CN102735385A

CN102735385A - 一种液压破碎锤冲击能的检测方法

Info

Publication number: CN102735385A
Application number: CN2011100841520A
Authority: CN
Inventors: 杨国平; 尹文龙
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: CN102735385B

Abstract

本发明涉及一种液压破碎锤冲击能的检测方法，该方法包括以下步骤：1)压力传感器采集压力信号，并发送给数据采集卡；2)数据采集卡对压力信号进行转换，并将转换后的信号发送给计算机；3)计算机将压力信号存储在存储器中，并将压力信号以曲线的形式在显示器上显示出来；4)计算机判断液压锤类别，并分别进行计算得出活塞的加速度曲线；5)利用辛普森法则对活塞的加速度曲线进行数值积分处理，得出最大速度，并进一步得出冲击能。与现有技术相比，本发明具有测试方法简单，操作安全、方便，测量准确率高的等优点。

Description

一种液压破碎锤冲击能的检测方法

技术领域

本发明涉及一种冲击能的检测方法，尤其是涉及一种液压破碎锤冲击能的检测方法。

背景技术

冲击能反映了液压锤的破碎能力，冲击频率反映了液压锤的破碎速度，这是两个非常重要的参数。在许多厂商的样本或技术文件中往往只提供冲击频率，不标注冲击能。相对于冲击频率而言，冲击能的检测是一件非常困难费时费力费钱的事。因为没有统一的检测方法与标准，所测得结果的准确性、重复性、可比性都很差，容易引起争论，这就是许多厂商不提供冲击能的原因。

目前，常用的冲击器冲击能性能测试方法有末速度法、示功图法、应力波法、机械测量法、氮气室压力测量法。

例，CN 1387030A公开了一种测量氮气室压力来计算活塞的动能的方法，该测量方法简便易行，但对于没有氮气室的全液压作用液压锤，则无法使用。同时它是根据氮气室体积的变化，来求解活塞运动的位移，推算出活塞运动的最大速度，最后得出动能，但忽略了活塞前后腔作用面积以及活塞本身的重量，得出结果精确度没有本发明精确。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试方法简单，操作安全、方便，测量准确率高的液压破碎锤冲击能的检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)压力传感器采集压力信号，并发送给数据采集卡；2)数据采集卡对压力信号进行转换，并将转换后的信号发送给计算机；3)计算机将压力信号存储在存储器中，并将压力信号以曲线的形式在显示器上显示出来；4)计算机判断液压锤类别，如果判断为氮爆式液压锤则进行步骤5)，如果判断为气液联合式液压锤则进行步骤6)，如果判断为全液式液压锤则进行步骤7)；5)计算机根据氮爆式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及氮爆式液压锤的物理参数，计算得出氮爆式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；6)计算机根据气液联合式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及气液联合式液压锤的物理参数，计算得出气液联合式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；7)计算机根据全液式液压锤的上腔油压曲线和下腔油压曲线以及全液式液压锤的物理参数，计算得出全液式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；8)利用辛普森法则对活塞的加速度曲线进行数值积分处理，得出最大速度，并进一步得出冲击能。

所述的步骤1)中的压力传感器设置在氮爆式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，或设置在气液联合式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，或设置在全液式液压锤的上腔油液管口处和下腔油液管口处。

所述的步骤5)包括计算机截取氮爆式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

所述的步骤6)包括计算机截取气液联合式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

所述的步骤7)包括计算机对上腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。

所述的步骤7)还包括计算机对下腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。

与现有技术相比，本发明能准确检测出破碎锤的冲击能，测试方法简单，操作安全、方便。不仅可用于实验室对破碎锤的冲击能进行测试，也可方便的用于生产厂家对各种工况的破碎锤性能做出出厂检验。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明装置在应用状态时的连接结构示意图；

图3为采用本发明对气液联合式液压锤进行测试的连接结构示意图；

图4为采用本发明对氮爆式液压锤进行测试的连接结构示意图；

图5为采用本发明对气液联合式液压锤进行测试的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种液压破碎锤冲击能的检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)压力传感器采集压力信号，并发送给数据采集卡。压力传感器根据所要检测的装置的不同，使用时，其安装位置也不同，压力传感器可以设置在氮爆式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，也可以设置在气液联合式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，还可以设置在全液式液压锤的上腔油液管口处和下腔油液管口处。

