基于多目标优化的液压凿岩机和钎具配置研究

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液压凿岩机部分结构参数的设计

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液压凿岩机的结构分析

2018
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2018
液压凿岩机的结构分析
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• 液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、供水排粉装置及防尘系统等部分组成，其凿岩作业是冲击、回转、推进与岩孔冲洗功能的综合。各有自己的特点。如有带行程调节装置的，也有无此装置的，有采用中心供水的，也有采用旁侧供水的，缸体内有带缸套的也有无缸套的，为了防止深孔凿岩时钎杆卡在岩孔内拔不出来，有几种新型液压凿岩机在供水装置前面还设有反冲装置。
活塞
活塞是传递冲击能量的主要零件，其形状对破岩效果有较大影响。由波动力学理论可知，活塞直径与钎尾直径越接近越好，且在总长度上直径变化越小越好。通过对气动凿岩机和液压凿岩机两种活塞的效果比较发现，液压凿岩机的活塞只比气动凿岩机的活塞重19 ，可是输出功率却提高了一倍，而钎杆内的应力峰值则减小了20。因此，双面回油型液压凿岩机的活塞断面变化最小，且细长，是最理想的活塞形状。
• 下面介绍液压凿岩机的一些基本结构：
1、冲击机构。液压冲击机构由缸体、活塞、配流阀、蓄能器及前后支撑套与密封装置等组成。
缸体
缸体是液压凿岩机的主要零件，体积和重量都较大，结构复杂，孔道和油槽多要求加工精度高。为解决此问题，各型液压凿岩机采取了不同的办法。有的加前后缸套，以利于油路和沉割槽的加工，且维修时便于更换；有的不加衬套，为便于加工，把缸体分为几段，而轻型液压凿岩机大多采用整体式缸体。
3、供ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ装置
• 液压凿岩机大都采用压力水作为冲洗介质，其供水装置的作用就是供给冲洗水以排除岩孔内的岩碴，它有中心供水式和旁侧供水式两种。中心供水式装置与一般气动凿岩机中心供水方式相同，压力水从凿岩机后部的注水孔通过水针从活塞中间孔过，进入前部钎尾来冲洗钻孔。这种供水方式的优点是结构紧凑，机头部分体积小，但密封比较困难。旁侧供水装置是液压凿岩机广泛采用的结构。冲洗水通过凿岩机前部的供水套进入钎尾的进水孔去冲洗钻孔。这种供水方式由于水路短，易于实现密封，且即使发生漏水也不会影响凿岩机内部的正常润滑，其缺点是机头部分增加了长度。

液压凿岩机推进系统建模与控制及仿真研究

理可求得凿岩机不同工况下的液压缸的作用力，从而可确定推进液压缸的工作压力为删
４ＦＰ＝— — ・Ｐ —ｒ，，Ｄｔｒ２．
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式中，为液压缸活塞杆大径．Ｐ
推进机构电液数字控制系统．其工作原理如图２所示．
２基于高速开关电磁阀的推进系统方案设计
收稿日期：０８ｏ－８２０一６ｏ基金项目：湖南省高等学校科学研究重点基金项目（８￣７；０Ａ）湖南省科技攻关项目（３Ｋ３２）０ＧＹ１４作者简介：刘忠（９８）男，１６一，湖南长沙人，士后，博教授，主要从事工程机械设计理论及控制策略、电液一体化技术研究．机
第２卷第４期３湖南科技大学学报（自然科学版）２０年１月ｏ８２ＪｕａｏＨｎｎＵｉｒ￣ｏＳｉｃｏｒｌｆｕａｎｅｉｆｃｎｅ＆ＴｃｎＩｙＮｔａＳｉｃｄｉ）ｎｖｓｅｅｈｏｇ（ａｒｃｎｅＥｉｎｏｕｌｅｔｏ
础上，出了基于高速开关电磁阀控制的推进机构控制系统新方案．提通过对该系统进行数学建模与控制策略分析，引入了模糊ＰＤＩ
控制方法。并对其进行了严格的理论推导．通过计算机的仿真实验，论证了液压凿岩机电液推进控制系统在模糊ＰＤ控制器的作用Ｉ下，能够很好地跟踪目标输出，为液压凿岩机推进系统的工程应用提供了理论依据．９表３参１．图，．５
钎头时就不能有效地将冲击能量传递给岩石，使凿岩破碎效率降低．推进力不足的另一缺点使机体后退，

液压凿岩设备的研制现状及其发展思路

液压凿岩设备的研制现状及其发展思路在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑等工程施工中，凿岩设备是不可缺少的主要施工设备之一。

随着新技术、新产品、新品种的不断涌现，工作性能不断提高，功能也日趋完善，技术水平已达到了相当高的程度。

特别是近20年来，液压控制技术和计算机技术的结合更促进了凿岩技术的进步，自动化凿岩及自动凿岩设备也相继出现，并已达到实用化的程度。

本文对国内外液压凿岩设备的研制现状作了简要概述，并对未来液压凿岩设备尤其是国产液压凿岩设备的生产发展提出了一些建议，供同行们参考。

1国外概况1.1发展现状炮孔钻凿经历了一个由手工到人工操纵机器再到自动凿岩的过程，其中凿岩设备也经历了由气动驱动到液压驱动的转变。

自1970年法国Montabert公司研制成功第一台用于矿山钻孔的H50型液压凿岩机及其配套钻车以来，由于液压凿岩机在技术、经济以及社会效益方面具有极大的优越性，引起了各国有关公司的重视，并组织力量竞相研制，如美国Ingersoll－Rand公司、Gardner－Denver公司、瑞典Atlas Copco公司、Linden－Alimak公司、芬兰Tamrock公司、德国Krup p公司和日本古河(FU RU KAWA)公司等都投入力量研制全液压凿岩设备。

据不完全统计，目前国外有20多个国家的几十家公司相继研制并生产的各种型号液压凿岩机已有上百种，而且大都自成系列。

年产量已从80年代初的2000台发展到1986年的1万台以上，目前的产量已超过2万台，而且还在继续增加。

其中端典Atlas Copco、芬兰Tamrock和法国Secoma等公司生产的液压凿岩机及其配套钻车的品种型式和技术水平，在当今世界都具有一定的代表性。

特别近几年来电脑导向和各种型号的自动液压凿岩钻车已达到了实用化的水平。

1.2主要特点和发展趋势1.2.1品种规格齐全，使用范围广泛无论是井下或露天，掘进或采矿，都有相应的液压凿岩机供选用。

我国液压凿岩机设计研究现状与建议

摘要：分析了我国液压凿岩机的各类设计研究文献，列举了一些相关论文的主要论点，指出了亟待解决的
问题，对我国液压凿岩机产业的研究与发展提出了学术建议及政策建议。
关键词：液压；凿岩机；设计研究；建议
士论文，硕士论文，学士论文，有期刊论文，也有
２．１．１设计计算型论文此类论文数量多。
网络论文，在整个液压凿岩机技术论文中，占据
了很大一部分。
设计计算型论文包括了仿真计算．优化设计，活塞间隙优化设计，蓄能器设计优化，换向阀设计优化，活塞缓冲设计，钎尾缓冲设计。冲击频
量不多。列举如下：
产品历史发展综述型论文包括介绍国内外
液压凿岩机历史发展，产品型号推出的年代，市
场情况等等，此类论文数量不多，但大多是介绍
蒙特贝塔、阿特拉斯、山特维克公司的液压凿岩机产品历史，介绍国内产品历史的较少。
２．２．３产品技术综述型论文
煤科总院北京建井所黄园月、李耀武、郭孝先“ 液压凿岩机的故障分析与防治 ” ；广东省水利水电第二工程局何雄彬
“ ＨＤｌ３５Ａ和ＣＯＰ１２３８ＭＥ型液压凿岩机工作原理

