李叶林等：液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计 ·1189· 而原设计方案选择的性能参数X=8.00.02 755 优化后 100 2.57.0] 7.50 90 优化后与优化前蓄能器频率响应对比，如图11所 7.40 优化前 80 示.优化前频率响应为67.5Hz,输出幅值比为 7.35 70 19.8dB:优化后频率响应为73.8Hz,输出幅值比为 7.30 优化后 60 17.4dB,蓄能器频率增加，输出幅值比降低，动态性能 7.25 优化前 50 7.20 40 得到改善。 7.15 30 咳 7.10 20 7.05 10 (67.5.19.8) 7.00 0 20 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91. 73.8.17.4) 时间.t/ms 5 图13优化前后一级、二级缓冲腔压力曲线 -10 优化前 Fig.13 Pressure curves of order I and 2 damping chambers before and after optimization 优化后 描述该变量的特性. (2)建立双缓冲系统模型，分析模型中蓄能器的 动态特性、双缓冲系统的运动规律和一、二级缓冲腔压 40 50 60708090100 额率/Hz 力变化规律.结果表明，蓄能器动态特性与双缓冲系 图11优化后蓄能器频率响应 统性能密切相关. Fig.11 Frequency response of the accumulator after optimization (3)探讨双缓冲系统的可调性能参数：缓冲流量、 环形间隙、蓄能器初始充气压力以及工作压力.建立 优化后缓冲活塞位移和速度曲线如图12所示. 性能参数的多目标优化模型.采用复合形法对优化模 最大位移减小0.12mm,回程最大速度减小0.8ms, 型计算，通过多次迭代获得性能参数的最优解，提高了 冲程最大速度减小0.1ms,运动周期缩短0.06ms. 双缓冲系统吸收回弹应力波能量的性能。 1.4 优化前 3 6 参考文献 1.0 优化后 Tian W Y.Hu M,Zhu C X,et al.Design on part of structural 4 parameters of hydraulic rock drill.I Northeast Univ Nat Sci, 0.8 2 2006,27(10)：1134 优化前 0.6 0 (田文元，胡明，朱春霞，等.液压凿岩机部分结构参数的设 优化后 计.东北大学学报：自然科学版，2006,27(10)：1134) 0.4 Zhu H W,Liu Y Z,Zhou L Y,et al.Failure analysis of 0.2 22SiZMnCrNiZMoA drilling rod.J Unir Sci Technol Beijing, 2013,35(5):613 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 (朱洪武，刘雅政，周乐有，等.22Si2 MnCrNi2MoA钎杆断裂 时间.ms 失效分析.北京科技大学学报，2013,35(5)：613) 图12优化前后缓冲活塞位移、速度曲线 B]Oh J Y,Lee G H,Kang H S,et al.Modeling and performance Fig.12 Displacement and velocity curves of the damping piston be- analysis of rock drill drifters for rock stiffness.Int Precis Eng fore and after optimization Manf,2012,13(12):2187 4] 优化后一、二级缓冲腔压力如图13所示.一级缓 Daniel G.Simulation of Hydraulic Dampers in Drill Percussion [Dissertation].Sweden:Linkoping University,2008 冲腔压力峰值增加0.05MPa,二级缓冲腔压力峰值增 5] Zhang Y C,Zhang Z J,Wang L.Study of a novel buffer technolo- 加7MPa,周期缩短0.06ms. gy for hydraulic rock drill.J Dalian Jiaotong Unie,2014, 35(3):50 5结论 (张永超，张志军，王领.新型液压凿岩机液压缓冲技术的研 (1)基于应力波在不同介质中传递特性，分析应 究.大连交通大学学报，2014,35(3)：50) 力波传递过程.通过对活塞结构分析，运用傅里叶级 [6]Lu Z X,Wang Z W,Ma F,et al.Design on annular damping clearance of double damper system in hydraulic rock drill.Min 数模拟入射应力波波形.