资源描述：
《冲击锤的工作应力和能量传递分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、冲击锤的工作应力和能量传递分析甘海仁,赵统武(长沙矿冶研究院,湖南长沙410012)摘要:探讨了冲击锤凿入岩石时的能量转换过程,分析了冲击锤冲击过程中的钎杆应力、活塞应力及能量利用率,其方法可对冲击锤的设计、选用提供参考依据。关键词:冲击锤;凿入系统;活塞应力;钎杆应力;冲击能量利用率中图分类号:TD422.5文献标识码:A频率低、钎具短。由于其应力波传播不像1概述凿岩机长钎杆凿入系统那么典型,目前对冲击锤指仅具有单一冲击功能的冲击其研究尚不充分。机械,如气镐、潜孔冲击器、破碎冲击器等。2冲击凿入过程的物理实质冲击锤在矿山、市政建设和基础施工等领域得到了广泛的应
2、用,随着我国工程建设的不冲击凿入过程的物理实质是将一长时断发展,其需求量日益增大。据不完全统计,间作用的力转化为一脉冲力,这一脉冲力目前各类冲击锤的年产量已超过百万台,成可在瞬时提供足够高的应力幅值,用来破为产量最大的冲击机械产品。碎岩石。在这里冲击机械相当于一个能量按照驱动动力区分,冲击锤主要有:转换器,图1表明了这一冲量和能量的转气动:以压缩空气为动力,由于其轻换过程。便,目前在工程施工中用量很大,因受压3冲击器的能量利用率气压力的限制,其冲击能量受到限制,多为中、小型产品。能量利用率定义为冲击器的输出能量液压:由高压液压油源驱动,亦称液E0和输入能量Ei之
3、比压破碎冲击器,多与挖掘机配套,目前已E0Ep·fR==0.06×有从小到大不同冲击能级别的系列产品,EiP·Q以满足各种施工场所的要求。式中Ep——冲击能量,J电动:采用电力,亦称电锤,多为小型f——冲击频率,Hz工具、适用于室内工程。P——工作压力,MPa冲击锤的冲击能从几焦耳至上万焦Q——流量,L/min耳,其工作原理是由往复运动的冲击体它反映了设备将外部能量转化为输出(活塞和冲锤)撞击钎具,钎具将冲击能量冲击能量的能力,能量利用率与传动及结传递到钎头,钎头破碎岩石。将冲击体-钎构形式有关,表1列出了国内外有代表性具-岩石这一体系称为冲击凿入系统。的各类冲
4、击器能量利用率的计算结果。冲击锤凿入系统和其它(如凿岩机)表1表明:凿入系统的主要区别在于其冲击能量大、(1)各类液压破碎冲击器的能量利用18凿岩机械气动工具,2007(1)冲击器活塞质量:1kg冲击末速度:10m/s冲击能量:50J冲量守恒F×t=P2×T=10N·s能量守恒F×s1=P2×s2=50J2活塞钎具活塞钎具PF,Nt,sF,NT,sF,Ns1,mF,Ns2,m10310-210510-41035×10-21055×10-4时间tT活塞V钎具1FFs1s2位移图1冲击过程的冲量与能量转换率(平均约50%)远高于气动冲击器(3-RE活塞最大应力:σh
5、=··Vp13%),这是由液压和气压传动特性所决定1+RC的,故目前对于大功率的破碎冲击器,液压式中R——钎杆和活塞的波动惯量比的已逐步取代气动,占据了主导地位。1——透射系数(2)不同型式的液压和气动破碎冲击1+R器,其能量利用率亦存在明显差别,这是R——反射系数由其结构和配油(气)特征所确定的。1+R能量利用率是冲击锤的一个性能指E——弹性模量标,但显然不是唯一和必须首选的。从轻C——波速便性考虑,在小型冲击工具中,其能量利C=E!ρ用率不是主要的,故气动的仍旧得到广泛ρ——密度的使用;潜孔冲击器增大了供气量,降低2了能量利用率,是为了排粉的需要。E=Cρ=
6、ρC称为波阻率,对于钢CC4冲击速度和工作应力3ρC=7800kg/m·5100m/s62冲击锤活塞的冲击速度=39.78×10(N/m)·(m/s)≈40MPa·m/s物理意义为单位速度所产生的应力。2EpVp=根据各类冲击锤的冲击能,活塞质量及!Mp活塞、钎具的几何断面可以计算出其活塞冲式中Vp——活塞的冲击速度击速度和钎杆及活塞应力(见表2)Mp——活塞质量各类冲击锤的应力特性综合比较见表在活塞冲击钎杆后,由波动理论可以3。得出:从表2、表3可以看出:1E(1)由于液压破碎冲击器采用高压油驱动,钎杆最大应力:σR=··Vp1+RC压力一般为15~20MPa
7、,比气压(0.5～0.7MPa)高凿岩机械气动工具,2007(1)19表1各类冲击器的能量利用率类国冲击能冲击频率工作压力流量能量利用率制造厂型号备注别别JHzMPaL/min%SBC6052.325.0014.9213.538.95SBC115111.329.0014.8931.041.96瑞SBC255213.218.0014.9840.038.4340%~Atlas典SBC410377.620.0014.8665.046.9150%液SBC650600.516.0015.0080.048.00压SBC580762.115.0014.8710046.13破P
8、iccoloc130.0