液压凿岩的动力特征分析研究

和维护保养困难的问题，限制了它们在
国内的推广应用。为了研制国产液压钻车（配用液压凿岩机），本文对液压凿岩的动力特性进行分析研究。
机械钻孔的方法可分为冲击一转
式中Ｄ＿一气缸直径，ｍ
机型
＼
气动ＹＧ８０ＹＧＺ９Ｏ
利用缸径计算公式．计算所需气缸
内径，经过圆整，选用标准缸径值。再根据实际需要，确定气缸的行程及安装方
式，从而选取气缸的型号及规格。
４结论
气动凿岩机试验台改进后，对本厂
『２１徐灏等．机械设计手册（第５卷）ｆＭ］．北京：
— —
生产的气动凿岩机进行了性能测试试验，测试效率和测试精度都得到大幅度提高，可以全面准确的得到气动凿岩机
系数。ｋ取１．Ｏ１～１．０９
气动凿岩机所需压力．Ｎ气缸的工作压力，Ｐａ叼 ——载荷率，取０．７ — ０．８５
原理上，除冲击破碎外．还施加了强力剪切破碎岩石，充分利用了岩石的剪切强度远小于抗压强度这一岩石特性。其能量利用率和凿岩速度大大高于一般冲击一转动式凿岩机。同时，由于采用了大推力，钻具在大多数时间内处于压缩状态，减少或消除了钎具中的拉应

多档液压凿岩机工作参数调节原理的研究

专题综述多档液压凿岩机工作参数调节原理的研究410083湖南长沙　中南工业大学机电工程学院杨襄璧　罗松保摘要　根据抽象设计变量理论,从理论上分析了多档液压凿岩机工作参数调节原理,揭示了多档液压凿岩机的运行机理,为多档液压凿岩机的发展作了技术准备。

叙词　多档液压凿岩机　工作参数　调节原理1　引言凿岩理论和实践表明:对于某种确定的岩石,均存在一个特定的最优单位冲击能值(折算到钎头单位刃长上的冲击能)与之相适应,只有在这一最优单位冲击能作用下时,凿岩过程所消耗的能量最小。

因此,在凿岩作业过程中,当岩石性质(如硬度)或具体凿岩爆破工艺(如平巷中深孔掘进)对孔径要求发生变化时,为降低凿岩成本,提高凿岩效率,出现了输出工作参数(如冲击能E、冲击频率f和输出功率N d等)可以调节的液压凿岩机。

凿岩机输出工作参数调节的途径有三种:其一,是仅从凿岩机的液压系统入手,主动改变凿岩机的输入流量和压力(非独立变量),而凿岩机本身的结构参数(如冲击活塞回程加速行程)并不改变。

由于液压系统本身条件的限制,这种调节范围有限,仅能实现输出工作参数较小范围的“微调”。

其二,是仅从液压凿岩机入手,主动改变液压凿岩机的结构参数,而并不主动改变其液压系统的流量和压力参数(但其会随结构参数的改变而自适应变化)。

这种调节方式的凿岩机结构复杂,受凿岩机本身的结构所限,也只能实现输出工作参数的有限“微调”。

其三,是被广泛应用的一种,即同时从凿岩机结构和液压系统入手,主动地合理地协调它们间的参数变化。

虽然这种调节方式的凿岩机结构和调节过程复杂,但能方便地实现输出工作参数较大范围的“粗调”,且便于实现自动控制。

实质上这是多档液压凿岩机工作参数调节的范畴。

受结构限制,多档液压凿岩机一般不超过三档。

在档位调节方式上,多档液压凿岩机有人工手动换档和自动换档两种。

中南工业大学在自动换档液压凿岩机研究方面卓有成效。

根据作者的一项专利技术〔1〕,研制的新一代多功能自动换档液压凿岩机即将问世,这将给液压凿岩机系列庞大家族增添一名性能先进的新成员。

液压凿岩机结构设计

液压凿岩机结构设计黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计)摘要在综合分析各类液压凿岩机冲击工作原理和轻型液压凿岩机各种结构的基础上，创新提出了轻型独立回转液压凿岩机的新构型，研制了YYT-30型轻型独立回转液压凿岩机。

该机型的问世，有望取代传统的支腿式气动凿岩机，成为我国中小矿山和一般工程施工中凿岩机械的主力机型。

该机技术性能先进，结构新颖，具有耗能少、体积小、重量轻、冲击能大、钻速快、噪声低、振动小，工人劳动强度低等优点，可广泛用于大理石，花岗岩，金属矿，非金属矿和煤矿等矿山开凿石，用于地质勘探坑探巷道掘进以及采石，水电，铁路，港口，基地，基建，国防工程中钻凿炮眼。

关键词:液压凿岩机;独立回转;冲击能I黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计)AbstractAfter analyzing the impacting principle of all kinds of hydraulic rock drills and various structures of portable hydraulic rock drill, a new structure of portable independent rotary hydraulic rock drill, YYT 30 portable independent rotary hydraulic rock drill, is put forward in the dissertation, and made in reality. It will become main style in medium and small-scale mines and general engineering machines in our country, which will replace traditional legged pneumatic rock drill hopefully.The machine of advanced technology, the new structure, with less energy consumption, small size, light weight, the impact energy, faster penetration rate, low noise, vibration small, workers advantage of low labor intensity, can be widely used in marble, granite, metal Ore, non-metallic minerals such as coal mines and cut stone. Exploration for geological prospecting pit roadway excavation and quarrying, electricity, water, railways, ports, bases, infrastructure, national defense projects in the drilling Perforation.Key words: hydraulic rock drills; portable independent rotary;impact energyII黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计)目录摘要 ..................................................................... (I)ABSTRACT ............................................................... .............................. II 1绪论...................................................................... ............................. - 1 -1.1 国内外液压凿岩机发展概况 .................................................- 1 -1.1.1 国外液压凿岩机发展概况 .......................................... - 1 -1.1.2 国内液压凿岩机发展概况 .......................................... - 2 -1.2 液压冲击机构设计理论研究体系概况.................................- 3 -1.2.1 蓄能器 ..................................................................... ..... - 3 -1.2.2 配流阀(换向阀) .......................................................... - 3 -1.2.3 防空打和钎尾反弹理论 .............................................. - 4 - 2轻型独立回转液压凿岩机的总体结构 .......................................... - 5 -2.1 液压凿岩机的基本结构 .........................................................- 5 -2.2 液压凿岩机冲击机构的结构类型分析.................................- 6 -2.2.1 液压凿岩机的基本结构类型...................................... - 6 -2.2.2 液压凿岩机的冲击工作原理...................................... - 7 -2.2.3 有阀型液压凿岩机冲击机构的结构分析 ............... - 11 -2.3 轻型独立回转液压凿岩机总体结构方案...........................- 12 - 3 液压冲击机构的设计 ................................................................... - 15 -3.1设计理论分析...................................................................... ..- 15 -3.2 冲击活塞系统的设计 ...........................................................- 17 -3.2.1 活塞系统设计的基本要求 ........................................ - 17 -3.2.2 活塞零件的设计计算 ................................................ - 17 -3.2.3 活塞台肩部分的设计计算 ........................................ - 18 -3.3 蓄能器的设计 ..................................................................... ..- 21 -3.4 换向信号孔位置的确定 .......................................................- 23 -3.5 活塞防空打装置的设计方法 ...............................................- 23 - 参考文献...................................................................... ...................... - 25 -III黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计)1绪论1.1 国内外液压凿岩机发展概况1.1.1 国外液压凿岩机发展概况自1861年气动凿岩机开始应用以来，经过不断改进、完善，各类气动凿岩机在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑工程施工中发挥了巨大的作用。

