液压冲击器的分类与工作原理

液压冲击器的分类与工作原理

液压冲击器是一种以油液压力为动力，以活塞往复运动输出冲击能来进行作业的液压冲击机械，它主要由活塞、控制阀和蓄能器三个基本运动体所组成，目前正广泛应用于采矿、冶金、煤炭、交通、建筑和机械等行业。它具有以下特点：

1)液压冲击机构属于一次式液压传动装置，即本身既是液压冲击发生装置又是液压冲击执行机构；

2)液压冲击装置利用油路中交替变化的压力液流传递液压能，直接产生活塞的周期振动，并以冲击方式输出能量，这种振动方式属于受迫振动；

3)油路中交替变化的压力液流是依靠液压冲击装置在冲击过程中的运动参数(如速度、加速度和振幅等)或液体参数(如压力、流量等)的变化作为反馈信号来控制的；

4)液压冲击装置是输出高频率和高能量的一种新型阀――活塞组合的动力部件，其控制阀总是处于全能量的切换状态，流量自动调节装置(气体的、液体的或机械的蓄能装置)与液压冲击的耦合特性能保证机构稳定运动和提高效率。

液压冲击器根据配流方式的不同，可分为无配流液压冲击器、强制配流液压冲击器和自动配流液压冲击器等。无配流液压冲击器只是在原动力上应用了液压力，并未脱离机械冲击的模型，强制配流式液压冲击器是在一般液压传动的基础上改进而成，所以也并没有充分体现和满足液压冲击系统的特点和需要[50]。

自动配流式液压冲击器是目前在工程实践中应用的一种液压冲击器。它的配流装置不是依靠外界动力来驱动，而是依靠配流装置与振荡活塞之间的各种反馈关系来驱动的。反馈可分为位移反馈、压力反馈、加速度反馈和综合反馈等。由于加速度反馈的液压冲击器的工作稳定性不及位移和压力反馈式的液压冲击器，因此位移和压力反馈式液压冲击器应用最为广泛。

位移反馈式液压冲击器工作原理

位移反馈式液压冲击器主要由缸体、冲击活塞、随动阀、控制阀等部件组成，基本机构原理如图3．1所示，其中，a、c、c＇、g孔通高压油，b、f孔通低压回油，d孔经管道与d＇孔相通，e孔经管道与e＇孔相通。工作原理如下[48]：

(1) 活塞冲程，如图3．1所示，此时冲击活塞处于冲程起始位置，其小腔(即D 腔)常通高压油，大腔(即C腔)通过缸体内油道d――d＇与阀芯E腔相通。由于控制阀芯大面积端(即B 腔)经e孔→管道→随动阀e＇孔→随动阀槽→随动阀f孔与回油相通，因此，控制阀B腔通回油，小面积端(即A腔)经a孔常通高压油，控制阀芯在右向压力作用下处于右极限位，同时将E 腔和C 腔沟通。由于C腔面积大于D腔面积，在差动作用力的作用下，冲击活塞向左做正向加速运动。当冲击活塞运动某一行程后，常通高压油的g腔通过随动阀槽和随动阀e＇孔连通，而f孔被封闭，这时，控制阀大面积端(即B腔)通高压油。由于B腔面积大于A腔面积，所以控制阀芯在正向压力的作用下开始向左运动，逐渐关闭E和C腔的开口量，随之将E腔和b孔连通，然后在左极限位置处于等待状态。在这个过程中，冲击活塞继续正向运动，最终撞击冲击头，完成冲程。

(2) 活塞回程，由于E腔和b孔的连通，使得冲击活塞大腔(C腔)通回油，这样冲击活塞在反向压力的作用下从冲击末位置作反向加速运动。当冲击活塞反向运动一段行程后，又将e＇孔经随动阀→f孔与回油相通。这就使得控制阀芯大面积端(B腔)再次通回油，控制阀芯在反向压力的作用下开始向右运动，将E腔和b孔的开口减小，直到关闭，再次将E腔和C腔连通，并最终在有极限位置处于等待状态。由于E腔和C腔的连通，使得冲击活塞大腔(C腔)再次通高压，这样，冲击活塞在回程后半段在正向压力的作用下作减速运动，以可控的低速度撞击阀体，至此，液压冲击器的一个工作循环完成。

根据抽象设计变量理论，液压冲击器工作时遵循的规律――压力―流量特性可由下列公式表示[46]：

（3-1）

式中：sj ――活塞回程加速行程，m

s’j ――活塞回程换向行程，m

Δs――换向行程提前量，m

Q ――液压冲击器工作流量，m3/s

E ――冲击能，J

f ――冲击频率，1/s

N ――冲击功率，W

p ――冲击器系统油压，MPa

A ――活塞冲程有效作用面积，m2

m ――活塞质量，kg

K ――活塞运动阻力系数，

α ――抽象设计变量。

由上式可以看出，通过改变活塞回程，即改变回程反馈孔f、g与孔e＇的相对距离，就可以调整冲击器的活塞运动行程，从而改变输出参数――冲击能和冲击频率，一般可设置2~3档，实现有级的调节。

位移反馈式液压冲击器工作原理

位移反馈式液压冲击器主要由缸体、冲击活塞、随动阀、控制阀等部件组成，基本机构原理如图3．1所示，其中，a、c、c＇、g孔通高压油，b、f孔通低压回油，d孔经管道与d＇孔相通，e孔经管道与e＇孔相通。工作原理如下[48]：

(1) 活塞冲程，如图3．1所示，此时冲击活塞处于冲程起始位置，其小腔(即D 腔)常通高压油，大腔(即C腔)通过缸体内油道d――d＇与阀芯E腔相通。由于控制阀芯大面积端(即B 腔)经e孔→管道→随动阀e＇孔→随动阀槽→随动阀f孔与回油相通，因此，控制阀B腔通回油，小面积端(即A腔)经a孔常通高压油，控制阀芯在右向压力作用下处于右极限位，同时将E 腔和C 腔沟通。由于C腔面积大于D腔面积，在差动作用力的作用下，冲击活塞向左做正向加速运动。当冲击活塞运动某一行程后，常通高压油的g腔通过随动阀槽和随动阀e＇孔连通，而f孔被封闭，这时，控制阀大面积端(即B腔)通高压油。由于B腔面积大于A腔面积，所以控制阀芯在正向压力的作用下开始向左运动，逐渐关闭E和C腔的开口量，随之将E腔和b孔连通，然后在左极限位置处于等待状态。在这个过程中，冲击活塞继续正向运动，最终撞击冲击头，完成冲程。

(2) 活塞回程，由于E腔和b孔的连通，使得冲击活塞大腔(C腔)通回油，这样冲击活塞在反向压力的作用下从冲击末位置作反向加速运动。当冲击活塞反向运动一段行程后，又将e＇孔经随动阀→f孔与回油相通。这就使得控制阀芯大面积端(B腔)再次通回油，控制阀芯在反向压力的作用下开始向右运动，将E腔和b孔的开口减小，直到关闭，再次将E腔和C腔连通，并最终在有极限位置处于等待状态。由于E腔和C腔的连通，使得冲击活塞大腔(C腔)再次通高压，这样，冲击活塞在回程后半段在正向压力的作用下作减速运动，以可控的低速度撞击阀体，至此，液压冲击器的一个工作循环完成。

根据抽象设计变量理论，液压冲击器工作时遵循的规律――压力―流量特性可由下列公式表示[46]：

（3-1）

式中：sj ――活塞回程加速行程，m