一、概述

液压凿岩机的凿孔效率高、凿岩速度快、生产能力大、环境污染程度低、易于实现自动化作业，因此，经过短短20几年的发展，目前它已广泛应用于地质、有色冶金、铁道、煤炭等工业生产部门中。

液压凿岩机工作时，是利用活塞冲击钎尾，通过钎尾将活塞的动能传递给岩石断面，从而完成凿孔任务的。由于岩石和钎尾都有一定的弹性，因此在冲击凿岩过程中必然存在钎尾的反弹。如果让钎尾直接冲击机壳，则会影响凿岩机的使用寿命。因此必须设计适当的弹性垫来吸收钎尾反弹所具有的能量。目前，在液压凿岩机设计中普遍采用液压缓冲垫，其原理是利用压缩油液储存压力能来吸收反弹时钎尾所具有的动能。

本文从理论方面分析了防钎尾反弹液压缓冲装置的性能，得到了其数学模型，并依此编写了液压凿岩机防钎尾反弹过程的计算机通用仿真程序。本文对液压凿岩机的设计与仿真以及其它机械上液压缓冲装置的设计与性能研究都具有一定的参考价值。

二、工作原理

图1为某液压凿岩机防钎尾反弹缓冲装置结构示意图。钎尾反弹时，推动缓冲外套向右运动，缓冲室体积减小，因而缓冲空中液压油的压力升高，钎尾的动能转换为液压油的压力能。由于液体的压缩性很小，如果让其密封受压，则缓冲室中的压力会很高，从而损坏机件。为限制缓冲室的压力，设计中为其中的油液提供了两条泄漏路径:一是经小孔D₅泄漏到高压腔；二是经缝隙δ₃。泄漏到低压腔。

三、理论分析

1.基本假设和通用数学模型

液压凿岩机的冲击频率一般都很高，一个冲击周期的时间很短，防钎尾反弹过程的时间更短，因此，本文假设:在缓冲过程中，缝隙和小孔中的油液与外界没有热交换，即认为防钎尾反弹过程为绝热过程。这样，油液在缝隙中流动所消耗的功全部转换为热量并使得缝隙中油液温度升高。

本文还假设:系统压力始终等于额定压力；油液在缝隙中流动时沿缝隙长度方向的动力粘度不变，并且不产生膨胀;缸体与缓冲外套之间的缝隙高度不因压力的变化而变化。

这样，便可建立如下通用数学模型:

2.数学模型

根据以上通用数学模型，可以得到缓冲各阶段的数学模型为:

四、计算机仿真与结果

根据以上数学模型，编写了液压凿岩机防钎尾反弹缓冲装置的计算机通用仿真程序，该仿真程序用FORTRAN77语言编写，使用定步长四阶龙格-库塔法求解微分方程组，在IBM及其容机上实现，其程序框图如图2所示。

本文以YYG100型液压凿岩机为例，利用该仿真程序，对液压凿岩机防空打缓冲过程进行了仿真计算。有关结构参数如下:

根据计算仿真结果，利用图形软件AUTOCAD(10.0版)绘制了活塞速度、位移和缓冲室的压力随时间的变化曲线，分别见图3~图5。

五、结论

由图3~图5可知:

1.由于应力波在钎尾中的传播速度很快，因此可以认为活塞冲击钎尾后的一瞬时，钎尾后退便开始了。此时，缓冲腔中的压力最大。但在整个缓冲过程中压力升高并不明显。

2.钎尾速度基本上呈线性规律变化，可以认为钎尾是匀加速运动的。

由此可知，在液压凿岩机防钎尾反弹装置的设计中，完全可以忽略缓冲腔中的压力变化以及由此引起的钎尾加速度的变化，从而可以大大简化设计过程。

3.防尾反弹全过程所用时间约为11.9ms，约为活塞冲击周期(22ms)的一半。因此，该装置能保证在活塞再次冲击钎尾之前，使钎尾速度降到零，从而减小了能量损耗。这是防钎尾反弹装置应满足的基本要求。

本文从理论上分析了液压凿岩机防钎尾反弹缓冲装置的性能，考虑了液压油的压缩性、缝隙中油液的局部温升和压力变化对缓冲装置性能的影响，得到了防钎尾反弹过程的数学模型，并依此编写了液压凿岩机防钎尾反弹缓冲过程的计算机通用仿真程序。本文对液压凿岩机的设计与仿真以及其它机械上液压缓冲装置的设计与性能研究都具有一定的参考价值。