基于多目标优化的打孔机生产效能模型李坤

Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．１２Ｄｅｃ２０１２赤峰学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｆｅｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）第２８卷第１２期（下）２０１２年１２月过孔是印刷线路板（也称为印刷电路板）的重要组成部分，过孔的加工费用通常占制板费用的３０％和４０％，而在制造印刷线路板的流程中，由打孔机进行打孔作业，因此，提高打孔机的生产效能是降低印刷线路板成本的主要途径之一，所以研究打孔机路径优化问题就显得尤为重要．本文首次采用不等式的方法［１－３］解决打孔机优先级问题和采用剥离和虚设过孔的思想解决一个过孔多次被钻的问题，并设计嵌入优先级的蚁群算法［４－５］和改进的２－ｏｐｔ算法来解决多目标的０－１规划模型．最后借用２０１２年“深圳杯”数学建模夏令营竞赛Ｄ题中的数据［６］进行实验，并对实验结果进行分析．1问题描述与分析本文以２０１２年“深圳杯”数学建模夏令营竞赛Ｄ题为背景，深入研究了单钻头打孔机生产效能优化问题．考虑到打孔机打孔存在打孔先后顺序以及打孔优先级等复杂问题，所以本文主要从以下５步对打孔机生产效能进行优化研究：第一步，数据预处理，采用剥离过孔的思想，得到打孔机打孔时间矩阵和打孔成本矩阵；第二步，建立以打孔机工作时间尽量少和打孔成本尽量少的多目标０－１规划模型；第三步，利用功效系数法，将多目标０－１规划模型转化成单目标的０－１规划模型；第四步，利用改进的蚁群算法得到优化结果；第五步，在由蚁群算法得到优化结果的基础上，运用２－ｏｐｔ算法进行破圈，得到打孔机行进路线的相对最优解．2建模准备２．１虚设过孔由于同一线路板上的过孔不要求加工完毕后，再加工下一个过孔，故，钻头每次钻孔是独立的．基于此，可将需多个刀片加工的过孔剥离．若某过孔需要ｎ种刀片加工，那么对于该过孔，再虚设ｎ－１倍过孔．由题目的表一［６］可知，Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ都需要多种刀片加工，分别对其虚设过孔；那么１０种过孔表示为：Ａａ、Ｂｂ、Ｃａ、Ｃｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｅｃ、Ｅｆ、Ｆｇ、Ｆｈ、Ｇｄ、Ｇｇ、Ｇｆ、Ｈｈ、Ｉｅ、Ｉｃ、Ｊｆ、Ｊｃ（Ａａ表示用ａ刀片加工的Ａ种过孔）．２．２构造时间矩阵由距离公式求得任意两过孔间的距离ｄｉｊ，然后由距离与时间的关系可得钻头行进时间ｔｉｊ，即：ｔｉｊ＝（ｘｉ－ｘｊ）２＋（ｙｉ－ｙｊ）２姨ｖｉ，ｊ∈｛１，２，…，ｍ｝（１）连续刀片间的转换时间为１８ｓ，记转换时间为ｔ＇ｉｊ，不连续刀片的转化时间为所有相邻刀片转换时间的累加；钻头在各个点间行进中过程中，可以同时进行转换，故，取两者时间最大值作为钻头的时间，即：Ｔｉｊ＝ｍａｘ｛ｔｉｊ，ｔ＇ｉｊ｝（２）其中，当ｉ＝ｊ时，只有转换时间ｔ＇ｉｊ，行进时间ｔｉｊ为０，即此时的钻头时间就为ｔ＇ｉｊ．Ｔｉｊ即为两孔之间的时间矩阵．２．３构造打孔成本矩阵任意两过孔间的成本公式Ｑｉｊ＝Ｃ１ｄｉｊ＋Ｃ２ｔ＇ｉｊｉ，ｊ∈｛１，２，…，ｍ｝（３）其中，Ｃ１为钻头行进成本，Ｃ２为钻头转换成本，ｔ＇ｉｊ为转头从ｉ孔到ｊ孔间的转换时间，ｄｉｊ为ｉ孔与ｊ孔间的距离．当ｉ＝ｊ时，钻头无需行进，即，ｄｉｊ＝０时，成本为：Ｑｉｊ＝Ｃ２ｔ＇ｉｊ．Ｑｉｊ即为两孔之间的成本矩阵．3单钻头最佳作业线路的TSP 模型３．１基于多目标优化的单钻头最佳作业线路模型决策变量：以第ｉ孔是否分钻向第ｊ孔为决策变量，即：ｘｉｊ＝１钻头从ｉ孔钻向ｊ孔０钻头不从ｉ孔钻向ｊ姨孔ｉ，ｊ＝１，２，…，ｍｉ≠ｊ目标函数：要得到打孔机的最优作业线路，主要优化以下两个方面：目标一：线路板打孔需要一定时间，而对于单线路板，基于多目标优化的打孔机生产效能模型李坤，贺灵悦，陈雨，牟廉明（内江师范学院数学与信息科学学院，内江６４１１００）摘要：在线路板加工中，过孔加工费占的比重较大，因此，研究打孔机生产效能对减少生产成本，提高收益有重要的作用．首先，进行数据预处理，采用剥离过孔的思想，得到钻头工作时间矩阵及成本矩阵；其次，建立了以打孔机打孔总时间尽量小和打孔总成本尽量小的多目标０－１规划模型；然后，利用功效系数法，将多目标０－１规划模型转化成单目标０－１规划模型；最后，运用加入优先级的改进蚁群算法和２－ｏｐｔ算法计算出打孔机最短行进时间和最少成本以及打孔机的最优作业线路．关键词：０－１规划；生产效能优化；多目标优化；旅行商问题中图分类号：ＴＰ２９文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－２６０Ｘ（２０１２）１２－００３３－０３基金项目：内江师范学院自然科学重点项目基金（12NJZ03）３３－－总打孔时间越短越优化，即追求最求工作时间最钻：ｍｉｎｊΣｉΣＴｉｊｘｉｊ（４）其中，Ｔｉｊ为任意两过孔间钻头的时间；目标二：打孔机每打一个孔，都有一个花费，为此追求打完一块线路板的总成本最少：ｍｉｎｊΣｉΣＣｉｊｘｉｊ（５）其中，Ｃｉｊ为任意两过孔间钻头的成本．约束条件：（１）钻孔唯一性约束：每个过孔只被一个钻头打孔，则每个过孔点只有一条边进入，即：ｍｊΣｘｉｊ＝１ｉ＝１，２，…，ｍ（６）（２）每个过孔只被一个钻头打孔，每个过孔点只有一条边出去，即：ｍｉΣｘｉｊ＝１ｊ＝１，２，…，ｍ（７）（３）钻头的行进路线中，不会重复经过某过孔，但最后打完所有过孔时，需回到起始点除起点与终点外，各边不构成圈，即：ｉ，ｊ∈ＳΣｘｉｊ≤｜Ｓ｜－１，２≤｜Ｓ｜≤ｎ－２，Ｓ奂｛１，２，…，ｍ｝（８）其中，Ｓ为过孔点编号集合；（４）优先级约束：Ｃ种孔型用ｃ刀片加工前，必须经过ａ刀片加工；经过ａ刀片加工前，不一定被ｃ刀片加工，即：ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ１）（９）其中，ｊ为Ｃ种孔型的编号，ｎ１为Ｃ种孔型的个数；Ｅ种孔型用ｆ刀片加工前，必须经过ｃ刀片加工；经过ｃ刀片加工前，不一定被ｆ刀片加工，即：ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ２）（１０）其中，ｊ为Ｅ种孔型的编号，ｎ２为Ｅ种孔型的个数；Ｇ种孔型用ｆ刀片加工前，必须经过ｄ、ｇ刀片加工；而用ｇ刀片加工前，一定经过ｄ刀片加工过；经过ｄ刀片加工前，不一定被ｇ、ｆ刀片加工；经过ｇ刀片加工前，不一定被ｆ刀片加工，即：ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ３）（１１）其中，ｊ为Ｇ种孔型的编号，ｎ３为Ｇ种孔型的个数；Ｉ种孔型用ｃ刀片加工前，必须经过ｅ刀片加工；经过ｅ刀片加工前，不一定被ｃ刀片加工，即：ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ４）（１２）其中，ｊ为Ｉ种孔型的编号，ｎ４为Ｉ种孔型的个数；Ｊ种孔型用ｃ刀片加工前，必须经过ｆ刀片加工；经过ｆ刀片加工前，不一定被ｃ刀片加工，即：ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ５）（１３）其中，ｊ为Ｅ种孔型的编号，ｎ５为Ｊ种孔型的个数；综上所述，单钻头最佳作业线路ＴＳＰ模型为：ｍｉｎ∑ｊ∑ｉＴｉｊｘｉｊｍｉｎ∑ｊ∑ｉＣｉｊｘｉｊ（１４）ｓ．ｔ＝∑ｍｊｘｉｊ＝１ｉ＝１，２，…，ｍ∑ｍｉｘｉｊ＝１ｊ＝１，２，…，ｍ∑ｉ，ｊ∈Ｓｘｉｊ≤｜Ｓ｜－１，２≤｜ｓ｜≤ｎ－２，Ｓ奂｛１，２，…，ｍ｝ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ１）ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ２）ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ３）ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ４）ｘｉｊ≥ｘｋ，（ｊ＋ｎ５）≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥其中，Ｔｉｊ为任意两过孔间钻头时间，Ｃｉｊ为任意两过孔间钻头成本，ｘｉｊ为钻头的打孔状态量；３．２目标函数线性加权将两个目标归一化之后，进行线性加权，其中．加权之后的目标函数为：ｍｉｎｚ＝∑ｍｊ∑ｍｉｘｉｊ（λ１ｆｉｊ（Ｔ）ｆｉｊｍａｘ（Ｔ）＋λ２ｆｉｊ（Ｃ）ｆｉｊｍａｘ（Ｃ）（１５）λ１＋λ２＝１（１６）其中，ｆｉｊｍａｘ＝ｍａｘｘ∈Ｓｆ（Ｔ）为时间矩阵每行的最大值，ｆｉｊ（Ｔ）时间矩阵的实际值；其中，ｆｉｊｍａｘ＝ｍａｘｘ∈Ｓｆ（Ｃ）为成本矩阵每行的最大值，ｆｉｊ（Ｃ）时成本矩阵的实际值．4实验结果及分析４．１基于改进的蚁群算法实验结果根据公式（１４）和（１５）的打孔机打孔路径优化模型，借用２０１２年“深圳杯”数学建模夏令营竞赛Ｄ题附件中的数据，研究打孔机打孔优化线路的问题．可知ｍ＝２８１４、ｎ１＝２７０、ｎ２＝９３、ｎ３＝２０、ｎ４＝１０、ｎ５＝２９，为找到打孔机最优线路，本文主要采用嵌入优先级的蚁群算法．由于算法的时间复杂度高，首先假定迭代次数定为１００次，运用Ｍａｔｌａｂ．１０编程，求出最佳工作路线即迭代次数对结论的影响趋势，见图１：结论分析：Ｉ作业线路分析：图２中存在很多交叉线路，解可能并不是最优解，为求得最优解，采用２－ｏｐｔ法破圈，对结论进行优化；ＩＩ迭代１００次较好原因分析：由图２可知，迭代次数越大，求得的距离越短；理论上为提高结论的精确值，迭代次数越高越好，但是迭代次数变高，算法的时间复杂度会增图１单钻头的最优工作路线及迭代次数与距离关系图３４－－高，而当迭代次数迭代次数趋于１００时，结论的变化率变小，可以认为，此处迭代１００次，得到的结果已相对精确．ＩＩＩ图１给出了最优作业线路，根据题目所给的刀具加工顺序原则，可以确定这２８１４个点的刀具钻换方案，由于点数太大，在此只给出路线前２０个点作说明，见表１，即：分析：根据表１，可以直观的看出各个过孔间刀片的转过孔编号10751055105410211029102317552105914963刀具转换b →b →b →b →b →b →d 、e →f 、c →b →b过孔编号972978984403340334974967973968…刀具转换b→b→b→a→a→a→b→b →b →b表１前２０个过孔的刀具转换方案换方案，以此可以给出所有过点的刀片转换方案，并得到总行进时间４２９．７６秒、总作业成本７４２．８元．４．２基于２－ｏｐｔ算法的实验结果首先，以一组初始值开始计算，算法结束得到一组解，又将此组解作为初始值，继续计算，以此类推，直达线路交叉项足够少．见图２：分析图４，线路的交叉现象明显降低，而图中交叉线路的出现可能因为破圈后，外部连线时形成的．优化结论的分析见表２：分析：由表２可以看出，优化后，总时间虽然增加，但是总成本降低将近７６元，与增加７秒多的行进时间相比，成本降低的更多，结论被优化．5结束语本文将图论中的旅行商问题的数学模型成功地应用于打孔机打孔中，优化了打孔机运动的距离，减少了加工时间和打孔机总的成本．经过实际应用表明，该模型满足实际要求，提高了打孔机的工作效能．———————————————————参考文献：〔1〕姜启源.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2003．〔2〕《运筹学》教材编写组.运筹学[M].北京：清华大学出版社，2003．〔3〕钱颂迪.运筹学[M].北京：清华大学出版社，2003．〔4〕王海龙，等.基于遗传算法的多旅行商问题研究[J].计算机应用研究，2009，26（5）．〔5〕周辉仁，等.基于递阶遗传算法的多旅行商问题优化[J].计算机应用研究，2009，26（10）．〔6〕2012年深圳杯数学建模夏令营竞赛赛题，http://www./zhuanti/node_112146.htm ，2012．10．27．〔7〕梁吉元，郁鼎文，张玉峰，等.CAM 系统中孔加工路径的优化处理[J].计算机集成制造系统,2000，6(1)：74-76.图２单钻头的最优作业线路的优化图总行进时间（s ）总成本（元）优化前429.76742.80优化后436.77666.86表２采用２－ｏｐｔ法优化前后时间与成本对比３５－－。