步骤2)数据采集卡对压力信号进行转换，并将转换后的信号发送给计算机；

步骤3)计算机将压力信号存储在存储器中，并将压力信号以曲线的形式在显示器上显示出来；

步骤4)计算机判断液压锤类别，如果判断为氮爆式液压锤，则计算机根据氮爆式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及氮爆式液压锤的物理参数，计算得出氮爆式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤5)。计算机进行处理时，需要截取氮爆式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

如果判断为气液联合式液压锤，则计算机根据气液联合式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及气液联合式液压锤的物理参数，计算得出气液联合式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤5)。计算机进行处理时，需要截取气液联合式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

如果判断为全液式液压锤，则计算机根据全液式液压锤的上腔油压曲线和下腔油压曲线以及全液式液压锤的物理参数，计算得出全液式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤5)。计算机进行处理时，需要对上腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。当全液式液压锤的下腔油压也有变化时，计算机还需要对下腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。

步骤5)利用辛普森法则对活塞的加速度曲线进行数值积分处理，得出最大速度，并进一步得出冲击能。

如图2所示，为实施本发明方法还需要的硬件装置如下：计算机23、数据采集卡22、压力信号传感器21。压力信号传感器21与数据采集卡22连接，将采集的压力传感器信号传送给数据采集卡22，数据采集卡22对压力传感器信号进行转换，并将转换后的压力传感器信号传送给计算机23，经过VC编程处理软件的处理，将结果显示在显示器上。

如图3所示，对于气液联合式液压锤，活塞在一个工作周期中，活塞运动有两种工况：回程和冲程。

回程：通过阀与活塞的互控运动，回程时上腔31通回油，活塞32向上做回程运动。活塞32在回程运动时，压缩氮气，从而使氮气室33的压力升高，氮气室33的体积减小，活塞32在重力和氮气压力的作用下减速，直到速度降为零，此时阀34已经完成换向，活塞上腔31与回油腔隔离，与下腔35相通，形成差动连接，上下腔压力相等，都为高压油。

冲程：此时由于P1＝P2，活塞速度为零，在自重和氮气压力的作用下，活塞冲程开始加速，活塞冲程速度加大，氮气室压力降低，最终以最大的速度冲击钎杆，完成作业。

在冲程的过程中，氮气室可看成一个氮气弹簧装置，氮气弹簧的弹性势能、活塞前后腔的差动能和自重的作用下，全部转化为动能，冲击钎杆。得活塞受力平衡出公式为：

P₃A₃+P₂A₂-P₁A₁+mg＝ma

此时，P₂＝P₁，∴加速度

a = \frac{P_{3} A_{3} + P_{2} A_{2} - P_{2} A_{1} + mg}{m}

P₃------氮气室压力(传感器测出)；

A₃------氮气室作用面积；

P₂------上腔压力(传感器测出)；

A₂------上腔作用面积；

P₁------下腔压力；

A₁------下腔作用面积；

m------活塞质量；

g------重力加速度。

对于气液联合式破碎锤，我们需要在氮气室的气门处和上腔油液管口处设置压力传感器，由于压力传感器测量的数据既包括回程也包括冲程的数据，只要截取出氮气室和上腔在冲程运动中压力变化曲线，结合其它常数A₁、A₂、A₃、m、g，就可将活塞运动的加速度a用曲线的形式表现出来。

实施例2

对于氮爆式液压锤，如图4所示，在回程开始时，活塞上腔42通回油，下腔41通高压油。下腔41的高压油推动活塞44并使得活塞克服自重和氮气室43的压力而上移。此时活塞顶部压缩氮气，氮气的压力升高，使得活塞减速，最终完成回程。

活塞开始冲程，下腔41由换向阀46切换油路，使得上腔42通高压油，下腔41通回油。冲程时，上腔油压作用及氮气压力作用使得活塞下移并快速冲程对外做功，考虑活塞重力，忽略活塞运动时所受的摩擦阻力及回油压力，得出活塞受力平衡公式为：

