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多功能液压破碎机的设计与研究
发布时间：2013-10-02 09:14 来源：未知
0、引言
液压破碎机也称液压破碎器、液压冲击器，它以液压泵为动力、液压油为工作介质，用液体压力驱动活塞对做功来进行工作，将液压能转换为机械冲击能的一种新型破碎工具。液压破碎机经过不断的改进、完善，以其高效率、低噪声、冲击力大、无公害、施工性能好和维修费用低的优越性能力压传统破碎锤而成为新一代破碎工具，被世界各地广泛应用于冶金、矿山开采、国防施工、公路和铁路建设、市政工程及建筑等行业，越来越受到矿山和施工部门的重视，同时以其广阔的市场前景和带来的巨大社会、经济效应而成为了当前急需改进和完善的对象。
1、国内外现状
液压破碎机经过技术水平的不断提高，产品的不断更新，已经出现了很多的种类，按工作原理不同可以分为纯液压式、液气联合式和氮爆式三大类。
液压破碎机共经过了五个阶段的发展，凿岩机型、短冲击型、恒定冲击能型、自动调节型和可自由调节型。目前，液压破碎机主要区域市场是美国欧洲和包括中国在内的亚太地区，从目前美国建筑和拆除行业的繁荣景象来看，世界上最大的液压破碎机市场仍在北美。亚太地区日本居主导地位，中国也处在一个上升的地位。全球液压破碎机的主要生产厂家有60多家．也主要集中在欧美、日韩等地区，比如德国的克努伯公司、芬兰的rammer公司、瑞典的阿特拉斯．科普克公司、日本的古河公司、韩国的水山公司、法国的Mon-tabert公司等；国内液压破碎机总的发展趋势是起步不晚，发展缓慢，从20世纪70年代开始研制，80年代初规模才开始慢慢得到改善，直到90年代，中国液压破碎机市场才迎来了新的发展时期，但是目前，除了湖南山河、长治液压件厂以及马鞍山惊天公司一直坚持生产自己商标的液压破碎机外，大多数厂家已经不生产这些产品。随着我国国内社会的工业化，大量铁路、公路、矿业等建设需要，给液压破碎机等提供了大量的市场机会，但国内与国外的破碎机相比，在质量和性能方面还存在很大的差距，因此，对液压破碎机的设计与研究，提高产品的技术含量，提升产品的品质，缩短与国外的差距成了目前急需解决的问题。
2、多功能液压破碎机结构组成及其工作原理
多功能液压破碎机按其工作原理属于液气联合作用的破碎机，首先由压力油进入前腔来推动活塞回程，同时将氮气室的氮气压缩，在冲程时液压油和氮气同时对活塞做功，将它们储存的能量转换为活塞的动能。多功能液压破碎机的组成结构如图l所示，这种结构型式的液压破碎机与通常的液压破碎机相比，主要的创新点是在活塞尾部设置一个密闭的氮气室，它的主要作用是将压力油通过推动活塞运动来实现对能量的储存，并在冲程阶段时，通过里边的氮气的膨胀实现将储存的能量转换成活塞的动能，从而使活塞获得双重的冲击能。
另外，该液压破碎机还设置了配油阀、冲击活塞、蓄能器和钎杆等部件。配油阀的主要作用是通过控制液压油的流动方向来控制活塞的往复冲击运动。冲击活塞是液压破碎机最为重要的零部件，无论从材料上、结构上还是加工工艺上要求都很高；蓄能器主要起到起蓄能、流量补偿及吸收脉冲压力的作用。液压碎石机得钎杆是最主要的部件，也是主要易损件，由于它的工作是完成对岩石、混凝土、冻土、沥青等的破碎工作，所以它要求芯部韧性好，耐磨性好，表面硬度高。该结构型式的破碎机结构虽然复杂些，但是能量利用率较高。
工作原理：该多功能液压破碎机的工作原理如图2所示，其工作过程可以分为4个过程。
开始阶段：在一个冲击过程开始之前，首先配流阀8阀芯左移，将配流阀A和P口接通，液压变量泵14压入进来的压力油一路经过配流阀进入到活塞3前腔，另一路经过顺序阀7进入液压缸，同时活塞后腔在液压油的压力作用下通过插装阀1回油箱，因此，活塞在液压油的压力的作用下开始作回程加速运动。
活塞回程阶段：当液压油充满液压缸之后，活塞就开始起动准备回程，在液压油的压力作用下，活塞开始做加速运动，随着活塞对氮气室2的压缩，逐渐的将压力油对活塞做的功转换成对氮气的压缩而将能量储存在氮气室中，当液压油将活塞压到一定的位置，氮气的压力储存到足够大，另外，活塞的台肩面打开冲程反馈孔B，压力油通过此反馈孔使配流阀的阀芯右移，将配流阀的A和T口接通，此时压力油将同时进入到活塞是前腔和后腔，且活塞的后腔液压油的作用面积要大于前腔的液压油的作用面积，如此，在液压油和氮气的双重压力作用下，活塞开始逐渐以越来越大加速度的减速运行，开始减速回程，直达最后活塞短暂停止在氮气室出现最小空间时完成回程运动。
活塞冲程阶段：在活塞停止的那一瞬间，受到的是液压油的压力和氮气室的氮气的双重的巨大压力，在两者的共同作用下，活塞将在很短的时间内向下做一个加速度相当大的加速运动，但是加速度随着氮气室的膨胀将逐渐减小，从而完成活塞的冲击运动。另外，此阶段后期，活塞的另一个台肩将回程反馈孔接通，完成配流阀的换向和油路切换，为循环往复周期运动做准备。
能量传递阶段：在活塞冲程阶段，活塞以很快的速度在很短的时间内快速冲向钎杆，在与钎杆接触的那一刹那将大部分能量传递给钎杆，使之在获得巨大的冲击能后完成对岩石、矿山等破碎对象的破碎工作。
3、多功能液压破碎机能量传递研究
活塞冲击钎尾时，活塞和钎杆的应变不是整体均匀的应变，质点速度也不是整体一致的速度，应变和速度都是一个传播的过程，所以通过同时考虑惯性和弹性，即同时运用牛顿惯性定律和胡克定律分析活塞和钎尾的受力状态、运动速度和位移等，发现作用力在撞击部位瞬间发生了很大的变化，如图3所示，很好地反映了活塞和钎杆变速和变形的效果。
4、结论
通过在液压破碎锤中加入氮气室的改进，不仅解决了普通的液压破碎机破碎能力和可靠性低得缺点，更是解决了破碎机对大灰尘环境的适应性、破碎噪声大和破碎时不完全空打的问题。它单次冲击能大、比能低、破碎效果好，满足了国内市场对液气联合破碎机的需求。