新型液压凿岩机部分结构参数设计研究

时根据所凿岩的介质软硬不同，自动出现两种不同会的动作，种是遇到较硬的岩石时，一冲击活塞Ｄ不能
ｒｌ＂ｔ， ≥ 来自满行程运动，冲击活塞Ｄ在冲击行程中途发生反弹；另一种是凿岩较软的粘土、石等时，击活塞Ｄ满砂冲行程运动，冲击活塞Ｄ在冲击中无反弹。对于中途发
ＬＵＯｈｅｇｍｅ，ＷＡＮｈｎ，ＸＩａ．ｉＳｎ．ｉＳｅｇＥＸｉｏ１
（．１兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃兰州
２兰州理工大学机电工程学院，肃兰州．甘
７０５；３００
７０５）３００
图１新型液压凿岩机冲击机构工作原理示意图
该新型液压凿岩机冲头压控自动换向工作装置所
左腔Ｃ中的油液通过Ｕ口、控单向阀４二位四通液液、
用到的两位液控换向阀来自专利（Ｌ３３５８９，Ｚ０１４６．）原理不再赘述。新型液压凿岩机冲击机构工作原理如
１６０
液压与气动
２１０１年第４期
换向阀９的外控口Ｋ，二位四通液控换向阀９的主阀芯右移换向，二位四通液控换向阀９的Ｐ口与Ｂ口使接通，口与Ｏ口接通，力油经二位四通液控换向Ａ压
＝
阀９的Ｐ口、Ｂ口、液控单向阀４及ｕ口进入Ｃ腔，出油经Ｆ腔、口、口与Ｏ口回油箱，ｘＡ冲击活塞Ｄ在压力油及Ｈ腔气体弹簧的双重作用下加速右冲。右冲

安百拓集团公司非露天用液压凿岩机技术参数介绍

安百拓集团公司非露天用液压凿岩机技术参数介绍王晟炜1袁刘朋2,丁涛1(1.天水凿岩机械气动工具研究所,甘肃天水,741020;2.无锡通准凿岩工具有限公司,江苏无锡,214000)摘要:安百拓集团公司是从瑞典阿特拉斯·科普柯公司拆分出来的新业务独立公司。

该公司液压凿岩机系列种类比较齐全、分类比较合理。

本文介绍了该公司锚杆钻车、隧道掘进台车、地下掘进台车等非露天类液压凿岩机相关技术参数,以期能对民族产业的发展起到借鉴作用,也可为特殊工况下专用凿岩设备研发过程中核心部件的选型提供参考。

关键词:液压凿岩机;冲击;回转;凿岩中图分类号:TD421.2文献标志码:B收稿日期:2018-07-261安百拓液压凿岩机技术特点阿特拉斯·科普柯集团重视液压凿岩机的研发工作,不仅逐步推出了大量便于用户使用和维护保养的产品,并且将多年的设计生产与用户服务经验运用到新产品研发之中,通过更好的冲击功率与冲击频率的匹配、以及冲击参数与回转参数的组合,进一步提高了新产品的凿速、增长了钎杆的使用寿命。

安百拓集团继承和发扬了阿特拉斯·科普柯集团的产品技术,推出了带有“+”号的新一代产品。

这些新推出的产品,主要是使产品具有更长的保养周期等优点(至少延长50%以上的保养周期),从而更方便用户使用和提高生产效率。

Introduction to Specifications of Non-Open-Pit Hydraulic Rock Drills fromEprioc Group CompanyWANG Sheng-wei 1,LIU Peng 2,DING Tao 1(1.Tianshui Institute of Rock Drilling Machine and Pneumatic Tools,Tianshui 741020,Gansu;2.Wuxi Tongzhun Rock Drilling Tools Co.,Ltd,Wuxi 21400,Jiangsu )Abstract :Eprioc Group Company,an emerging company which is split from Sweden ’s Atlas Copco,hasindependent businesses.The family of hydraulic rock drills features complete types and appropriate classification.In this paper,specifications of non-open-pit hydraulic rock drills such as the anchor drilling rig,TBM,etc,from the company are introduced,in order to provide directions for the development of the national industry and reference for theselection of core parts in the course of R&D of special rock drilling equipments used in special conditions.Key words :hydraulic rock drill ;impact ;rotary ;rock drilling凿岩机械气动工具(总第172期)周志鸿教授在《阿特拉斯·科普柯公司液压凿岩机型号与技术特点》一文中,对阿特拉斯液压凿岩机型号编制的含义作了详尽表述。

