液压破碎锤系统结构参数优化分析

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1、第11期机械设计与制造2012年11月MachineryDesign&Manufacture133文章编号：1001—3997(2012)11-0133—03液压破碎锤系统结构参数优化分析杨国平方建王亮(上海工程技术大学汽车工程学院，上海201620)StructureParametersOptimizationAnalysisofHydraulicHammerSystemYANGGuo-ping，FANGJian，WANGLiang(CollegeofAutomobileEngineering，Shanghai

2、UniversityofEngineeringScience，Shanghai201620，China)【摘要】为了能够得到最优的液压破碎锤结构性能参数，需要采用计算机的方法寻优。运用ADAMS软件提供的参数化分析方法，对液压破碎锤虚拟样机的关键部件的结构参数进行优化，使其在冲击性能上有所提高。关键词：液压破碎锤；优化分析；ADAMS【Abstract】／nordertogettheoptimalhydraulichammer．structurepermanceparameters，themethodofcomp

3、uteroptimizationshouldbeadopted．TheparametricanalysismethodprovidedbyADAMSsoftwareisusedtooptimizethestructureparametersofhydraulichammerofvirtualprototype，SOthatitsimpactperform~ncehasimproved．KeyWords：HydraulicHammer；OptimizationAnalysis；ADAMS中图分类号：TH16；TD4

4、51文献标识码：A表1需要优化的设计变量1液压破碎锤优化目标及设计变量选取设计变量名称ADAMS中的定义的名称初始值(mm)就目前控制理论的发展水平来说，对于非线性系统的子系统如何匹配才能达到全系统最优这一问题，尚未从理论上得到很好的解决。在液压破1碎锤系统中阀芯和活塞的关系紧密且相互依赖，因此很难说能够以一个单独性能最优的阀和一个单独性能最优的活塞来组成一个性能最优的破碎锤系统。液压破碎锤优化设计的最终目的是要得到一组使整个液压破碎锤性能最优的结构参数，而不一定要求它的每一个子系统同时达到最优_】1。注：信号口

5、的位置都是此信号口相对活塞前腔作用面的距离1．1优化目标的选取为了使得优化结果更加可靠，将试验测试中的某个实际工选取液压破碎锤的冲击能为优化目标，它与液压破碎锤系作状态为参考，将测得的工作参数作为样机模型的输入：工作压统所有结构参数和工作参数的函数有着密切的关系[21。液压破碎力为IOMPa，氮气室初始压力为0．8MPa，回油背压为2．3MPa，约锤冲击能的定义为，在规定条件下，指冲击活塞单次冲击所具有束条件定：活塞行程S~<90mm。的能量。2结构参数的设计研究E=~MV(1)式中：E—液压破碎锤的冲击能(J)

6、；^—液压破碎锤活塞质量为了确定各个结构参数对液压破碎锤系统冲击性能的影响，下面将分别对其参数进行设计研究，找出设计范围内哪些参(kg)；液压破碎锤活塞冲击末速度(m／s)。数对冲击性能影响最大。1．2优化设计变量的选取根据活塞的冲击末速度，可以计算得活塞的冲击能。理论分2．1活塞结构参数的设计研究析和试验结果表明，活塞的速度除与系统工作参数：系统的输入冲击能跟活塞的冲击末速度有关，冲击末速度又与冲程时流量、氮气室的初始充气压力等有关外，还与系统结构参数：活塞间和冲程加速度有关，而冲程时间直接与活塞的行程有关，但

7、影前后腔有效工作面积、回程和冲程反馈孔的位置等有关。响活塞冲击速度的这两个因素是相互关联的。冲击能变化曲线，换向阀芯的能量消耗主要包括三个方面：(1)液控能量的损如图1所示。失；(2)阀口节流的损失；(3)泄露损失。它们的大小直接与换向阀由图1可以看出，活塞下端半径在(33．634．6)mm之间变化芯的前后腔的工作面积，及阀芯换向信号口位置有关，改变这些时，液压破碎锤的冲击能先随保持不变，然后随之下降。当活塞下参数，阀芯的换向速度，以及液控油量的也会随着发生变化。端半径增大到34．35mm时，活塞冲击能以及行程骤

8、减，当前腔面液压破碎锤系统冲击性能优化过程中选取的结构参数中详积进一步减小，如图2中的Trail5所示，此时出现活塞不能正常细列出。如表1所示。运动，所以下端设计变量不能过大，应控制在34．35ram以内。虽-k来稿日期：2012一O1—23★基金项目：国家自然科学基金(50975169)134杨国平等：液压破碎锤系统结构参数优化分析第11期然活塞前腔作用面积大时，系统可