依据应力波实验对模型进行 Process Equip,2014,42(1):11 修正.将入射应力波模型作为持续变量，更加准确地 (鹿志新，王中伟，马飞，等.液压凿岩机双缓冲系统环形缓李叶林等: 液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计 而原设 计 方 案 选 择 的 性 能 参 数 X = ［8. 0 0. 02 2. 5 7. 0］T ． 优化后与优化前蓄能器频率响应对比，如图 11 所 示． 优 化 前 频 率 响 应 为 67. 5 Hz，输 出 幅 值 比 为 19. 8 dB; 优化后频 率 响 应 为 73. 8 Hz，输 出 幅 值 比 为 17. 4 dB，蓄能器频率增加，输出幅值比降低，动态性能 得到改善． 图 11 优化后蓄能器频率响应 Fig． 11 Frequency response of the accumulator after optimization 优化后缓冲活塞位移和速度曲线如图 12 所示． 最大位移减小 0. 12 mm，回程最大速度减小 0. 8 m·s － 1 ， 冲程最大速度减小 0. 1 m·s － 1 ，运动周期缩短 0. 06 ms． 图 12 优化前后缓冲活塞位移、速度曲线 Fig． 12 Displacement and velocity curves of the damping piston be￾fore and after optimization 优化后一、二级缓冲腔压力如图 13 所示． 一级缓 冲腔压力峰值增加 0. 05 MPa，二级缓冲腔压力峰值增 加 7 MPa，周期缩短 0. 06 ms． 5 结论 ( 1) 基于应力波在不同介质中传递特性，分析应 力波传递过程． 通过对活塞结构分析，运用傅里叶级 数模拟入射应力波波形． 依据应力波实验对模型进行 修正． 将入射应力波模型作为持续变量，更加准确地 图 13 优化前后一级、二级缓冲腔压力曲线 Fig． 13 Pressure curves of order 1 and 2 damping chambers before and after optimization 描述该变量的特性． ( 2) 建立双缓冲系统模型，分析模型中蓄能器的 动态特性、双缓冲系统的运动规律和一、二级缓冲腔压 力变化规律． 结果表明，蓄能器动态特性与双缓冲系 统性能密切相关． ( 3) 探讨双缓冲系统的可调性能参数: 缓冲流量、 环形间隙、蓄能器初始充气压力以及工作压力． 建立 性能参数的多目标优化模型． 采用复合形法对优化模 型计算，通过多次迭代获得性能参数的最优解，提高了 双缓冲系统吸收回弹应力波能量的性能． 参 考 文 献 ［1］ Tian W Y，Hu M，Zhu C X，et al． Design on part of structural parameters of hydraulic rock drill． J Northeast Univ Nat Sci， 2006，27( 10) : 1134 ( 田文元，胡明，朱春霞，等． 液压凿岩机部分结构参数的设 计． 东北大学学报: 自然科学版，2006，27( 10) : 1134) ［2］ Zhu H W，Liu Y Z，Zhou L Y，et al． Failure analysis of 22SiZMnCrNiZMoA drilling rod． J Univ Sci Technol Beijing， 2013，35( 5) : 613 ( 朱洪武，刘雅政，周乐育，等． 22Si2MnCrNi2MoA 钎杆断裂 失效分析． 北京科技大学学报，2013，35( 5) : 613) ［3］ Oh J Y，Lee G H，Kang H S，et al． Modeling and performance analysis of rock drill drifters for rock stiffness． Int J Precis Eng Manuf，2012，13( 12) : 2187 ［4］ Daniel G． Simulation of Hydraulic Dampers in Drill Percussion ［Dissertation］． Sweden: Linkping University，2008 ［5］ Zhang Y C，Zhang Z J，Wang L． Study of a novel buffer technolo￾gy for hydraulic rock drill． J Dalian Jiaotong Univ，2014， 35( 3) : 50 ( 张永超，张志军，王领． 新型液压凿岩机液压缓冲技术的研 究． 大连交通大学学报，2014，35( 3) : 50) ［6］ Lu Z X，Wang Z W，Ma F，et al． Design on annular damping clearance of double damper system in hydraulic rock drill． Min Process Equip，2014，42( 1) : 11 ( 鹿志新，王中伟，马飞，等． 液压凿岩机双缓冲系统环形缓 ·1189·