全液压深孔岩芯钻机液压系统设计与研究

ＺＨＡＮＧｅｇ，ＬＭｎＩＢｏ，ＢＩＣｈｎｌａｇｅｇｉｎ
（ｅａｍｎｏＭｅｈｎｃｌｌｔｎｃＥｇｅｒｇＣｉａｎｅｉｆｅｓｉｃ，ｈｎＨｂｉ３０４Ｃｎ）Ｄｐｒｅｔｆｃａｉ＆Ｅｅｒｉｎｉｅｎ，ｈｎｉｒｔｏ￣ｃｎｓＷｕａｕｅ４０７，ｈａｔａｃｏｎｉＵｖｓｙＧｅｉ
ＡｂｔａｔＴｅｄｓｇｄａｏｏｔｏｌｈｄａｌｅｐｈｌｏｅｄｉｉｇｒｇｗｓｄｓｕｓｄＴｅｄｓｇｎｈｉｅｏｃｕ — ｓｒｃ：ｈｅｉｎｉｅｆｓｒｆｕｌｙｒｕｉｄｅ — ｏｅｃｒｒｌｉａｉｓｅ．ｈｅｉｎａｄｃｏｃｆａｔａａｆ — ｃｌｎｃｔｒ．ｃｎｒｌｏｏｅｔｎｏｅｏｏｅｔｏｙｒｕｉｙｔｍｅｅｐｅｅｔｄＴｅｓｓｅｕｅｈｏｂｅｌｏｓｆａｉｏｓｏｔｏｍｐｎｎｓａｄｐｗｒｃｍｐｎｎｓｆｈｄａｌｓｓｅｗｒｒｓｎｅ．ｈｙｔｍｓｄｔｅｄｕｌｏｐＴｍｅｗｔｃｃｈｍａｎｌｏｎｅｏｄｒｏｐＳｍｅａｖｎｅｙｒｕｉｃｍｐｎｎｓａｄｃｎｒｌｔｃｎｑｅｗｒｄｐｅｎｔｅｓｓｍ，ｓｃｓｌａ — ｉｏｐａｄｓｃｎａｙｌ．ｏｄａｃｄｈｄａｌｏｏｅｔｎｏｔｅｈｉｕｅｅａｏｔｄｉｈｙｔｃｏｅｕｈａｏｄｓｎｉｇｐｍｐａｄｐｏｏｉｎｌｉｃｉｎｌｖｌｅＴｅｕｄｒｅｔｕｉｇｓｔｎｗｓｕｅｏｓｉｍｏｉｅｎｎｔｅｄｉｉｇｒ．ｅｓｎｕｎｒｐｒｏａｒｔａａｖ．ｈｎｅｎａｈｐｍｐｎｔｉａｓｄｔｕｔｂｌｄｍａｄｉｈｒｌｎｇｔｄｅｏａｏｅｌｉ

一种新型智能化多功能液压凿岩机试验台

一种新型智能化多功能液压凿岩机试验台隋福仁【摘要】液压凿岩机需要进行定期的维修保养.当检修完成后,如果不进行系统完整的检测,就无法判定检修后凿岩机是否可以正常使用.另外,矿山需要系统检测的液压设备也很多,不可能针对每种设备都采购一种液压试验台,需设计一种多功能的智能型试验台来满足矿山各类液压设备的检测.这种新型智能化多功能液压凿岩机试验台采用了零泄漏逻辑阀,按测试对象的需求将相关油口进行组合,通过PLC控制与工控机联系起来,实现对凿岩机及矿山其他液压设备各项性能的检测.设计创意新颖,可实现的功能多,且性能先进.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2018(040)007【总页数】5页(P173-177)【关键词】智能化;多功能;逻辑阀;液压凿岩机;检测;零泄漏;PLC控制【作者】隋福仁【作者单位】宝钢梅山矿业有限公司,江苏南京 210041【正文语种】中文【中图分类】TU630 引言液压凿岩机是凿岩台车的核心和关键，在金属矿山掘进和采矿的岩石破碎中担负重要作用。

做好定期的保养和维修，有利于延长易损件寿命，保证设备在额定条件下正常工作。

由于检修凿岩机的拆装工作量非常大，当凿岩机完成检修保养后，如果不进行系统完整的检测，就无法判定凿岩机是否可以正常使用。

另外，矿山需要系统检测的液压设备也很多，不可能针对每种设备都采购相应的液压试验台，所以必须设计一种多功能的智能型试验台来满足矿山各类液压设备的检测［1-2］。

以往的试验台上选用的都是滑阀类液压元件，体积大，成本高，这样设计的试验台功能单一，几乎不能实现正真意义上的多功能化，往往测试不同的液压设备需要配置不同的试验台，检测的辅助工作复杂且工作量大，费时费力，严重制约了设备保障工作的效率和质量。

1 主要特点这种新型智能化多功能试验台采用的是零泄漏逻辑阀，可根据被测对象按需求将油口进行自由组合，使功能拓展，以满足测试要求。

理论上来讲，每个油口可以有压力油通、压力油断和工作腔油液回油箱3种状态，这样2个油口就可以组合出9种状态，即9种功能。

液压凿岩钎尾的制作及工艺的研究

液压凿岩钎尾的制作及工艺的研究液压凿岩钎尾是一种用于挖掘工程中的设备，其主要作用是将液压能转化为机械能，通过特殊的设计使得凿岩机能够快速地挖掘岩石。

本文将从液压凿岩钎尾的设计、制作、工艺等方面对这种设备进行详细的研究。

液压凿岩钎尾的设计非常关键，设计的好坏会直接影响到凿岩的效率和质量。

在设计时，首先需要考虑的是材料的选择。

由于液压凿岩钎尾所受力非常大，因此材料必须要有足够的强度和硬度。

一般情况下，选用的材料主要是铸钢和合金钢。

此外，还需要考虑到凿岩钎尾的外形和结构。

一般来说，凿岩钎尾的尺寸要根据凿岩机的类型和要求来确定。

另外，凿岩钎尾的结构一般采用多级结构，通过多级减速来保证凿岩的效率和质量。

制作液压凿岩钎尾需要经过多道工序。

首先是材料的加工，这一步需要将铸钢或合金钢锻造成具有预定外形和尺寸的零件。

接下来，要进行外表处理，以保证表面平整光滑，达到良好的外观效果。

随后进行热处理，主要是淬火和回火。

淬火可以提高材料硬度，增强抗压性和抗撞击能力，而回火则可以消除淬火产生的内部应力，提高材料的韧性和延展性。

最后，在对其进行加工和组合，将其制成完整的凿岩钎尾。

在工艺上，液压凿岩钎尾的制作需要对每一个工序进行精细的控制。

在材料加工时，需要确保每个零件的尺寸、形状与要求相符，以免影响后续的工艺。

而在表面处理时，需要注意去除杂物，以免影响工件的质量。

另外，在热处理时要严格掌握温度、时间和冷却速度等参数，以免出现缺陷，影响到后续的加工和使用效果。

最后，在组合和组装时，要注意零件的配合度和紧固力的控制，确保零件与工件的配合精度及密封性，以免影响凿岩钎尾的使用效果。

总之，液压凿岩钎尾是一种非常重要的设备，其制作需要经过严格的设计、制作和工艺控制。

只有在保证了每一个细节都严格符合要求的情况下，才能够确保其凿岩效率和安全性。

因此，在研究液压凿岩钎尾的制作及工艺时，需要强调每一个环节的重要性，并对其进行精细化的控制。

数据分析是对大量数据进行处理、整理、统计、分析，并根据数据结果所展示的规律性和统计关系，进行有效的应用，以实现预测、决策、调整和优化等目的的过程。

毕业设计(论文)-全液压驱动凿岩钻机液压系统分析及故障诊断

本文简单介绍了全液压凿岩机的作用，并详细说明了液压凿岩机国内外的发展历史及其发展历程。

针对煤矿用液压凿岩机对其特点进行了分析和说明。

液压系统是液压凿岩机的重要部分，所以重点针对某一液压凿岩机机型的液压系统常见故障进行分析阐述；液压系统故障主要表现在液压元件上，故对常用液压元件（液压缸，液压泵等）故障进行了较详细的分析介绍，最后简单叙述了一下液压凿岩机和其液压油的管理维护。

