新型液压凿岩机液压缓冲技术的研究

第３期　张永超，等：新型液压凿岩机液压缓冲技术的研究　由图１的边界条件推导出钎头处的作用力　７’，　的函数形式如下　；　＝』　‘　（　ａ）　【　一　（　一　）　（１ｂ）　式中，　为钎杆凿入岩石的位移；Ｔ为作用力；１９／为　卸载系数，１≤　≤∞；式（１ａ）为加载作用力，式　（１ｂ）为卸载作用力．　１．２反射波函数　由于冲击活塞与钎杆的波阻相同，所以冲击　活塞与钎杆撞击产生的矩形波作为第一个人射波　将在钎杆与岩石的接触面发生反射，由波动理论　和岩石的力学模型可以推导出反射波函数：　删。（　埘），（０＜￡≤，『）（２）　：　【ｍ　（１一ｅ前）ｅ　‘　，（ｔ＞７－）　式中，　＝ｋ／ｍ；　为反射波；ｍ为冲击活塞与钎　杆的波阻；　为冲击活塞的末速度．　１．３回弹速度的计算　当ｔ＝　时，钎杆达到了最大凿深，入射波突　然消失为０．与此同时钎杆内的反射波发生反射，　钎杆做初速度为０的变加速反向运动，即钎杆开　始发生回弹，钎杆在回弹过程中又产生了一定值　的回弹速度　．　回弹速度可根据动量守恒定律而求得：　ｍＶｑ　￣…ｏ［１　＋　所＿１）＋　］　（３）　式中，ｍ　为钎杆的质量；￡　为反射波的持续时间；　为钎杆的回弹速度．　１．４　回弹速度一加载刚度与卸载系数的关系　液压凿岩机的主要技术参数：　（１）冲击活塞的末速度为　＝１０　ｍ／ｓ；　（２）钎杆的直径为ｄ＝４０　ｍｍ，长度为Ｌ　＝　１　２００　ｍｍ；　（３）岩石的加载刚度在１５０～７５０　ＭＮ／ｍ之　间变化；　（４）卸载系数在２～５之间变化．　利用式（３）可得到回弹速度与工作介质的加　载刚度与卸载系数的相互关系，利用Ｍａｔｌａｂ软件　做出回弹速度一加载刚度与卸载系数曲线三维　图，见图２．　由图２可以看出钎杆的回弹速度在１．５—　８．５　ｍ／ｓ之间变化；加载刚度为７５０　ＭＮ／ｍ，卸载　系数为２时回弹速度最大；加载刚度为１５０　ＭＮ／ｍ，　卸载系数为５时回弹速度最小　ｌ０　８　６　簧４　薏ｚ　０　５　图２　回弹速度一加载刚度与卸载系数曲线　２缓冲装置的结构设计　２．１缓冲装置的结构要求　由于从钎杆开始反弹到重新回到原位这一过　程都是在液压凿岩机正常工作时所进行的，为了　保证液压凿岩机能够正常工作，对钎杆缓冲装置　工作性能提出如下要求：　（１）缓冲装置吸收反弹能量的全过程所需要　的时问应小于冲击活塞的运动周期，从而确保冲　击活塞在下一次撞击钎杆之前，钎杆已与岩石紧　密接触，以提高应力波的传递效率；　（２）受液压凿岩机缸体的结构限制，钎杆在　缓冲过程中运动的距离不能太长．　２．２缓冲装置的结构设计　液压凿岩机冲击机构缓冲装置结构见图３．　钎一机缸体　图３缓冲装置的结构设计图　图３缓冲装置的工作原理：在缓冲装置工作　时，缓冲活塞的尾部与缓冲室内充满高压油，缓冲　室又与蓄能器通过管路相互连通，蓄能器主要用　来对缓冲系统保持压力以吸收能量．当钎杆向后　回弹，推动钎杆安装套向右运动，推动钎杆安装套　带动缓冲活塞一起向右运动时，促使缓冲室内的　液压油压力增高，在连接管路的两端形成了较大　５２　大　连　交　通　大　学　学　报　第３５卷　的压力差，高压油经连接管路流人蓄能器．当钎杆　的回弹速度降低到０时，缓冲活塞３停止了向右　运动，使缓冲室中液压油的压力不再增加反而在　下降，此时蓄能器中液压油的压力高于缓冲室中　液压油的压力，蓄能器中液压油则推动缓冲活塞　向左运动，使钎杆重新抵紧到岩石断面，从而完成　缓冲装置的一个缓冲工作过程循环．　３缓冲装置的动力学研究　由于图３缓冲装置的结构尺寸比较小，缓冲　活塞向右的位移不能很大，由此要研究缓冲活塞　的轴向位移量与缓冲作用力之间的相互关系，即　缓冲装置在工作过程中缓冲效果的好坏．　由于钎杆推动钎杆安装套回弹使缓冲活塞反　弹能量吸收过程时间很短，因此本文在建立动力　学方程时做了一些假设：　（１）在缓冲过程中蓄能器内液压油的压力保　持不变；　（２）液压油的粘度不受压力和温度的影响　ｊ．　通过上述分析，可推导出缓冲活塞在缓冲过　程中运动的微分方程组　，如下：　—ｄ—ｔ　ｄ　一Ｐ　Ａ＾一ｍ　ｇ±　＝＝一　出　ｍ　（４）　ｄＡＰ　，ｃ、（　３　ｄ　２一　）一　，　ｄｔ　—ＸｈＡ＾　４缓冲装置的动力学仿真　根据缓冲活塞运动的微分方程，作者对所缓　冲装置进行了动力学仿真，研究钎杆的回弹时间　与位移的关系．已知钎杆的回弹速度在１．５～　８．５　ｍ／ｓ之间变化，在钎杆的回弹速度的变化区　间内取４个不同的值，来检验证钎杆的缓冲装置　董　时间／ｓ　图４缓冲过程中缓冲活塞时间一位移曲线　结构尺寸是否符合要求．取４个值分别为的２、４、　６、８　ｍ／ｓ；液压凿岩机冲击活塞的频率为５０　Ｈｚ．　利用Ｍａｔｌａｂ软件，将有关的结构参数与工作　参数输入仿真程序，仿真结果见图４，即钎杆的四　种回弹速度时的时间一位移曲线．　由图４可知：　（１）缓冲装置的缓冲时间小于液压凿岩机冲　击活塞的冲击周期０．０２　ｓ，即在冲击活塞下一次　撞击钎杆时，缓冲活塞回到原位，钎杆已与岩石紧　密接触；　（２）缓冲活塞在缓冲过程中的最大位移远小　于缓冲室的长度，所以缓冲活塞不会与液压凿岩　机机体发生碰撞，缓冲装置的结构尺寸设计合理；　（３）当钎杆的回弹速度为２　ｍ／ｓ时，缓冲活塞　的位移最小，且缓冲过程所用的时间也最短；当钎　杆的回弹速度为８　ｍ／ｓ时，缓冲活塞的位移最大，　且缓冲过程所用的时间也最长．　５　结论　（１）通过理论计算，可知在传统的液压凿岩　机上，设置了一个缓冲装置，其液压凿岩机碎石过　程中的振动明显减小；　（２）新型的缓冲装置的结构设计依据于岩石　的力学模型、岩石力学模型的边界条件和钎杆回　弹速度；　（３）岩石的加载刚度越大，回弹速度就越大，　岩石的加载刚度越小，回弹速度也就越小；　（４）岩石的卸载系数越小，回弹速度越大；岩　石的卸载系数越大，回弹速度就越小；　（５）钎杆的反弹速度越小，缓冲过程所需的　时间越短，位移也越小；钎杆的反弹速度越大，缓　冲过程所需的时间越长，位移也越大．　