李叶林等：液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计 ·1185· 10 9 t+T 27 T+2T 时间， 泄漏 图2输入函数理想波形 Fig.2 Perfect waveform of the input function 截面！截面2截面3 截面4截面5截面6截面7 推进 上油 均压槽 1一泵站：2一推进缸：3一流量计：4一压力传感器：5一液压凿岩 图3冲击活塞截面积变化 机：6一应变片：7一吸能器：8一应变仪：9一波形存储分析仪： Fig.3 Sectional area change of the impact piston 10一A/D板：11一计算机：12一打印机 图4应力波测试系统图 拟多个波峰的应力波形.根据冲击活塞的七个变化截 Fig.4 System chart of stress wave test 面，将式(5)通过傅里叶级数展开为七个正弦波叠加， 选m值为13时出现七个波峰，较符合实际情况，其傅 3.0m (a) 里叶级数展开式为 edN/o 2.5 2.0 r0 [nT+T,(n+1)T], 1.5 ()= do + 1.0 T [nT,nT +] 05 (6) 0 20 30 40 50 式中 时间.ms 3.0 © 一模拟曲线 2.5 试验曲线 2 2.0 6.=f0sn= (m=1,3,5,…）, 6 (m=2,4,6,…) 1.0 1.3实验修正模型 应力波实验在钻杆上采用两组应变片相对粘贴于 0.5 钻杆两测，串联作为半桥的一臂检测钻杆中的纵波 16.016.216.416.616.817.017.217.417.617.818.018.2 桥路中测取的电压经应变仪适当放大，输入到波形存 时间.ms 储分析仪，依次准确地俘获每次冲击的入射应力波，经 图5模拟和实验应力波形.()多周期：(b)单周期放大 A/D变换，通过接口输入微机进行数据处理，得到输 Fig.5 Stress waveforms of simulation and test:(a)multiple period: 入波形.测试系统如图4所示. (b)magnified single period 根据缓冲活塞每个截面对应的质量关系，以及表 1中的应力波实验数据，将式(6)中正弦波形的幅值 2双缓冲系统模型 b进行细微调整，确保输入波形尽量与实验波形相似. 双缓冲系统模型由蓄能器模型和双缓冲机构模型 依据实验数据对入射应力波模型修正后，模拟结果与 两部分组成.缓冲活塞运动过程中，蓄能器与双缓冲 实验结果进行对比，如图5(b)所示. 机构共同作用，吸收钎具中回弹能量.建立模型时不 表1应力波实验数据 考虑以下因素影响： Table 1 Experimental data of stress waves (1)密封圈泄漏量（经实验测定，密封圈泄漏对 冲击频率Hz周期/ms应力波平均值/MPa持续时间/ms 活塞运动的影响非常微小)： 61.71 16.2 225 0.136 (2)双缓冲系统工作时壳体固定，应力波回弹能李叶林等: 液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计 图 2 输入函数理想波形 Fig． 2 Perfect waveform of the input function 图 3 冲击活塞截面积变化 Fig． 3 Sectional area change of the impact piston 拟多个波峰的应力波形． 根据冲击活塞的七个变化截 面，将式( 5) 通过傅里叶级数展开为七个正弦波叠加， 选 m 值为 13 时出现七个波峰，较符合实际情况，其傅 里叶级数展开式为 f1 ( t) = 0 ［nT + τ，( n + 1) T］， a0 2 + ∑ 13 m = 1 bm sin mπt τ { ［nT，nT + τ］． ( 6) 式中， a0 = 1 τ ∫ T 0 f( t) dt = σ1， bm = 1 τ ∫ T 0 f( t) sin mπt τ dt = 2σ1 mπ ( m = 1，3，5，…) ， 0 ( m = 2，4，6，…) { ． 1. 3 实验修正模型 应力波实验在钻杆上采用两组应变片相对粘贴于 钻杆两测，串联作为半桥的一臂检测钻杆中的纵波． 桥路中测取的电压经应变仪适当放大，输入到波形存 储分析仪，依次准确地俘获每次冲击的入射应力波，经 A/D 变换，通过接口输入微机进行数据处理，得到输 入波形． 测试系统如图 4 所示． 根据缓冲活塞每个截面对应的质量关系，以及表 1 中的应力波实验数据，将式( 6) 中正弦波形的幅值 bm进行细微调整，确保输入波形尽量与实验波形相似． 依据实验数据对入射应力波模型修正后，模拟结果与 实验结果进行对比，如图 5( b) 所示． 表 1 应力波实验数据 Table 1 Experimental data of stress waves 冲击频率/Hz 周期/ms 应力波平均值/MPa 持续时间/ms 61. 71 16. 2 225 0. 136 1—泵站; 2—推进缸; 3—流量计; 4—压力传感器; 5—液压凿岩 机; 6—应变片; 7—吸能器; 8—应变仪; 9—波形存储分析仪; 10—A /D 板; 11—计算机; 12—打印机 图 4 应力波测试系统图 Fig． 4 System chart of stress wave test 图 5 模拟和实验应力波形． ( a) 多周期; ( b) 单周期放大 Fig． 5 Stress waveforms of simulation and test: ( a) multiple period; ( b) magnified single period 2 双缓冲系统模型 双缓冲系统模型由蓄能器模型和双缓冲机构模型 两部分组成． 缓冲活塞运动过程中，蓄能器与双缓冲 机构共同作用，吸收钎具中回弹能量． 建立模型时不 考虑以下因素影响: ( 1) 密封圈泄漏量( 经实验测定，密封圈泄漏对 活塞运动的影响非常微小) ; ( 2) 双缓冲系统工作时壳体固定，应力波回弹能 ·1185·