关键字：凿岩机液压系统This article simply introduced the entire hydraulic pressure rock drill function, and specify hydraulic pressure rock drill domestic and foreign development history and development course.Has carried on the analysis and the explanation in view of the coal mine with the hydraulic pressure rock drill to its characteristic.The hydraulic system is the hydraulic pressure rock drill important part, therefore key aims at some hydraulic pressure rock drill type the hydraulic system common breakdown to carry on the analysis elaboration; The hydraulic system breakdown mainly displays on the hydraulic pressure part, therefore to the commonly used hydraulic pressure part (hydraulic cylinder, hydraulic pump and so on) the breakdown carried on the detailed analysis to introduce, finally narrated the hydraulic pressure rock drill and its hydraulic fluid management maintenance simply.Key words:hydraulic，system for rock drill目录1.全液压驱动凿岩钻机的作用和发展概况 (2)1.1全液压驱动凿岩钻机的作用 (2)1.2全液压驱动凿岩钻机的发展概况 (2)1.2.1国外产品的发展与应用概况 (2)1.2.2国外产品在国内应用 (3)1.2.3国内发展状况 (4)2.煤矿用液压凿岩钻机的特点 (5)2.1煤矿井下工程专用液压凿岩钻孔机械 (5)2.1.1煤矿用坑道钻机 (5)2.1.2煤矿用井巷液压钻机 (5)3.典型液压元件的常见故障分析 (6)3.1液压泵的故障分析 (6)3.1.1齿轮泵的故障分析 (6)3.1.2叶片泵的故障分析 (10)3.1.3柱塞泵的故障分析 (12)3.2液压缸常见故障分析 (14)3.3单向阀的故障分析 (16)3.3.1普通单向阀故障分析 (16)3.3.2液控单向阀故障分析 (16)3.4换向阀故障分析 (17)3.4.1液动换向阀的故障分析 (18)3.4.2手动换向阀的故障分析 (18)3.5溢流阀的故障分析 (19)3.6减压阀的故障分析 (20)3.7节流阀的故障分析 (20)3.8液压辅助元件故障分析 (21)3.8.1过滤器故障分析 (21)3.8.2蓄能器故障分析 (21)4.液压凿岩钻机液压系统分析 (23)5.液压凿岩钻机的故障及分析 (24)5.1冲击机构故障 (24)5.2回转机构故障 (25)5.3密封失效 (25)5.4防治液压凿岩机故障的措施 (25)6.液压凿岩钻机的管理和维护 (27)6.1班前检查班 (27)6.2 日常维修 (27)6.3定期检查与修理 (27)7.液压油的管理和维护 (29)7.1正确选用液压油 (29)7.2液压油的污染和危害 (30)7.3控制液压油污染 (31)结论 (32)参考文献 (34)前言随着社会进步、矿山工程事业的发展和各类基础工程建设的不断发展，凿岩机在其方面的作用越来越大，人们对凿岩机提出了愈来愈高的要求，如环保节能，综合高性能，可靠耐用。

基于分步多目标优化方法的掘进机铲板参数优化

基于分步多目标优化方法的掘进机铲板参数优化
李强;毛君;张明玉;谢苗
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2017(39)3
【摘要】针对传统及现有一些多目标优化方法在处理实际工程优化问题时需要很强的先验认识、质量差、脆弱等不足,提出了一种与基值欧式距离最小为准则的改进粒子群算法与灰色决策相结合的分步多目标优化方法;并将该方法应用于掘进机铲板参数多目标优化,对优化前后铲板推进煤岩进行了仿真分析和对比,取得了良好的优化效果,验证了该方法的可行性,为工程实际中处理多目标优化问题提供了便利与借鉴。

【总页数】6页(P579-584)
【关键词】基值欧式距离;改进粒子群算法;灰色决策;多目标优化;铲板参数
【作者】李强;毛君;张明玉;谢苗
【作者单位】宿州学院机械与电子工程学院;辽宁工程技术大学机械工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TP3;TD421.5
【相关文献】
1.基于规划理论的机械铲工作面参数优化方法研究 [J], 汤万钧;才庆祥
2.基于仿真优化的掘进机铲板受力分析与研究 [J], 李凌云;余淑荣;马年拾;吴明永
3.基于Workbench的掘进机铲板星轮有限元分析 [J], 宋雨;张楠
4.基于MATLAB的掘进机铲板部铰点设计计算 [J], 姜海涛; 王秀梅
5.基于多目标算法的高速动车组车钩连接板加工参数优化 [J], 杨世杰;李翔;徐建波;王星元
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基于多目标优化的液压凿岩机和钎具配置研究!陈时平！，2,甘海仁！，2,高波！，2,吕闯！，2(1.长沙矿冶研究院责任有限公司，湖南长沙410012;2.深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙410012)摘要：提出了以凿入效率、凿速、钎杆寿命为目标函数，以最佳轴推力和最佳转速为约束条件，建立了标准的多目标优化模型。

采用多目标非支配排序遗传算法(N SG A II)对液压凿岩机和钎具配置进行优化，结果表明，优化后的配置使凿速提高了28.9%，钎杆寿命提高了 6.4%。

另外，优化结果给出了同一个系统在不同情况下的最优解，这对于系统在不同情况下的配置选型具有一定的指导意义。

关键词：液压凿岩机;钎具;配置优化；多目标优化中图分类号：TD421.2 文献标志码：AMulti-objective Optimization Based Research on Hydraulic Rock Drills andRock Drilling ToolsCHEN Shi-ping12,GAN Hai-ren12,GAO Bo12,Lv Chuang12(1.Changsha Research Institute ofMining and Metallurgy Co.,Changsha410012, Hunan;2.State KeyLaboratory ofExploiting Technologies for Deep-sea Mineral Resources,Changsha410012, Hunan)A bstract：This paper establishes the multi-objective optimization model. The object function is percussive efficiency and rock-drilling velocity and the life of the drill rod. The constraint condition is the optimum thrust force and rotational speed.The hydraulic rock and the rock drill toolis use NSGA II to assignment optimization. The optimization results show that the hydraulic rock drill speed is increased by 28.9_, and the life of the drill rods is increased by 6.4%. In addition, the optimization results give all the optimal solutions of the same system under different conditions, which has certain guiding significance for the configuration selection of the system in different situations.Key w ords：hydraulic rock drill ； drill tools; assignment optimization ； muti-objective optimizationo前言在凿岩钻进过程中，液压凿岩机产生的冲击能传递给钎具进行岩石破碎。

对于不同特性的岩石需要的冲击能量和配置的钎具就不一样，若液压凿岩机的冲击能和钎具不能达到合理的匹配而用于凿岩，不仅会导致凿岩钻孔时的速度大大降低，而且损失掉的能量将对液压凿岩机和钎具造成破坏，导致使用寿命下降，严重时甚至会发生失效113。

针对不同的凿岩钻进条件，选择一套合理的液压凿岩机和钎具的配置，是当前相关领域的人员急需解决的一个问题。

本文选择以液压凿岩机和钎具配置为研究对象，以提高冲击凿人效率、凿岩速度以及钎具的使用寿命为目标函数，利用多目标优化算法对其进行配置优化。

本论文的研究对于提升液压凿岩机和钎具系统的整体收稿日期：2017-03-13※五矿集团科技专项计划重点项目：地下金属矿山高效开采主体设备开发及产业化关键技术研究作者简介：陈时平（1991-)，男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向为矿山机械设计。

