中的应力水平,有利于活塞寿命延长,同时也提高活塞能量自暴利用率.2冲击器的工作原理如图1为国内某公司研制的PM系
4、列气动冲击器的结构模型,其工作原理如下:冲程时,来自空压机的压缩空气,经换向接头和配气阀中心孔直接进气后腔A2,此时前腔A3通过活塞纵向孔槽a4,活塞与缸体问环形通道a3,活塞径向孔a2和排气孔a1与大气相通,活塞在前后腔压力差的作用下,迅速推动活塞向前移动.此时,活塞的运动主要依靠不断补充的压给空气推动,且由于气腔4通过活塞纵向孔槽a4,活塞与缸体间环形通道a3,活塞径向孔a2和排气孔a1与大气相通,故阻力轻小,活塞处于加速向前运动.当配气阀孔a5被向前运动的活塞的关闭时,通往气缸前腔的进气孔道被活塞尾端的关闭,由于前腔
5、内气体体积被压缩而产生了移动阻力,使得活塞运动速度逐渐变慢.当配气阀孔越达密封段后,前后腔相通,后腔高压气体经配气阀孔,活塞径向】234a5A2561.转向锥2.换向接头3.缓冲后座4.配气阀5.活塞6.缸体a1.排气孔a2.活塞径向孔83.活塞与缸体问环形通道a4.活塞纵向孔槽a5.配气阌孔A1.排气腔A2.后腔A3.前腔图1PM系列气动冲击器的结构简图收稿日期:2010-04.17基金项目:国家自然科学基金项目(50975169);上海高校知识创新工程(085工程)建设项目(JZ0901)作者简介:杨国平(1962一)
6、,男,湖南芷江人,教授,博士,主要从事液压与气压传动技术方面的科研和教学工作.6液压与气动2010年第11期孑L,活塞与缸体间环形通道以及活塞纵向孔槽向前腔充气,且前腔容积随活塞运动而减小,前腔压力上升很快.由于从前腔进高压气开始到活塞冲击缸体这段距离很短,活塞仍似很高的速度撞击缸体作功,完成冲程动作.返程时,随着活塞撞击缸体速度降到零,此时前腔压力基本和后腔压力相等.由于前腔承压面积大于后腔承压面积,活塞作反向的加速运动,当配气阀孔进入密封段环后,前腔和后腔被隔离,前腔无压缩空气进入并活塞纵向孔槽a4,活塞与缸体间环形通
7、道a3,活塞径向孔a2和排气孔al向大气排气,前腔压力逐渐降低,当压力低于某一值后,前腔作用力小于后腔作用力,活塞开始减速运动,直到速度为零,完成第一次循环,此时后腔作用力大于前腔,活塞开始第二次循环,如此往复,实现铺管施工.3冲击器工作机理的定性研究由冲击器原理可知:冲击器性能的优劣主要取决于活塞的运动规律,而活塞的运动规律受制于结构参数和空压机的系统参数.为了方便推导冲击器活塞的运动规律,寻求影响活塞运动规律的主要冲击器盾,首先就冲击器的工作机理作定性的分析.冲击器工作时,后腔始终受高压气体的作用,后腔压力在活塞运行过
8、程中变化不大,在此先忽略波动的影响,把后腔压力视为常数Pa.假设前腔压力为P(t),P(t)是时间和结构参数的函数.则可导出冲击器活塞运行规律的运动方程为:2em=P0A1一p(t)A一F(1)式中:m为活塞质量;4,4为前,后腔活塞有效作用面积;F为活塞位移;t为时间.由式(1)可知,后腔压力基本不变