P₃A₃+P₂A₂+mg＝ma

v∴加速度

a = \frac{P_{3} A_{3} + P_{2} A_{2} + mg}{m}

对于氮爆式破碎锤，我们需要在氮气室的气门处和上腔油液管口处分别安装压力传感器45，由于压力传感器测量的数据既包括回程也包括冲程的数据，只要截取出氮气室和上腔在冲程运动中压力的变化曲线，，结合其它常数A₂、A₃、m、g，就可将活塞运动的加速度a用曲线的形式表现出来。

实施例3

对于氮爆式液压锤，如图5所示，大多数全液压破碎锤，回程开始时，活塞下腔51通高压油，上腔52通回油。受下腔高压油影响，活塞53加速上移到一定位置时，通过信号孔反馈给换向阀55，这时换向阀上位接通，活塞上下腔均通高压油，形成了差动连接。由于活塞上腔环形面积A₂大于下腔环形面积A₁，所以上腔油压大于下腔油压，活塞在压差作用下回程制动。同时又在差动连接下开始冲程，回到初始状态，又开始下一回程。考虑活塞重力，忽略活塞运动时所受的摩擦阻力，得出活塞受力平衡公式为：

P₂A₂-P₁A₁+mg＝ma

∴加速度

a = \frac{P_{2} A_{2} - P_{1} A_{1} + mg}{m}

对于全液压式破碎锤，我们需要在上腔油液管口处和下腔油液管口处安装压力传感器54(因为有的厂家生产的全液压破碎锤下腔是变液压的)，由于压力传感器测量的数据既包括回程也包括冲程的数据，只要截取出活塞上、下腔在冲程运动中压力的变化曲线，结合常数A₁、A₂、m、g，就可将活塞运动的加速度a用曲线的形式表现出来。

以上综合，通过对加速度a在冲程阶段的曲线积分，就可以将活塞运动的最大速度v求出，从而求出活塞运动的最大动能

对氮气室压力曲线进行分析，得出n个峰值所用的时间t，活塞运动的周期T＝t/n，频率为f＝1/T。

压力传感器输出的数据由计算机采集处理，输出的结果可用计算机显示和打印出来。

Claims

1.一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)压力传感器采集压力信号，并发送给数据采集卡；

2)数据采集卡对压力信号进行转换，并将转换后的信号发送给计算机；

3)计算机将压力信号存储在存储器中，并将压力信号以曲线的形式在显示器上显示出来；

4)计算机判断液压锤类别，如果判断为氮爆式液压锤则进行步骤5)，如果判断为气液联合式液压锤则进行步骤6)，如果判断为全液式液压锤则进行步骤7)；

5)计算机根据氮爆式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及氮爆式液压锤的物理参数，计算得出氮爆式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；

6)计算机根据气液联合式液压锤的氮气压力曲线、上腔油压曲线以及气液联合式液压锤的物理参数，计算得出气液联合式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；

7)计算机根据全液式液压锤的上腔油压曲线和下腔油压曲线以及全液式液压锤的物理参数，计算得出全液式液压锤的活塞的加速度曲线，并进行步骤8)；

8)利用辛普森法则对活塞的加速度曲线进行数值积分处理，得出最大速度，并进一步得出冲击能。

2.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中的压力传感器设置在氮爆式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，或设置在气液联合式液压锤的氮气室的气门处和上腔油液管口处，或设置在全液式液压锤的上腔油液管口处和下腔油液管口处。

3.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，所述的步骤5)包括计算机截取氮爆式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

4.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，所述的步骤6)包括计算机截取气液联合式液压锤的氮气压力曲线波峰到波谷时间段内的数据，同时截取相同时间段内的上腔油压曲线的数据。

5.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，所述的步骤7)包括计算机对上腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。

6.根据权利要求5所述的一种液压破碎锤冲击能的检测方法，其特征在于，所述的步骤7)还包括计算机对下腔油压曲线上任意一点的取值与以该点为中心两秒内的均值进行比较，并截取油压取值从大于均值到小于均值之间的曲线。