28 ^嚷把叔气靖^---------------------- 2017年第2期性能具有重要的理论价值和工程指导意义。

1多目标配置优化模型1.1多目标配置优化定义多目标配置优化是从产品配置模型求解得到的可能配置结果中，根据多个目标进行配置优化，得到尽可能满足配置约束和用户需求的产品配置。

多目标优化问题在工程应用领域以及曰常生活中非常普遍，但是由于其求解复杂，多目标优化问题一直是科学研究领域的重点和热点之一。

如果某项事件要求同时兼顾若干个子目标达到最优，则属于多目标优化问题。

多目标优化问题主要研究的是在某种意义下多个数值目标同时最优化问题，多目标优化问题的数学模型定义如下%2]:()* !=/($ )=[/!($ )，/&($ )•••，/,($ )]T(；($)=0，)=1，2,…，*s.t.<$；($)!〇,)=1，2,…，,（1)x"X式中/：($)—优化目标函数()($)—模型等式约束+;($)——模型不等式约束/----〇维决策向量，/=[$1，$2，*，$D]D—决策变量的参数个数设 $*«，$&**，$/*]，若存在 $* "/，使得 /*($)!/*($*)，则$0为该多目标优化问题的有效解，或称Pareto最优解。

Pareto最优解的意义在于，若$0 " /，找不到这样的可行性解$ " /，使得/($)的每一个子目标都不比/($*)中相应的子目标要坏，并且使得/($)每一个子目标都不比/ ($0)中相应的子目标要好。

因此，多目标优化的结果通常是得到一个解集。

1.2配置优化的目标函数目标函数是用来使配置得到优化的函数，它可用来评价配置方案的优劣。

液压凿岩机和钎杆配置系统可以根据用户使用的具体环境和需求，在不同的岩石性质和钻孔直径下选择合适的液压凿岩机，并配置合理的钎具系统，构成比较理想的凿岩钻进系统。

液压凿岩机和钎具系统的配置优化以凿人系统、钎杆寿命和凿速为子目标函数。

三个子目标函数分别表示如下：(1)目标函数1:最大凿人效率液压凿岩机冲击活塞为单圆柱活塞（1! 1)，其凿入效率%8]! =4"(1-e_2腦)#(m?x M**)2(2)式中m?x----最大凿深系数"=4；2K.M pm R=c'p'A；9;=子:;2；=2R_飞H式中：R---钎杆直径：H—活塞直径—活塞质量K——钎头的凿人系数=——波速P—密度由于液压凿岩机冲击活塞断面和钎杆断面相当接近，其人射应力波形接近矩形波，在一阶波后的其后续各阶波值很小，故其最大凿深系数可取在一阶尖点处，即max1+；则凿人效率最后化简成!=4"(l-e-2腦)2(士)2将式(2)的参数代人上式化简后得22胸=-("50:2)2(1：e-B)2(其中>=("O TD>2D h2+D r2(3)2)2017年第2期相紅概'私真2D分析上式（3)可知：在c 、p 已知的情况下，液压凿岩机的最大凿入效率由"R 、"H 、#P 、$四个变量确定，可将凿人效率目标函数表示为：f i (&)=f i (〇R ，DH ，Mp ，K )(4)(2)目标函数2:钎杆寿命在变幅应力状态下，常采用Miner 线性累计损伤理论来计算各阶载荷分别对构件产生相应的损伤分量。

文献[4]中提出根据钎杆工作载荷谱和Miner 线性累计损伤理论来预测钎杆的疲劳寿命。

用此方法计算钎杆的寿命前提是必须先分析并绘制出钎杆的工作载荷谱，钎杆工作载荷谱一般通过试验测得，整个过程需要花费大量时间做大量的工作。

而研究由液压凿岩机和钎杆配置是否合理对钎杆寿命造成的影响时，并不需要精确预测钎杆的寿命周期。

因此，可以将钎杆载荷取为最大应力值，忽略冲击工作载荷谱的后续应力循环，将有效应力循环取为凿岩机的冲击频率。

简化后的钎杆预估寿命T =()2max _____=(c(5)1 E -• -- 1 1+R cD H 式中-弹性模量 -冲击能 -常系数c 、将上面参数代人式(5)中化简后得PP/r 22P/#(&"•C(D h 2 + D r 2E P了22P(6)分析式（6)可知：在c 、m 、C 、E 已知的情况下，钎杆寿命是由"&、"'、'(、-(、/五个变量确定，可将钎杆寿命表示为/2(&)=/2(D r ，D h ，M p，E (，/)(7)(3)目标函数3:凿岩速度利用Cook 等人在试验研究的基础上提出的冲击凿人凿速预测公式1p = Vp'Pp = #'E 'f(>)子 3'C p 子 D =.$p./p式中1p ---冲击凿速%p—凿人效率D —-钻孔直径2p —液压凿岩机的冲击功率，？Pp=Ep 1C p ---岩石冲击破碎比能，J/mm 3C p =&p ./p%p —岩石普氏坚固性系数 &p ——岩石冲击破碎比能系数一般取&p = 0.02~0.05，可查表获得[5]。

旋转切削速度预测公式满足1r = V r 'P r =2!5.t r . %r ____ (E )RD 'C r 60子/1&R ./p式中1r —旋切凿速 %R —旋切效率 / —钻孔直径—液压凿岩机的旋转功率，？P = 2h .T r R = 60C &---岩石冲击破碎比能，J/mm 36r = &r ./pfp ——岩石普氏坚固性系数 && ——岩石旋转破碎比能系数一般取&&= 0.02~0.035，可查表获得[5]。

液压凿岩机采用冲击旋转式破岩，既有冲击破岩又有旋转切削破岩，此过程中两种破岩方式是相互叠加又相互作用。

这种相互叠加又相互作用导致液压凿岩机冲击凿人过程中是一种非线性作用状态，根据文献[6]冲击旋转破岩过程中非线性作用状态下冲击旋转的钻速满足30相把叔切2017年第2期(1〇)式中！一非线性交互作用系数，！<1将式(8)和式(9)代入式（10)中得丄F pr=("+ (1)(11)分析式（11)可知：在"r、#p、#r、！已知的情况下，液压凿岩机的凿岩速度是F%r、％H、（p、）、#p、/、'、T R、％、/p十个变化的参数确定，可将凿岩速度表示为f3(X)=f3(D R，D H，M p，K，E-，f，TR，n，D，f-)(12)由三个子目标函数构成了一个多目标配置优化问题，总优化目标函数表示如下—.n/(*) = (/i(*)，/2(*)，/3(*)) (13)分析子目标函数式可知，对于子目标函数最大凿入效率是由D r、D h、M$、K四个变化的参数确定，子目标函数钎杆寿命是由D r、D h、M p、E-、/五个变化的参数确定，子目标函数凿岩速度是由 DR、D H、M p、K、Ep、/、n、T%、D、/p十个变化的参数确定。