基于仿真计算的气动潜孔冲击器性能分析

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1、2010年2月机床与液压Feb．2010第38卷第3期MACHINETO0L&HYDRAULICSV0l_38No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．03．032基于仿真计算的气动潜孔冲击器性能分析江涛，李锻能(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：通过分析气动潜孔冲击器内部关键结构及其工作原理，建立气动冲击器的冲击系统数学仿真模型，再结合MATLAB语言以及其系统仿真工具SIMULINK，以市场上应用得比较广泛的一种气动冲击器作为实例进行仿真计算，并对影响气动冲击器性能参数的主要因素进行了分析。关键词：气动潜孔冲击器；数学模型；仿

2、真计算；性能分析中图分类号：TH138．9文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)3—101—3PerformanceAnalysisforPneumaticDown．．the．-holeHammerwithSimulationComputationJIANGTao，LIDuanneng(FacultyofEleetromeehanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510006，China)Abstract：Themathematicalmodelfortheimpacts

3、ystemofthepneumaticdown-the-holehammerwasbuiltbasedontheanalysisofthekeystructurecharacteristicandtheworkingprinciple．Takingapneumaticdown—the-holehammerproductasexample，thesim—ulationcomputationWasmadebyMATLABandSIMULINK．Themaininfluencing~ctomonperformanceparametersofthepneumaticdown-the-hole

4、hammerwereanalyzed．Keywords：Pneumaticdown．the-holehammer；Mathematicalmodel；Simulationcomputation；Performanceanalysis近年来我国不断加大对基础设施以及采石矿场的所示，图中活塞正处于冲程阶段。投入，大力推广中深孔爆破作业。潜孔凿岩工具凭借其结构简单、使用操作方便、便于维修、价格较低等l优点，在国内许多露天凿岩场地得到广泛应用。无阀、，2{{{、型气动潜孔冲击器利用高压空气作为动力介质，驱动冲击器内部的活塞高速度、高频率的往复运动，使活：pt=={、尸={●p一塞获得足够的能

5、量，实现对钻头施加周期性的冲击；==j力，达到凿岩钻孔的效果。近几年，马克新建立了Ic与气动潜孔冲击器相关的一些数学模型，针对特定型号的冲击器提供设计计算思路。林元华等进行了结合冲击器机械钻进速度的建模研究，通过对冲击器动1一外缸2一后腔排气孔3-活塞4一进气孔5一力学建模达到预测冲击力以及钻进速度的目的，证明前腔排气孔6一钻头7一后腔8一后腔进气道9一了仿真计算的有效性。作者试图在分析常规无阀气动进气腔10一前腔进气道1l一前腔潜孔冲击器结构的基础上，结合生产实际的要求，重图1气动潜孔冲击器工作原理简图点建立气动冲击器活塞的冲击动力学仿真模型，应用根据气动潜孔钻的基本工作原理，活塞

6、实施以下MATLAB语言及其系统工具SIMULINK对气动冲击器几个工作阶段。回程阶段：启动冲击器时，钻头6与进行仿真计算，并对仿真结果进行分析，研究影响冲岩石接触并顶起活塞3，即高压空气通过进气孔4进击器性能的几个相关因素，为改善气动潜孔冲击器的入冲击器的进气腔9，再经过前腔进气道10进入前综合性能以及优化设计提供方法和参考依据。腔11。后腔7和后腔排气孔2则与孔底相通进行排1气动冲击器的工作原理及其特点气，即处于低压状况，从而启动活塞回程运动。一般常规的无阀气动潜孔冲击器工作原理如图1回程制动阶段：活塞回程到一定距离时，前腔进收稿日期：2009—04—07基金项目：国家自然科学基

7、金资助项目(50775043)作者简介：江涛(1984一)，男，硕士研究生。研究方向为数控机床及虚拟制造、流体力学、测量技术。电话：13631413139，E—mail：jt511300@163．com。·102·机床与液压第38卷气道l0先被断开，此时前腔11停止进气，活塞3靠程方程应为：A22前腔11的高压空气膨胀继续回程；当活塞3断开了m=n军pA一np~Aj+mg(1)后腔7与后腔排气孔2的连接时，后腔7的低压气体受到压缩；当活塞3打开前腔进气孔5