参考文献：　［１］ＡＮＯＮＹＭＯＵＳ．Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｏｃｋ　Ｄｒｉｌｌｓ　ｗｉｔｈ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｆｌｕｓｈｉｎｇ　Ｈｅａｄ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　２００９，２１０（６）：２３—２９．　［２］刘智，李锻能，李要芳．液压凿岩机钻杆回弹缓冲装置　的动力学建模与仿真［Ｊ］．矿山机械，２０１２（１０）：ｌ６—　２Ｏ．　［３］罗生梅，张宏林，斯建刚．冲击凿岩的瞬态动力学及效　率分析［Ｊ］．兰州理工大学学报，２００９（４）：４５—４８．　［４］何先可．冲击系统中钎杆回弹分析与计算［Ｃ］．２００９　海峡两岸机械科技论坛论文集，２００９．　［５］赵宏强．冲击器防反弹冲击缓冲装置的设计［Ｊ］．凿岩　第３期　张永超，等：新型液压凿岩机液压缓冲技术的研究　５３　机械气动工具，２００４（４）：１２—１６．　［６］张新，陈子辰，孙国辉．液压冲击器镐钎冲击反弹缓冲　机构研究［Ｊ］．中国机械工程，２００２（８）：７－９　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｂｕｆｆｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｏｃｋ　Ｄｒｉｌｌ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｃｈａｏ　，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉ－ｊｕｎ　，ＷＡＮＧ　Ｌｉｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉｇｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０１５９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉｅｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ－Ｔｏｏｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｊｉｎａｎ　２５００２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｒｏｃｋ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃ．ｃａｌｃｕｌａ—　ｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　ｒｅｂｏｕｎｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｓ　ｄｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｑｉａｎ　ｒｅｂｏｕｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｒａｎｇｅ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｍｔａｌａｂ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｒｏｃｋ　ｄｒｉｌｌ，ａ　ｎｅｗ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｂｕｆｆｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｂｕｆｆｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｂｕｆｆｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｒｏｃｋ　ｄｒｉｌｌ；ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗａｖｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　，　＋’’＋‘‘＋”＋”＋”＋”＋”＋”＋　＋”＋“、　｝下期待发表文章摘要预报｝　ｋ．．＋．．＋．．＋．．＋．．＋．．＋．．＋．．＋　＋　＋　＋一　产孢海洋真菌等离子体诱变　活性突变株筛选改进　温利雪　，张翼　，穆军　，冯妍　，韩金媛　，修志龙　（１．大连交通大学环境科学与工程学院，辽宁大连１１６０２８；２．大连理Ｘ－大学生命科学与技术学院，辽　宁大连１１６０２４）　摘要：以具有抗肿瘤抗菌活性的产孢子海洋真菌Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｕｎｇｕｉｓ　ＤＬＥＰ２００８００１为出发菌株，对其采用　介质阻挡放电等离子体技术进行了诱变处理．在采用肿瘤细胞替代模型——ＤＮＡ损伤修复基因缺陷型的　大肠杆菌Ｅ．ｃｏｌｉ　ＡＢ３０２７进行突变株活性筛选的过程中，比较了三种筛选方案，最终确定了一种使用９６孔　板液体摇床发酵的筛选方法，该方法与通常的液体深层发酵有较好的对应性，且方便易行．通过该方法，　灵敏快捷的筛选出了基于ＤＮＡ损伤机制的高活性突变株，同时也显示介质阻挡放电等离子体技术对提高　该菌株生物活性具有显著效果．