1.引言

目前的凿岩机动力多为压缩空气，其噪声大，动力小，工人劳动强度大。而液压静力凿岩机是一种新型的环保型全液压式钻空机械，在其液压系统中设置了一个特制的振动开关阀，使推动钻头的压力油产生一定的振动频率，从而实现其在工作条件下实施振动推进的要求。本文将对系统中由于溢流阀和振动开关阀的耦合作用而引起压力变化，产生较高振动频率流体的动态特性进行分析研究。

2.振动系统及其工作原理

在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象就是液压冲击。因此，运用这种液压冲击作为动力，可以制造出全液压凿岩机。为产生较大的冲击压力，可采用高频振动开关，这种高频开关，类似于换向阀，也是采用滑阀型结构。采用马达作为这种高频开关阀的动力源，使用偏心轮推动阀芯移动，由液压力完成复位动作，从而使阀芯完成高频的开关动作。同样，系统中的溢流阀将控制管路中的流体压力。这种相互作用，使液压凿岩机液压系统中流体的压力达到一种稳定的波动状态，其液压振动系统如图1所示。该系统的工作过程是；当负载超过额定压力时，溢流阀开启，压力保持不过载，凿岩动作停止；推动手柄打开换向阀1，接通通往马达2的油路，马达工作带动振动开关阀出现高频启合动作。此刻，在溢流阀4与振动开关阀3共同作用下，管路中流体压力出现的变化导致油缸5中的压力变化，凿岩力也随着发生变化，出现振动冲击压力的效果；完成振动凿岩工作后，推动换向阀1的手柄，通向马达的油路断开，振动压凿工作停止。

3.液压振动系统中耦合的数学模型及动态分析

中对于上述构成的液压系统，其液流的扰动是周期性的，并且在数学上可用正弦曲线来描述其特性。尽管这种假定显然不是永远正确，但这种分析却十分接近工程计算值。

处在阀门急速关闭情况下的液压系统，其作用很像是一端系有重物的弹簧。如果使重物由中立位置:有一位移然后释放，它将上下摆动。在液压系统中压力脉动通过凿岩作用，将液压能转化为机械能。其数学模型可通过对压力脉动的分析来完成。

假定系统具有某种程度的阻尼，比如由活塞头的泄漏和摩擦力所造成的，则描述这种系统的微分方程为

假定此方程解的形式为Ae^-αsinωt，这是一条按指数规律衰减的正弦曲线。由于不存在驱动函数F(t)，并且由于当阀关闭后存在某一管道速度υ0，因此式(1)变为

与时间的关系。取拉氏反变换式(2)可用拉氏变换法求解而给出中点的位移

4. 仿真的结果及其分析

取系统额定油压20 MPa，额定流量200L/min，马达转速分别为600 r/min和1200 r/min，即振动开关阀输入频率分别为10H_Ζ和20H_Ζ。通过上述的数学模型，对液压凿岩机液压耦合振动系统进行仿真。仿真结果表明，振动液压系统输出频率能准确控制，在振动开关阀打开后，系统压力下降，压力值随阀的开口度和时间变化而变化。开口度增大，压力下降;开口度减小，压力上升;从打开到最大开口量的时间越长，最小压力值也越小。在振动开关阀关闭的瞬间，压力值将急剧增大。峰值过后，由于溢流阀的调节作用，压力将下降，两曲线的变化趋势大致相同。在振动开关阀关闭时间内，闭合时间越长，压力值越趋近溢流阀的调定压力值。此外，系统中产生的平均压力值随着输入频率变化，频率越高，平均压力值越大。

5.结语